Приложение D (справочное). Стандартные разрядные напряжения Us. Описание и метод определения

Приложение D
(справочное)

Стандартные разрядные напряжения U_s. Описание и метод определения

D.1 Описание

Стандартное разрядное напряжение U_s типично для конкретной электрохимической системы. Это уникальное напряжение, которое не зависит ни от размера, ни от внутренней конструкции батареи. Оно зависит только от реакции переноса заряда. Стандартное разрядное напряжение определено формулой

,

(D.1)

где - стандартное разрядное напряжение;

- стандартная разрядная емкость;

- стандартное время разряда;

- стандартное сопротивление нагрузки при разряде.

D.2 Определение напряжения

D.2.1 Общие положения: C/R-диаграмма

Определение разрядного напряжения U_d проводят посредством C/R-диаграммы (где С - разрядная емкость батареи; R - сопротивление нагрузки при разряде). Для иллюстрации см. рисунок D.1, который схематически показывает график зависимости разрядной емкости С от сопротивления нагрузки при разряде R_d ¹⁾ в нормализованном представлении, т.е. C(R_d)/С_р строят как функцию от R_d. Для малых значений R_d получают малые значения C(R_d) и наоборот. При постепенном увеличении R_d происходит постепенное увеличение разрядной емкости C(R_d) до выхода на плато диаграммы и достижения постоянной величины C(R_d) ²⁾.

------------------------------

¹⁾_{Нижний индекс "d" отличает это сопротивление от , указанного в формуле (D.1).}

²⁾_{Для очень длинных периодов разряда могут уменьшаться за счет саморазряда батареи. Это может быть заметно для батарей с высоким саморазрядом, например 10 % в месяц или более.}

------------------------------

,

(D.2)

что означает (показано горизонтальной линией на рисунке D.1). Как показано далее, емкость С = f(R_d) зависит от конечного напряжения отключения U_c: чем выше его значение, тем большая доля С, которая не может быть отдана в процессе разряда.

Примечание - Емкость С независима от R_d при условиях, отображенных на плато диаграммы.

Напряжение разряда U_d определяют по формуле

.

(D.3)

Рисунок D.1 - Нормализованная C/R диаграмма (схематично)

Отношение C_d/t_d в формуле (D.3) представляет среднее значение электрического тока i(ср.), протекающего при разряде батареи через сопротивление R_d при установленном конечном напряжении отключения батареи U_c = constant. Это отношение может быть описано как:

.

(D.4)

При R_d = R_s (стандартное сопротивление нагрузки при разряде) формула (D.3) изменяется на формулу (D.1) и, следовательно, формула (D.4) изменяется на:

.

(D.5)

Определение значений i(ср.) и t_s выполняют согласно методу, описанному в D.2.3 и проиллюстрированному на рисунке D.2.

D.2.2 Определение стандартного сопротивления нагрузки при разряде R_s

Определение значения U_s лучше всего проводить при разряде на сопротивление R_d, которое обеспечивает снятие 100 % емкости. Время проведения этого разряда может быть достаточно большим. Для уменьшения этого времени разряда хорошую аппроксимацию для определения U_s дает формула

.

(D.6)

Т.е. считается, что 98 % емкости является достаточной точностью для определения стандартного разрядного напряжения U_s. Это достигается при разряде батареи на стандартное сопротивление нагрузки при разряде R_s. Коэффициент 0,98 или выше не является решающим, потому что U_s остается фактически постоянным для R_s  R_d. При этом условии отдача точно 98 % емкости не очень важна.

D.2.3 Определение стандартной разрядной емкости C_s и стандартного времени разряда t_s

Схематическая кривая разряда батареи приведена на рисунке D.2. На рисунке D.2 приведена область А1 ниже и область А2 выше кривой разряда. Среднее значение электрического тока разряда i(ср.) получено при

.

(D.7)

Условие, описанное формулой (D.7), не обязательно обращается к средней точке разряда, как обозначено на рисунке D.2. Время разряда t_d определено от точки пересечения для U(R,t) = U_c. Разрядную емкость получают из формулы

.

(D.8)

Стандартную емкость C_s получают при R_d = R_s, при этом формула (D.8) изменяется на формулу

.

(D.9)

Данный метод позволяет экспериментально определить стандартную разрядную емкость C_s и стандартное время разряда t_s, необходимые для определения стандартного разрядного напряжения U_s [см. формулу (D.1)].

Рисунок D.2 - Стандартное разрядное напряжение (схематично)

D.3 Экспериментальные условия и результаты испытаний

Для экспериментального построения С/R-диаграммы рекомендуется использовать десять индивидуальных результатов разряда, каждый из которых содержит средние результаты разряда девяти батарей. Эти данные должны быть равномерно распределены по ожидаемому диапазону С/R-диаграммы. Рекомендуется получить первое значение разряда приблизительно равное 0,5 С_р, как изображено на рисунке D.1. Последнее экспериментальное значение должно быть получено при разряде на сопротивление приблизительно R_p = 2 R_ст. Полученные данные могут быть графически представлены в форме С/R-диаграммы согласно рисунку D.1. Из этого графика должно быть определено значение сопротивления нагрузки при разряде R_р, при разряде на которое должна получаться емкость приблизительно равная 98 % С_р. Стандартное разрядное напряжение U_s, при котором получается снятие 98 % емкости, должно отличаться менее чем на 50 мВ в меньшую сторону от значения, которое приводит к снятию 100 % емкости. Различия в пределах этого мВ диапазона будут вызваны только реакцией переноса заряда, характерной для испытуемой системы.

При определении C_s и t_s согласно D.2.3 следует использовать конечные напряжения отключения в соответствии с МЭК 60086-2: диапазон напряжения 1: U_c = 0,9 В, диапазон напряжения 2: U_c = 2,0 В.

Следующие экспериментально определенные стандартные разрядные напряжения U_s (SDV) приведены только для того, чтобы дать возможность заинтересованному эксперту проверить их воспроизводимость.

Таблица D.1 - Стандартные разрядные напряжения для батарей электрохимических систем

Буква, обозначающая систему	Без обозначения	С	Е	F	L	S	W	Y	Z
Us (SDV), В	1,30	2,90	3,50	1,48	1,30	1,55	2,8	3,5	1,56

Определение U_s для систем А, В, G и Р находится на рассмотрении. Р-система является особым случаем, потому что значение U_s зависит от типа катализатора для восстановления кислорода. В связи с тем, что Р-система является открытой системой к воздуху, то дополнительное влияние создают влажность воздуха и поглощение СO₂ после активации системы. Для Р-системы могут быть значения U_s вплоть до 1,37 В.