RU2295139C2 - Method for determining remaining capacity of primary current source - Google Patents
Method for determining remaining capacity of primary current source Download PDFInfo
- Publication number
- RU2295139C2 RU2295139C2 RU2005112021/28A RU2005112021A RU2295139C2 RU 2295139 C2 RU2295139 C2 RU 2295139C2 RU 2005112021/28 A RU2005112021/28 A RU 2005112021/28A RU 2005112021 A RU2005112021 A RU 2005112021A RU 2295139 C2 RU2295139 C2 RU 2295139C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current source
- impedance
- value
- primary
- phase angle
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
- Primary Cells (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к контролю химических источников тока (ХИТ), а именно к области неразрушающего контроля их состояния, и может быть использовано для определения остаточной емкости первичных ХИТ, на аноде которых образуется пассивная пленка.The present invention relates to the control of chemical current sources (CIT), and in particular to the field of non-destructive control of their condition, and can be used to determine the residual capacity of the primary CIT, on the anode of which a passive film is formed.
Известен способ определения остаточной емкости элементов Лекланше, основанный на измерениях импеданса [1]. Указанный способ осуществляется следующим образом. Измеряют импеданс источника тока в частотном интервале от долей герца до 10кГц, Из полученного спектра рассчитывают значение емкостного сопротивления Rx при фиксированном значении частоты 31,2 Гц. Определение величины остаточной емкости проводят путем сравнения полученной величины с калибровочной кривой, измеренной по указанному способу на элементах, с известной величиной остаточной емкости.A known method for determining the residual capacitance of Leklanshe elements based on measurements of impedance [1]. The specified method is as follows. The impedance of the current source is measured in the frequency range from fractions of a hertz to 10 kHz. The capacitance value Rx is calculated from the obtained spectrum at a fixed frequency value of 31.2 Hz. The determination of the value of the residual capacity is carried out by comparing the obtained value with a calibration curve, measured by the specified method on the elements, with a known value of the residual capacity.
Недостатком указанного способа является то, что определение остаточной емкости им производится в интервале 100-90%, в котором наблюдается линейная зависимость величины Rx от остаточной емкости.The disadvantage of this method is that it determines the residual capacity in the range of 100-90%, in which a linear dependence of the value of Rx on the residual capacity is observed.
Указанный недостаток также присущ способам определения остаточной емкости источников тока, предложенным в работах [2, 3]. В работе [2] в качестве параметра, по которому производят определение остаточной емкости, используют разность величин сопротивления источника тока при двух фиксированных значениях частоты (6 Гц и 10 кГц). В работе [3] определение остаточной емкости первичного литийтионилхлоридного химического источника тока проводят по значению сопротивления переносу заряда или по значению емкости двойного слоя.This drawback is also inherent in the methods for determining the residual capacity of current sources proposed in [2, 3]. In [2], as a parameter by which the residual capacitance is determined, the difference in the values of the resistance of the current source is used at two fixed frequency values (6 Hz and 10 kHz). In [3], the residual capacity of the primary lithium thionyl chloride chemical current source was determined by the value of the charge transfer resistance or by the value of the double layer capacitance.
Наиболее близким аналогом является способ измерения остаточной емкости свинцового аккумулятора по значениям фазового угла импеданса при фиксированной частоте [4]. Этот способ реализуется путем измерения импеданса, построения частотно-фазового годографа, расчета значения фазового угла на выбранной фиксированной частоте, сравнения полученного значения фазового угла с калибровочной кривой и определения значения остаточной емкости источника тока.The closest analogue is a method of measuring the residual capacity of a lead battery by the values of the phase angle of the impedance at a fixed frequency [4]. This method is implemented by measuring the impedance, constructing the frequency-phase hodograph, calculating the phase angle value at the selected fixed frequency, comparing the obtained phase angle value with the calibration curve, and determining the value of the residual current source capacitance.
Выбор фиксированного значения частоты, при котором производят расчет фазового угла и построение калибровочного графика, проводят следующим образом. Аккумулятор первоначально заряжают в течение 5 часов, выдерживают без нагрузки 1 час и разряжают до конечного значения напряжения на каждом элементе 1,7 В. После нескольких циклов заряда-разряда проводят измерения импеданса аккумулятора при различных значениях величины остаточной емкости (от 0 до 100%). Измерения вначале проводят на полностью разряженном аккумуляторе. После получения спектра импеданса при остаточной емкости 0% аккумулятор заряжают до определенного значения остаточной емкости, выдерживают аккумулятор в течение 8 часов без нагрузки и вновь измеряют импеданс. Снова разряжают аккумулятор, чтобы проконтролировать заданную величину остаточной емкости источника тока. Эту процедуру проводят для каждого значения величины остаточной емкости, пока будет достигнут полный заряд аккумулятора. Из спектров импеданса (частотно-фазовых годографов), полученных для каждой величины остаточной емкости, рассчитывают значения фазового угла в интервале частот 25 Гц-0,01 Гц. Полученные данные сводят в таблицу и выбирают фиксированные значения частот, при которых наблюдаются монотонные зависимости величины фазового угла от остаточной емкости аккумулятора, которые в дальнейшем используются в качестве калибровочных кривых.The choice of a fixed frequency value at which the phase angle is calculated and the calibration graph is constructed is carried out as follows. The battery is initially charged for 5 hours, kept without load for 1 hour and discharged to a final voltage value of 1.7 V on each element. After several charge-discharge cycles, the battery impedance is measured at various values of the residual capacity (from 0 to 100%) . Measurements are initially carried out on a fully discharged battery. After obtaining the impedance spectrum at a residual capacity of 0%, the battery is charged to a certain value of the residual capacity, the battery is held for 8 hours without load and the impedance is measured again. The battery is discharged again in order to control the set value of the residual capacity of the current source. This procedure is carried out for each value of the residual capacity until a full battery charge is reached. From the impedance spectra (frequency-phase hodographs) obtained for each value of the residual capacitance, the values of the phase angle in the frequency range 25 Hz-0.01 Hz are calculated. The obtained data are tabulated and fixed frequencies are chosen at which monotonic dependences of the phase angle value on the residual battery capacity are observed, which are subsequently used as calibration curves.
Основным недостатком указанного способа, является то, что определение фиксированных частот необходимо проводить для каждой партии однотипных аккумуляторов, а тем более в случае исследования аккумуляторов, выпущенных различными производителями, где отличие указанных частот достигает нескольких порядков. Кроме того, данный способ нельзя применить для исследования состояния первичных источников тока, в которых невозможно провести циклы "заряд-разряд" при построении калибровочной кривой.The main disadvantage of this method is that the determination of fixed frequencies must be carried out for each batch of the same type of batteries, and even more so in the case of studies of batteries produced by different manufacturers, where the difference between these frequencies reaches several orders of magnitude. In addition, this method cannot be used to study the state of primary current sources in which it is impossible to conduct charge-discharge cycles when constructing a calibration curve.
Проблема определения степени разряженности первичных литиевых источников тока достаточно детально изучена в работе [5]. Однако результаты нельзя назвать обнадеживающими, поскольку импеданс, например, литийтионилхлоридных элементов напрямую не коррелирует со степенью разряда и не может служить количественной характеристикой. Одной из причин этого являются специфические особенности элементов данного типа, связанные, в частности, с сильной окислительной способностью тионилхлорида. В результате литиевый анод пассивируется тонкой окисной пленкой при хранении, что приводит к невоспроизводимости результатов и к потере ожидаемой корреляции между степенью разряда (остаточной емкостью) и импедансными характеристиками.The problem of determining the degree of discharging of primary lithium current sources has been studied in detail in [5]. However, the results cannot be called encouraging, since the impedance, for example, of lithium thionyl chloride elements does not directly correlate with the degree of discharge and cannot serve as a quantitative characteristic. One of the reasons for this is the specific features of elements of this type, associated, in particular, with the strong oxidizing ability of thionyl chloride. As a result, the lithium anode is passivated by a thin oxide film during storage, which leads to irreproducibility of the results and to the loss of the expected correlation between the degree of discharge (residual capacity) and impedance characteristics.
Целью заявляемого изобретения является определение остаточной емкости первичного химического источника тока, на аноде которого образуется пассивная пленка, в частности литиевого источника тока.The aim of the invention is to determine the residual capacity of the primary chemical current source, on the anode of which a passive film is formed, in particular a lithium current source.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что на первичный химический источник тока подают предварительный импульс тока, амплитуда которого не превышает максимальный ток разряда элемента данного типоразмера, а длительность выбирается такой, при которой изменение емкости элемента в процессе измерения должно составлять величину не менее 0,5% от номинальной емкости элемента. При этом происходит деградация пассивирующей пленки на аноде. Непосредственно после пропускания предварительного импульса тока через первичный источник тока проводят измерения его импеданса в частотном диапазоне от долей герца до 1 кГц, а из полученного годографа импеданса рассчитывают величину фазового угла в точке, в которой модуль экстремума мнимой части годографа имеет максимальное значение. Остаточную емкость определяют путем сравнения полученной величины фазового угла с калибровочной кривой.The essence of the invention lies in the fact that the primary chemical current source is supplied with a preliminary current pulse, the amplitude of which does not exceed the maximum discharge current of an element of a given size, and the duration is chosen such that the change in the capacitance of the element during measurement should be at least 0.5 % of the nominal capacity of the element. In this case, the passivation of the film at the anode is degraded. Immediately after passing the preliminary current pulse through the primary current source, its impedance is measured in the frequency range from fractions of a hertz to 1 kHz, and the magnitude of the phase angle at the point at which the absolute value of the imaginary part of the hodograph has the maximum value is calculated from the obtained impedance hodograph. The residual capacity is determined by comparing the obtained value of the phase angle with the calibration curve.
Техническим результатом заявляемого изобретения является реализация импедансного метода измерения остаточной емкости первичного источника тока, на аноде которого имеется пассивная пленка, при минимальных потерях емкости элемента в процессе измерения.The technical result of the claimed invention is the implementation of the impedance method of measuring the residual capacitance of the primary current source, on the anode of which there is a passive film, with minimal loss of capacitance of the element during measurement.
Сравнение изобретения с прототипом позволяет установить соответствие его критерию "новизна".Comparison of the invention with the prototype allows you to establish compliance with its criterion of "novelty."
В прототипе измерение импеданса на источнике тока производят после длительной паузы, в течение которой все процессы, протекающие в источнике, приходят в состояние равновесия. В предлагаемом изобретении, наоборот, перед измерением импеданса элемент выводится из равновесия путем пропускания через него предварительного импульса тока. Эта операция является необходимой, поскольку величина фазового угла, измеренного на элементе после длительного хранения, не зависит от остаточной емкости элемента и имеет весьма низкое значение. После пропускания предварительного импульса тока величина фазового угла для не разряженных элементов возрастает почти на порядок.In the prototype, the measurement of the impedance at the current source is carried out after a long pause, during which all processes occurring in the source come into equilibrium. In the present invention, on the contrary, before measuring the impedance, the element is unbalanced by passing a preliminary current pulse through it. This operation is necessary because the phase angle measured on the element after long-term storage does not depend on the residual capacity of the element and has a very low value. After passing a preliminary current pulse, the phase angle for non-discharged elements increases by almost an order of magnitude.
В прототипе величину фазового угла рассчитывают при фиксированном значении частоты. В предлагаемом изобретении величину фазового угла рассчитывают в точке годографа импеданса, в которой модуль экстремума мнимой части имеет максимальное значение. Таким образом, параметр "частота измерения" вообще не является определяющим, а выбор точки экстремума позволил существенно сократить время обработки полученных импедансных спектров. Кроме того, связь величины фазового угла в точке экстремума с остаточной емкостью не зависит от геометрии источника тока, что позволяет использовать предложенный критерий не только для однотипных элементов, но и для элементов различных типоразмеров и различных электрохимических систем, имеющих в своем составе аноды из пассивирующихся материалов.In the prototype, the phase angle value is calculated at a fixed frequency value. In the present invention, the phase angle value is calculated at the point of the hodograph of the impedance, in which the extremum modulus of the imaginary part has a maximum value. Thus, the parameter “measurement frequency” is not at all decisive, and the choice of the extremum point made it possible to significantly reduce the processing time of the obtained impedance spectra. In addition, the relationship between the phase angle at the extremum point and the residual capacity does not depend on the geometry of the current source, which allows us to use the proposed criterion not only for elements of the same type, but also for elements of various sizes and various electrochemical systems containing anodes of passivable materials .
Авторам не известны иные технические решения, которые позволяют определить остаточную емкость элементов, аноды которых покрыты пассивной пленкой. Напротив, литературные данные указывают на "невозможность" определения остаточной емкости элементов с пассивной пленкой, например первичных литиевых источников тока [5], импедансными методами.The authors are not aware of other technical solutions that allow determining the residual capacity of elements whose anodes are coated with a passive film. On the contrary, literature data indicate the “impossibility” of determining the residual capacity of elements with a passive film, for example, primary lithium current sources [5], by impedance methods.
Один из вариантов реализации предлагаемого изобретения осуществляется следующим образом. Через литиевый элемент ЛТ 14500 В5, имеющий номинальную емкость 1,2 А·ч и максимальный ток разряда 30 мА, пропускали предварительный импульс тока амплитудой 10 мА и длительностью 15 мин, после чего измеряли импеданс в частотном интервале от 1,6·10-3 Гц - 1,00 кГц. Затем рассчитывали частотно-фазовый годограф импеданса и определяли на нем точку, в которой модуль экстремума мнимой части имел максимальное значение. В этой точке измеряли значения фазового угла. Полученная величина сопоставлялась с калибровочной кривой. Время измерения фазового угла при компьютерном построении годографа не превышало 30 мин.One of the options for implementing the invention is as follows. A preliminary current pulse with an amplitude of 10 mA and a duration of 15 minutes was passed through a LT 14500 V5 lithium cell with a nominal capacity of 1.2 A · h and a maximum discharge current of 30 mA, after which the impedance was measured in the frequency range from 1.6 · 10 -3 Hz - 1.00 kHz. Then, the frequency-phase hodograph of the impedance was calculated and the point at which the absolute value of the imaginary extremum had the maximum value was determined on it. At this point, the values of the phase angle were measured. The obtained value was compared with the calibration curve. The time of measuring the phase angle during computer construction of the hodograph did not exceed 30 minutes.
Список литературыBibliography
1. S.A.G.R.Karunathilaka, N.A.Hampson, R.Leek, T.J.Sinclain. Journal of applied Electrochemisty 10 (1980) 799-806.1. S.A.G.R. Karunathilaka, N.A. Hampson, R. Leek, T.J.Sinclain. Journal of applied Electrochemisty 10 (1980) 799-806.
2. S.A.G.R.Karunathilaka, N.A.Hampson, T.P.Haas, R.Leek, T.J.Sinclain. Journal of applied Electrochemisty 11(1981) 573.2. S.A.G.R. Karunathilaka, N.A. Hampson, T.P. Haas, R. Leek, T.J.Sinclain. Journal of applied Electrochemisty 11 (1981) 573.
3. M.Hughes, S.A.G.R.Karunathilaka, N.A.Hampson, T.J.Sinclain. Journal of applied Electrochemisty 13(1983) 669-678.3. M. Hughes, S. A. G. G. Karunathilaka, N. A. Hampson, T. J. Sinclain. Journal of applied Electrochemisty 13 (1983) 669-678.
4. V.V.Viswanuthan, A.J.Sulhind, J.J.Kelley, J.B.Ockerman. Journal of applied Electrochemisty 25(1995) 729-739.4. V.V. Viswanuthan, A.J. Sulhind, J.J. Kelley, J.B. Ockerman. Journal of applied Electrochemisty 25 (1995) 729-739.
5. Л.С.Каневский, B.C.Багоцкий, Е.А.Нижниковский. Электрохимия 31(1995) 376-382.5. L.S. Kanevsky, B.C. Bagotsky, E.A. Nizhnikovsky. Electrochemistry 31 (1995) 376-382.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005112021/28A RU2295139C2 (en) | 2005-04-21 | 2005-04-21 | Method for determining remaining capacity of primary current source |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005112021/28A RU2295139C2 (en) | 2005-04-21 | 2005-04-21 | Method for determining remaining capacity of primary current source |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005112021A RU2005112021A (en) | 2006-10-27 |
RU2295139C2 true RU2295139C2 (en) | 2007-03-10 |
Family
ID=37438432
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005112021/28A RU2295139C2 (en) | 2005-04-21 | 2005-04-21 | Method for determining remaining capacity of primary current source |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2295139C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013028090A1 (en) * | 2011-08-22 | 2013-02-28 | Bryzgalov Andrei Andreevich | Method of determining the remaining life of a primary lithium-thionyl chloride battery |
-
2005
- 2005-04-21 RU RU2005112021/28A patent/RU2295139C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
V.V.Viswanuthan et al. Journal of applied Electrochemistry 1995, v.25, p.669-678. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013028090A1 (en) * | 2011-08-22 | 2013-02-28 | Bryzgalov Andrei Andreevich | Method of determining the remaining life of a primary lithium-thionyl chloride battery |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005112021A (en) | 2006-10-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11054482B2 (en) | Systems and methods for determining battery state of charge | |
JP5058814B2 (en) | Battery state and parameter estimation system and method | |
US9537325B2 (en) | Battery state estimation system, battery control system, battery system, and battery state estimation method | |
JP5036662B2 (en) | Secondary battery monitoring device and secondary battery system | |
US7091698B2 (en) | Battery capacity calculating method | |
JP4473823B2 (en) | State quantity and parameter estimation device using multiple partial models for electrical energy storage | |
JP6595009B2 (en) | Battery state estimation device | |
JP4032934B2 (en) | Battery capacity calculation method, battery capacity calculation device, and battery capacity calculation program | |
US7199557B2 (en) | Apparatus, methods and computer program products for estimation of battery reserve life using adaptively modified state of health indicator-based reserve life models | |
JP4638195B2 (en) | Battery degradation degree estimation device | |
US20100244846A1 (en) | Method for determining the state of health of a battery | |
EP1485726A1 (en) | Electronic battery tester with battery failure temperature determination | |
WO2008024748A1 (en) | System and method for calculating battery state of charge | |
US11112461B2 (en) | Method for estimating state of charge of energy storage device | |
US9891287B2 (en) | Temperature-compensated state of charge estimation for rechargeable batteries | |
US20210080508A1 (en) | Methods and system for a battery | |
KR100878123B1 (en) | Method and system for battery state and parameter estimation | |
RU2295139C2 (en) | Method for determining remaining capacity of primary current source | |
JP5259190B2 (en) | Joint battery condition and parameter estimation system and method | |
Astafev | The measurement of electrochemical noise of a Li-ion battery during charge-discharge cycling | |
US11397214B2 (en) | Methods and apparatus for a battery | |
CN112578299A (en) | Method and device for determining internal metal structure fracture of storage battery | |
US20230152381A1 (en) | Apparatus and method for estimating state of charge of battery on basis of coulomb counter | |
Lukovtsev et al. | Estimating depth of discharge of lithium-thionyl chloride batteries from their impedance characteristics | |
WO2002005405A1 (en) | Method for predicting battery capacity |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200422 |