UA51163C2

UA51163C2 - METHOD FOR DIFFERENTIAL QUALITY CONTROL OF BATTERY ELECTRODE UNITS DURING ASSEMBLY OF BATTERIES ON AUTOMATIC PRODUCTION LINE

Info

Publication number: UA51163C2
Application number: UA2002010540A
Authority: UA
Inventors: Віктор Олександрович Дзензерський; Виктор Александрович Дзензерський; Юрій Іванович Скосар; Юрий Иванович Скосар; Сергій Володимирович Бурилов; Сергей Владимирович Бурилов; Олександр Панасович Буряк
Original assignee: Віктор Олександрович Дзензерський; Виктор Александрович Дзензерський; Юрій Іванович Скосар; Юрий Иванович Скосар; Сергій Володимирович Бурилов; Сергей Владимирович Бурилов; Олександр Панасович Буряк
Priority date: 2002-01-22
Filing date: 2002-01-22
Publication date: 2005-02-15
Also published as: RU2002121118A; UA51163A; RU2233512C2

Abstract

Предлагаемый способ дифференциального контроля качества блоков электродов аккумуляторов в процессе сборки аккумуляторов на автоматической поточной линии заключается в том, что подают стабильное напряжение на полюсные выводы блока электродов от внешнего источника напряжения, измеряют ток, проходящий через блок электродов, и определяют электрическую проводимость блока электродов. Контроль осуществляют в нескольких циклах. В первом цикле измеряют и регистрируют проводимость блока электродов при напряжении 5 … 30 В, в течение 0,005 … 0,3 с, во втором цикле - при напряжении 300 … 600 В, в течение 0,005 … 0,3 с, в третьем цикле - при напряжении 1000 … 1700 В, в течение 0,005 … 0,1 с, в четвертом - при напряжении 2000 … 4000 В, в течение 0,002 … 0,005 с. Кроме того, для определения содержания влаги в сухом заряженнм аккумуляторе, измеряют электродвижущую силу на полюсных выводах аккумулятора в течение 0,005 ... 0,3 с. Предлагаемый способ позволяет обнаруживать дефекты аккумуляторов на этапе контроля.The proposed method for differential quality control of battery electrode blocks during battery assembly on an automated flow line involves applying a stable voltage to the pole terminals of the electrode block from an external voltage source, measuring the current passing through the electrode block, and determining the electrical conductivity of the electrode block. The control is carried out in several cycles. In the first cycle, the conductivity of the electrode block is measured and recorded at a voltage of 5 ... 30 V, for 0.005 ... 0.3 s, in the second cycle - at a voltage of 300 ... 600 V, for 0.005 ... 0.3 s, in the third cycle - at a voltage of 1000 ... 1700 V, for 0.005 ... 0.1 s, in the fourth - at a voltage of 2000 ... 4000 V, for 0.002 ... 0.005 s. Additionally, to determine the moisture content of a dry, charged battery, the electromotive force at the battery terminals is measured for 0.005 to 0.3 s. The proposed method allows for the detection of battery defects during the inspection phase.

Description

Поставлена задача вирішується тим, що в запропонованому способі контролю якості електродних блоків акумуляторів у процесі їх складання на автоматичних лініях тестування блока електродів проводять у кілька послідовних циклів, причому на першому циклі вимірюють та реєструють провідність блока електродів при напрузі 5-30В протягом 0,005-0,3с, на другому циклі - його провідність при напрузі 300-600В протягом 0,005-The task is solved by the fact that in the proposed method of quality control of electrode blocks of batteries during their assembly on automatic lines, testing of the electrode block is carried out in several consecutive cycles, and in the first cycle, the conductivity of the electrode block is measured and recorded at a voltage of 5-30V for 0.005-0, 3s, on the second cycle - its conductivity at a voltage of 300-600V during 0.005-

О,Зс, на третьому циклі - провідність при напрузі 1000-17008 протягом 0,005-0,1с і на четвертому циклі - провідність при напрузі 2000-40008 протягом 0,002-0,005с.O,Zs, on the third cycle - conductivity at a voltage of 1000-17008 for 0.005-0.1s and on the fourth cycle - conductivity at a voltage of 2000-40008 for 0.002-0.005s.

Для визначення ступеня зволоженості електродних пластин сухозаряджених акумуляторів попередньо заміряють електрорушійну силу на їх полюсних виводах протягом 0,005-0,36с.To determine the degree of wetness of the electrode plates of dry-charged batteries, the electromotive force on their pole terminals is preliminarily measured for 0.005-0.36s.

Поясним більш детальніше відміни кожного ступеню тестування. На першому циклі контролю шляхом виміру провідності блока при напрузі 5-30В визначають наявність короткого замикання у блоці, що викликане прямим контактом між пластинами різної полярності (через металеву стружку, крихти пасти і т.і). Мала напруга, використовувана для індикації, по-перше, цілком достатня для встановлення дефекту вказаного типу, по-друге, вона зручна для побудови вимірювального ланцюга з низьким рівнем розсіювання потужності, що дає зниження собівартості вимірювальної апаратури, а по-третє - у цьому діапазоні напруги малою є ймовірність іскроутворення у зоні дотику контактних щупів приладу з полюсними містками блока електродів акумулятора, а також інших небажаних електричних ефектів.We will explain in more detail the cancellation of each level of testing. In the first cycle of control, by measuring the conductivity of the block at a voltage of 5-30V, the presence of a short circuit in the block is determined, which is caused by direct contact between plates of different polarity (due to metal shavings, crumbs of paste, etc.). The low voltage used for indication is, firstly, quite sufficient to establish a defect of the indicated type, secondly, it is convenient for building a measuring circuit with a low level of power dissipation, which reduces the cost of measuring equipment, and thirdly, in this range voltage is small, there is a possibility of spark formation in the contact zone of the contact probes of the device with the pole bridges of the battery electrode block, as well as other undesirable electrical effects.

На другому циклі контролю на контактні виводи блоків подають напругу в діапазоні 300-6008. Це дає можливість знайти дефект, обумовлений недостатнім чи ж зайвим стиском сепараторів між електродними пластинами. Він обчислюється по відношенню між рівнем потенціалу і струмом провідності. Можливість використання меншої напруги пов'язана з необхідністю підвищення чутливості вимірювача до струму провідності, що, у свою чергу, призводить до суттєвого збільшення собівартості, а також до збільшення його чутливості до електричних перешкод та умов експлуатації. Застосування напруг, перевищуючих максимальний показник заявленого діапазону, пов'язане з необхідністю збільшення параметрів додаткового опору вимірювального ланцюга, з метою запобігання впливу рівня вимірювального струму на стан досліджуваного об'єкту (швидкий випар вологи з пор сепаратора - та активного шару електроду, пробій діелектрика у зоні неповного проколу сепаратора крихтою пасти активної маси) і т.і.In the second control cycle, a voltage in the range of 300-6008 is applied to the contact terminals of the blocks. This makes it possible to find a defect caused by insufficient or excessive compression of the separators between the electrode plates. It is calculated based on the relationship between the potential level and the conduction current. The possibility of using a lower voltage is associated with the need to increase the sensitivity of the meter to the conduction current, which, in turn, leads to a significant increase in cost, as well as to an increase in its sensitivity to electrical interference and operating conditions. The application of voltages exceeding the maximum indicator of the declared range is associated with the need to increase the parameters of the additional resistance of the measuring circuit, in order to prevent the influence of the level of the measuring current on the state of the object under investigation (rapid evaporation of moisture from the pores of the separator and the active layer of the electrode, breakdown of the dielectric in the zone of incomplete puncture of the separator with a crumb of active mass paste), etc.

На третьому циклі контролю під час подачі імпульсів напруги в діапазоні 1000-17008 підвищення провідності обстежуваного блока свідчить про часткове коротке замикання, викликане проколом сепаратора, чи крихтою, або ж виступами активного шару (без прямого контакту), чи іншими механічними дефектами (такими, як відносний зсув пластин, порушення розміру зазорів між деталями). А також про можливий пробій у зоні, що за якихось причин витончилась. Однак, така напруга недостатня для виявлення наскрізного отвору у сепараторі.On the third control cycle, during the supply of voltage pulses in the range of 1000-17008, the increase in the conductivity of the tested unit indicates a partial short circuit caused by a puncture of the separator, or a crumb, or protrusions of the active layer (without direct contact), or other mechanical defects (such as relative displacement of the plates, violation of the size of the gaps between the parts). And also about a possible breakthrough in the zone, which for some reason has thinned out. However, this voltage is insufficient to detect a through hole in the separator.

На четвертому циклі контролю подача імпульсу напруги у межах 2000-400088 дає інформацію про наявність чи відсутність наскрізних отворів у сепараторах. Рівень цього показника неважко полічити, виходячи з того, що пробивна напруга повітряного зазору сягає 20кВ/см (тобто - 2кВ/мм) при нормальних умовах.On the fourth cycle of control, the supply of a voltage pulse in the range of 2000-400088 gives information about the presence or absence of through holes in the separators. The level of this indicator is easy to calculate, based on the fact that the breakdown voltage of the air gap reaches 20kV/cm (that is, 2kV/mm) under normal conditions.

Оскільки товщина зазору між сусідніми електродними пластинами в стартерних акумуляторних батареях має розмір 1,0-1,7мм, то випробувальний імпульс має бути якраз таким, як зазначено у формулі винаходу. Беручи до уваги те, що під час проведення процедури тестування виникає небезпека пошкодження нормального сепаратора самим вимірювальним імпульсом, слід обмежити енергію імпульсу за рахунок зниження струму пробою. Це робиться шляхом введення в ланцюг додаткового опору, а також за рахунок обмеження часу дії струму пробою (для чого достатньо скорочення тривалості вимірювального імпульсу).Since the thickness of the gap between adjacent electrode plates in starter batteries is 1.0-1.7 mm, the test pulse should be exactly as specified in the formula of the invention. Taking into account the fact that during the test procedure there is a danger of damage to the normal separator by the measuring pulse itself, the energy of the pulse should be limited by reducing the breakdown current. This is done by introducing additional resistance into the circuit, as well as by limiting the duration of the breakdown current (for which it is sufficient to reduce the duration of the measuring pulse).

Експериментально встановлено, що рівень потенціалу на ополюсних містках блоку електродів сухозаряджених пристроїв має чітку залежність від вологості електродів та сепараторів. Причому ця залежність по порядку величин входить у достатній для практичного використання діапазон і пропорційна рівню зволоженості При цьому потенціал не залежить від стиску електродів, що дає можливість використовувати цей показник для індикації єдиного дефекту - рівня зволоженості внутрішнього середовища пристроїв. Діагностування цього ж дефекту шляхом прямого виміру струму відсічення неможливо, оскільки рівень останнього залежить ще й від стиску електродів і причини, що дали б коректний орієнтир для їхнього розділу, не мають особливостей. Внаслідок цього на додатковому (попередньому) циклі контролю шляхом виміру потенціалу на полюсних містках сухозаряджених пристроїв чітко визначається тільки один дефект - перезволоженість деталей блоку і комплектуючих.It was experimentally established that the potential level on the polar bridges of the electrode block of dry-charged devices has a clear dependence on the humidity of the electrodes and separators. Moreover, this dependence in order of magnitude is in the range sufficient for practical use and is proportional to the level of humidity. At the same time, the potential does not depend on the compression of the electrodes, which makes it possible to use this indicator to indicate a single defect - the level of humidity of the internal environment of devices. Diagnosing the same defect by direct measurement of the cut-off current is impossible, since the level of the latter also depends on the compression of the electrodes, and the reasons that would give a correct reference point for their section have no specifics. As a result, on the additional (previous) cycle of control by measuring the potential on the pole bridges of dry-charged devices, only one defect is clearly identified - overwetting of the unit parts and components.

Таким чином, запропонований диференціальний спосіб контролю якості електродних блоків акумуляторів та акумуляторних батарей у процесі їх збирання на автоматичних лініях дає можливість точного визначення типу дефекту ще на стадії тестування. Це позбавляє від необхідності проведення додаткових трудомістких досліджень, скорочує час монтажу акумуляторів та акумуляторних батарей, а також дає можливість збільшити кількість відновлених блоків і пластин, тобто, зменшити відсоток браку.Thus, the proposed differential method of quality control of electrode blocks of accumulators and accumulator batteries in the process of their assembly on automatic lines makes it possible to accurately determine the type of defect even at the testing stage. This eliminates the need for additional time-consuming research, shortens the installation time of batteries and accumulator batteries, and also makes it possible to increase the number of restored blocks and plates, that is, to reduce the percentage of defects.

Запропоноване технічне рішення може бути використане на підприємствах по виробництву акумуляторів та акумуляторних батарей з пастованими електродами, зокрема - свинцево-кислотних типів.The proposed technical solution can be used at enterprises for the production of batteries and rechargeable batteries with pasted electrodes, in particular - lead-acid types.

Промислова придатність підтверджується актуальністю способу і його практичною прив'язкою до реальних виробничих технологій.Industrial suitability is confirmed by the relevance of the method and its practical connection to real production technologies.

Запропонований у винаході спосіб здійснюється таким шляхом. Для проведення процедури контролю підбирають регульоване джерело струму (імпульсного чи змінного), діапазон напруги якого перекриває всі діапазони тестування (від 12 до 40008), і обов'язково маючи високе значення внутрішнього опору. Робоче місце оснащують також автоматичним реєструючим пристроєм, а також - потенціометром. Джерело струму попередньо калібрують, визначаючи на безумовно справному блоці нормативний показник по струму на кожнім циклі тестування (5-3088, 3000-6008, 1000-17008 та 2000-40008). Потім, відповідно до заявленого способу, на полюсні містки досліджуваного блока електродів від джерела подають у чіткій послідовності, зазначений у формулі винаходу, дискретний ряд імпульсів напруги, що відповідають усім циклам виміру. На кожнім циклі роблять вимір струму в ланцюзі. Якщо струм перевищує нормативний показник для даного циклу, значить в акумуляторі мається саме той дефект, що визначається на цьому рівні впливу. Фіксуючий пристрій автоматично індукує номер дефектного блоку в акумуляторній батареї. По фіксованим записам результатів проводять аналіз технічного стану електродів дефектного блока.The method proposed in the invention is carried out in the following way. To carry out the control procedure, an adjustable current source (pulse or alternating) is selected, the voltage range of which covers all testing ranges (from 12 to 40008), and necessarily having a high value of internal resistance. The workplace is also equipped with an automatic recording device, as well as a potentiometer. The current source is pre-calibrated by determining the normative indicator of the current on each test cycle (5-3088, 3000-6008, 1000-17008 and 2000-40008) on a definitely working block. Then, according to the claimed method, a discrete series of voltage pulses corresponding to all measurement cycles is applied to the pole bridges of the investigated block of electrodes from the source in a clear sequence, specified in the formula of the invention. At each cycle, the current in the circuit is measured. If the current exceeds the normative indicator for this cycle, it means that the battery has exactly the defect that is determined at this level of influence. The locking device automatically induces the number of the defective unit in the battery pack. According to the fixed records of the results, an analysis of the technical condition of the electrodes of the defective unit is carried out.

Для сухозаряджених акумуляторів та акумуляторних батарей здійснюють додаткове визначення надлишкової вологості блоків електродів і комплектуючих. Його проводять до початку тестування по струму шляхом виміру потенціалу на полюсних виводах блоків.For dry-charged accumulators and accumulator batteries, additional determination of excess moisture of electrode blocks and components is carried out. It is carried out before the start of current testing by measuring the potential at the pole terminals of the blocks.

Перевірка диференціального способу в заводських умовах підтвердила його високу ефективність.Verification of the differential method in factory conditions confirmed its high efficiency.

Введення запропонованого способу тестування дала можливість у 9095 випадків уникнути необхідності демонтажу блоків з метою визначення типу дефекту.The introduction of the proposed testing method made it possible to avoid the need to dismantle blocks in order to determine the type of defect in 9095 cases.