СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УСКОРЕННОГО ЗАРЯДА ГЕРМЕТИЧНЫХ НИКЕЛЬ-КАДМИЕВЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ АСИММЕТРИЧНЫМ ТОКОМ Российский патент 2003 года по МПК H01M10/44 H02J7/00 

Изобретение относится к электротехнике и касается вопроса ускоренного заряда герметичных никель-кадмиевых аккумуляторных батарей (АБ).

Известен способ [1] форсированного заряда никель-кадмиевых АБ с малым газовыделением. Заряд проводят разнополярными импульсами тока с параметрами: длительность зарядного импульса (200±110) мс, разрядного (10±0,5) мс, паузами между ними (10±1) мс, соотношение амплитуд зарядного и разрядного токов 7,1±0,1, амплитуда зарядного импульса 5,6÷8,5 от номинальной емкости, время заряда 10,5÷15,5 мин. Однако данный способ допускает газовыделение и разогрев АБ, что недопустимо для герметичных батарей.

Наиболее близким к предлагаемому является способ [2] быстрого заряда никель-кадмиевых АБ разнополярными импульсами тока со стабилизированными амплитудами импульсов зарядного и разрядного токов при соотношении 6,9±0,1, с амплитудами зарядного импульса 2,5÷3,0 от номинальной емкости при длительности зарядного импульса (200±10) мс и разрядного импульса (10±0,5) мс, с паузами между ними (10±1) мс за время, равное 35÷27,5 мин.

Однако данный способ требует предварительного доразряда батареи до уровня 1В на аккумулятор, а конец заряда определяется количеством электричества, пропущенного через аккумулятор, 96% от номинальной емкости. Такой способ определения окончания заряда не учитывает изменение емкости аккумуляторов в процессе эксплуатации (аккумулятор считается исправным при снижении емкости до 0,6 от номинальной). Перезаряд герметичного аккумулятора при ускоренных режимах заряда недопустим, т.к. приводит к перегреву и активному выделению газа из-за того, что избыточное количество электричества расходуется на электролиз воды. В итоге это приводит к сокращению ресурса аккумуляторов и батарей на их основе.

Задачей изобретения является разработка способа автоматизированного ускоренного заряда герметичных никель-кадмиевых АБ без ухудшения их технико-эксплуатационных характеристик, без разогрева и без предварительного приведения в исходное состояние, с окончанием процесса заряда при достижении напряжения на батарее порогового значения.

Поставленная задача достигается тем, что в известный способ ускоренного заряда никель-кадмиевых аккумуляторов разнополярными импульсами тока со стабилизированными амплитудами разрядного и зарядного токов введены изменения, позволившие вести ускоренный заряда герметичных никель-кадмиевых аккумуляторных батарей в автоматическом режиме без ухудшения технико-эксплуатационных характеристик, без разогрева и без предварительного доразряда батареи. Заряд проводят при соотношении амплитуд разрядного и зарядного токов 3,0±0,2 с амплитудами зарядного тока 1,2÷0,8 от номинальной емкости при длительности зарядного импульса (230±10) мс и разрядного импульса (15±5) мс с паузами между ними 0÷2 мс, процесс заряда прекращается при достижении напряжения на батарее порогового значения, данного в ТУ или инструкции по эксплуатации на батарею.

Уменьшение соотношения амплитуды разрядного и зарядного токов сверх указанных выше пределов влечет за собой сильный разогрев и повышенное газовыделение аккумулятора, а увеличение - неоправданное усложнение и увеличение мощности заряд-разрядных каналов, снижение энергетических показателей зарядных устройств, реализующих данный способ заряда. Величины амплитуд выбраны для получения оптимального соотношения "время заряда/мощность устройства" и "время заряда/технико-эксплуатационные характеристики АБ". Время паузы выбрано из соображений окончания переходных процессов в коммутируемой цепи.

Заряд данным режимом снимает "эффект памяти" герметичных никель-кадмиевых АБ, что позволяет заряжать их без предварительного доразряда до уровня 1В на аккумулятор в автоматическом режиме. Критерием окончания заряда является достижение напряжения на батарее определенного порогового напряжения.

Ниже приведены примеры осуществления способа в указанных выше пределах.

Пример 1. АБ НКТГЦ-3,5-1 заряжалась следующим режимом заряда: амплитуда зарядных импульсов 3,1±0,1 А, соотношение амплитуд разрядного и зарядного импульсов 3,0±0,1, длительность зарядных импульсов 220 мс, длительность разрядных импульсов 20 мс, пауза между зарядными и разрядными импульсами отсутствует, время заряда 1час 50 мин, газовыделение и нагрев отсутствуют. Пороговое напряжение 16,2±0,1В.

Пример 2. АБ НКГЦ-1,8-1 заряжалась следующим режимом заряда: амплитуда зарядных импульсов 1,9±0,1 А, соотношение амплитуд разрядного и зарядного импульса 3,0±0,1, длительность зарядных импульсов 220 мс, длительность разрядных импульсов 20 мс, пауза между зарядными и разрядными импульсами отсутствует, время заряда 1 час 30 мин, газовыделение и нагрев отсутствуют. Пороговое напряжение 16,2±0,1В.

За указанными пределами параметров тока, например, при заряде батареи НКГЦ-1,8-1 тем же режимом, но с соотношением амплитуд разрядных и зарядных импульсов 2,0±0,1А, наступает сильный нагрев и газовыделение, а отдаваемая емкость уменьшается, увеличение же амплитуды разрядных импульсов приводит к существенному усложнению зарядного устройства.

Указанный способ заряда проверялся на аккумуляторных батареях 10НКГЦ-1,8-1 и 10НКГЦ-3,5-1 при испытаниях на долговечность в режиме циклирования. За основу взята методика ТУ 44РК-4676561-009-94 для аккумуляторных батарей 10НКГЦ. Испытание на долговечность проводят при нормальных климатических условиях, за исключением контрольных циклов, которые проводят при температуре окружающего воздуха 20±5^oС, при следующих режимах: 1 цикл - заряд током I₃= 0,1С_н в течение 16 часов, разряд током I_р=0,25С_н в течение 2 часов 20 минут, со 2 по 48 цикл - заряд током I₃=0,25С_н в течение 3 часов 10 минут, разряд током I_р=0,25С_н в течение 2 часов 20 минут, 49 цикл - заряд током I₃= 0₅25С_н в течение 3 часов 10 минут, разряд током I_р=0,25С_н до напряжения 10,0В, пятидесятый цикл - контрольный, заряд током I₃=0,1С_н в течение 16 часов, разряд током I_р=0,25С_н до напряжения 10,0В. Циклы с первого по пятидесятый должны повторяться до тех пор, пока емкость на любом кратном пятидесятому цикле не станет меньше 0,6С_н, в этом случае проводится два цикла по режиму пятидесятого. Испытания считаются законченными, если на всех трех таких последовательных циклах емкость стала менее 0,6С_н и продолжаются при обеспечении батареей емкости не менее 0,6С_н.

В общее число циклов, сообщенных батарее при испытаниях на долговечность в режиме циклирования, включают циклы, проведенные по этим режимам, и циклы, проведенные на ней на всех других видах испытаний.

399 и 400 циклы проводятся по режиму 49 и 50 циклов соответственно.

Батарея считается выдержавшей испытание, если:
- габаритные, установочные и присоединительные размеры соответствуют указанным на габаритном чертеже;
- она не имеет механических повреждений;
- минимальная наработка при номинальных режимах заряда и разряда составила 400 циклов, а емкость в течение минимальной наработки была не менее 0,6С_н.

В отличие от стандартной методики, заряд проводился способом автоматического ускоренного заряда асимметричным током, а каждый пятый разряд проводится до напряжения 10,0 В. Циклы с первого по пятый повторялись до тех пор, пока емкость на любом кратном пятому цикле не стала меньше 0,6С_н.

В этом случае проводилось два цикла по режиму пятого.

Наработка заряд-разрядных циклов при заряде батарей только этим способом для батареи 10НКГЦ-1,8-1 составила 450 циклов. Для батареи 10НКГЦ-3,5-1 наработка составила 600 циклов, а отдаваемая емкость на шестисотом цикле составила около 3 Ахч, что выше нижнего порогового значения 0,6С_н, равного 2,1 Ахч, т.е. батарея не выработала свой ресурс.

Использование предлагаемого способа ускоренного заряда герметичных аккумуляторных батарей позволяет значительно упростить зарядное устройство для его реализации по сравнению с известным способом за счет отсутствия необходимости проведения предварительного доразряда и подсчета количества электричества для определения окончания заряда, а также уменьшения мощности зарядного устройства.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 1035687, Н 01 М 10/44, 1983.

2. Авторское свидетельство СССР 1048536, Н 01 М 10/44, 1983.

Изобретение используется в электротехнике для ускоренного заряда герметичных аккумуляторных батарей. Согласно изобретению заряд герметичной никель-кадмиевой батареи осуществляется без предварительного дозаряда в режиме со стабилизированными амплитудами разрядного и зарядного токов при соотношении 3,0±0,2 с амплитудами зарядного тока 1,2÷0,8 от номинальной емкости при длительности зарядного импульса (230±10) мс и разрядного импульса (15±5) мс с паузами между ними 0÷2 мс, процесс заряда прекращается при достижении напряжения на батарее порогового значения. Техническим результатом изобретения является ускоренный автоматический заряд без снижения эксплуатационных характеристик.

Способ ускоренного заряда герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов разнополярными импульсами тока со стабилизированными амплитудами разрядного и зарядного токов, отличающийся тем, что заряд герметичных аккумуляторных батарей проводят в автоматическом режиме без приведения их в исходное состояние при соотношении амплитуд разрядного и зарядного токов 3,0±0,2, с амплитудами зарядного тока 1,2÷0,8 от номинальной емкости при длительности зарядного импульса (230±10) мс и разрядного импульса (15±5) мс с паузами между ними 0÷2 мс, процесс заряда прекращается при достижении напряжения на батарее порогового значения.