Разработка технологии непрерывной диагностики и мониторинга емкости никель-кадмиевых аккумуляторов в режиме буферного подзаряда

• Автор: Дворядкин, Виталий Валерьевич
• Шифр специальности: 05.17.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 192 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Общие принципы оценки состояния аккумулятора

1.1.1 Диагностика НКА по напряжению разомкнутой цени (НРЦ)

1.1.2 Диагностика по напряжению при пассивной нагрузке (НЗЦ) и динамическим параметрам отклика на пассивную нагрузку

1.1.3 Диагностика по отклику на тестовый сигнал

1.1.4 Диагностика с использованием априорных математических моделей

1.1.5 Комплексные алгоритмы диагностики

1.2 Механизм электродных процессов в НКА - основа методик диагностики

1.2.1 Основные электродные процессы НКА
1.2.2 Побочные процессы на положительном и отрицательном электродах
1.3 Моделирование процессов, протекающих на ОНЭ в процессах заряда и разряда
1.4 Рекомендации по выбору способа диагностики
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1 Объекты исследования
2.2 Тестирование отдельных электродов
2.3 Принципиальная схема стенда для циклирования и диагностики макетов аккумуляторов
2.4 Электроды для исследований электрохимической активности активных материалов НКА
2.5 Методика локальной импульсной хронопотенциометрии
2.6 Циклическая вольтамперометрия
2.7 Исследование состава оксидно — никелевого электрода

2.8 Обработка экспериментальных данных
ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОТЕНЦИОСТАТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ЕМКОСТИ НКА
3.1 Математическая модель потенциостатической диагностики гладкого электрода
3.2 Экспериментальная проверка результатов математического моделирования работы гладкого однородного электрода
3.3 Исследование электрохимических характеристик материала положительного электрода НКА
3.4 Исследование намазного ОНЭ методами локального электрохимического анализа
3.5 Влияние неоднородности материала ОНЭ па хроноамперограммы потен-циостатических включений
3.6 Возможности проявления электрохимического перенапряжения при по-тенциостатических включениях
3.7 Выводы по главе
ГЛАВА 4. ДИАГНОСТИКА ЕМКОСТИ НКА НА ОСНОВЕ ЭМПИРИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
4.1 Однопараметрическая диагностика по зависимостям ток - емкость
4.2 Модели диагностики на основе уравнений множественной регрессии
4.3 Диагностика с предварительной кластеризацией данных
4.4 Исследование влияния количества ступеней включения на точность диагностики и апробация алгоритма
4.5 Разработка методики диагностики на НКА ламельпой конструкции
4.5.1 Выбор параметров для предварительной кластеризации
4.5.2 Диагностика НКА с пористыми электродами ламельпой конструкции
4.6 Выводы по главе
ГЛАВА 5. БЕЗЭТАЛОННЫЕ МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ
5.1 Выбор режима поляризации

5.2 Выявление чередования зарядных процессов на вольтамперометрических зависимостях
5.3 Оценка возможности сужения диапазонов емкости
5.3.1 Кластеризация по двум параметрам
5.3.2 Кластеризация по четырем параметрам
5.3.3 Алгоритм безэталонной диагностики НКА
5.4 Диагностика батарей на основе НКА, работающих в режиме буферного подзаряда постоянным напряжением
5.5 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ:
Приложение А. Акт внедрения результатов диссертационной работы
Приложение Б. Акт испытаний методики экспресс - диагностики отдельных никель - кадмиевых аккумуляторов в составе батареи

свойствами. Это вызвано тем, что данный тип формы частиц является более «пористым», следовательно, имеет более развитую поверхность.
Для никель-кадмиевых аккумуляторов каждому значению остаточной емкости можно сопоставить определенный уровень концентрации протонов в АМ ОНЭ, определяющий, в свою очередь, равновесный потенциал оксидно-никелевого электрода. Отсюда следует, что методика диагностики НКА должна учитывать стадию диффузии протона при выборе критерия диагностики.
На основе положений об определяющей роли диффузии протона построены большинство существующих математических моделей работы ОНЭ [62, 218-267], а именно процесса заряда-разряда [34-36, 218-232], саморазряда [112-114, 233, 234], интеркаляции в АМ ОНЭ катионов других металлов [92, 235-237], например лития, и особенности работы пористого электрода [238-248].
В работе [62] изучался процесс переноса протона па ОНЭ с помощью анализа кривых спада тока при ступенчатом изменении потенциала. Были определены коэффициент переноса, константы скорости переноса, ток обмена и коэффициент диффузии протонов в твердой фазе с кристаллической структурой /?-гидроксида никеля.
Для расчета коэффициента переноса и константы скорости переноса на границе раздела к0 = к°дг = к°9г для растворов КОН,
ИаОН и ЫОН использовались экспериментальные данные в области потенциалов от 0,3 до 0,52 В. Далее методом наименьших квадратов анализировалась функциональная зависимость вида (1.16):
Рассчитанный в исследованных растворах коэффициент переноса близок к 0,5. Однако, рост константы скорости переноса протона при переходе от КОН, ИаОН к ЫОН существенно выше экспериментального разброса. И, как отме-
С(ф) = 1п о) + аф,
(1.16)