СПОСОБ УСКОРЕННОГО ФОРМИРОВАНИЯ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЕМКОСТИ ЗАКРЫТЫХ НИКЕЛЬ-КАДМИЕВЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ ПРИ ПОМОЩИ ЗАРЯДА АСИММЕТРИЧНЫМ ТОКОМ Российский патент 2007 года по МПК H01M10/44 H02J7/10 

Изобретение относится к электротехнике и касается вопроса формирования и восстановления емкости закрытых никель-кадмиевых аккумуляторных батарей (АБ) при вводе в эксплуатацию, техническом обслуживании и регламентных работах.

Известен способ [Патент РФ №2185009, Н01М 10/54, 2000] восстановления никель-кадмиевых аккумуляторов, входящих в батарею, при котором осуществляют предварительный разряд батареи аккумуляторов до 0÷0,5 В с последующим зарядом его до максимального значения, предусмотренного техническими характеристиками, перед разрядом и зарядом аккумуляторной батареи осуществляют заряд и измерение напряжения батареи, сравнение его с заданным значением, при этом в случае отсутствия в батарее короткозамкнутых элементов осуществляют, по крайней мере, один цикл разряда и заряда батареи с помощью переменного тока номинальной величины с частотой 20 кГц÷80 Гц, зависимость которого от времени носит пилообразный характер, представляющий собой несимметричную относительно 0 В зависимость с соотношением зарядной части к разрядной в режиме заряда как (20÷4): 1 и в режиме разряда как 1:(20-4), и превышении амплитудой импульса переднего фронта в 4÷5 раз среднего значения зарядного тока, а в случае наличия в батарее короткозамкнутых элементов перед зарядом батареи предварительно осуществляют процесс многократного ударного воздействия на батарею при помощи конденсатора емкостью от 10000 мкФ, заряженного до напряжения 25÷60 В, с последующим зарядом аккумуляторной батареи до номинального значения, после чего цикл разряда и заряда батареи осуществляют аналогично описанному выше, повторяя дозаряд выравнивающим током в 4÷10 раз меньшим номинального, после чего восстановительный цикл, состоящий в разряде и заряде батареи, повторяют. Однако данный способ характеризуется сложностью реализации и большой длительностью восстановления батареи.

Наиболее близким к предлагаемому является способ [Патент РФ №2226019, Н01М 10/44, 2002], в котором заряд аккумулятора производят асимметричным импульсным током с чередованием зарядного и разрядного импульсов, а возбуждение в аккумуляторе механических колебаний осуществляют за счет формирования зарядного импульса в виде серии импульсов высокой частоты. Частоту импульсов, составляющих зарядный импульс, выбирают в пределах 3÷30 кГц. Импульсы тока высокой частоты приводят к механической вибрации аккумулятора с такой же частотой, что интенсифицирует электрохимические процессы, улучшает доступ электролита к активной массе электродов, улучшает условия движения газов для осуществления процесса рекомбинации. Благодаря импульсам разряда происходит измельчение крупнокристаллических структур на поверхностях элементов аккумулятора, чему способствуют и возникающие в аккумуляторе механические колебания. Однако при данном способе возможны механические повреждения активной массы и основы электродов. Кроме того, формирование зарядного импульса в виде серии импульсов высокой частоты приводит к увеличению амплитудных значений токов, что увеличивает газообразование и омические потери в батарее.

Задачей изобретения является разработка способа ускоренного формирования при вводе в эксплуатацию и восстановления емкости при техническом обслуживании и регламентных работах закрытых никель-кадмиевых АБ, характеризующегося отсутствием выплескивания электролита при заряде и сокращением времени по сравнению с регламентированными способами формирования и восстановления емкости закрытых никель-кадмиевых аккумуляторных батарей постоянным током.

Поставленная задача достигается тем, что в известный способ восстановления никель-кадмиевых аккумуляторных батарей, в котором заряд аккумулятора производят асимметричным током с чередованием зарядного и разрядного импульсов, внесены изменения, характеризующиеся тем, что заряд батареи ведут разнополярными импульсами тока со стабилизированными амплитудами разрядного и зарядного токов при соотношении амплитуд разрядного и зарядного импульсов 3÷4 с амплитудами зарядного тока, численно равными 0,2÷0,6 от номинальной емкости, при длительности зарядного импульса 220±20 мс и разрядного импульса 15±5 мс с паузами между ними 0÷2 мс, процесс заряда прекращают при достижении напряжения на батарее порогового значения, данного в ТУ или инструкции по эксплуатации на батарею, или до сообщения зарядной емкости в размере 120÷150% от номинальной емкости. Контроль напряжения на батарее производят в паузе между зарядным и разрядным импульсами тока. Разряд батареи ведут стабилизированным постоянным током, численно равным 0,2С_ном. Уменьшение соотношения амплитуды разрядного и зарядного импульсов ниже указанного выше предела влечет за собой разогрев батареи и повышенное газовыделение аккумулятора, что ведет к выплескиванию электролита. Увеличение зарядной емкости свыше 150% от номинальной практически не дает прироста разрядной емкости, но приводит к росту газовыделения и увеличению времени заряда.

Указанный способ проверяли на электровозных АБ 42НК-125 при формировании свежеизготовленных АБ, при регламентных работах и при вводе в эксплуатацию после смены электролита при ведении технического обслуживания в депо. Заряд вели асимметричным током 35 А при соотношении амплитуд разрядного и зарядного импульсов 3,3, длительности зарядного импульса 220 мс, длительности разрядного импульса 15 мс, паузе между импульсами 2 мс, процесс заряда прекращали при достижении напряжения на батарее порогового значения, данного в ТУ или инструкции по эксплуатации на батарею или до сообщения зарядной емкости в размере 140% от номинальной емкости. Уменьшение соотношения амплитуды разрядного и зарядного импульсов ниже 3 влечет за собой сильное газовыделение и приводит к выплескиванию электролита, а при соотношении амплитуд более 4 практически не увеличивается положительный эффект от применения асимметричного тока, но усложняется зарядное устройство и растут омические потери на внутренних соединениях АБ. При длительности разрядного импульса более 20 мс происходит разогрев внутренних токоведущих соединений АБ, а при длительности менее 10 мс за счет снижения эффективности разрядного импульса увеличивается газовыделение, что приводит к вспениванию и выплескиванию электролита. Длительность зарядного импульса выбирают в пределах 220±20 мс, чтобы скважность разрядного импульса была в пределах 4÷9%. Время паузы не более 2 мс выбирают из условия прекращения переходных процессов при переходе от зарядного импульса к разрядному и от разрядного к зарядному. Уменьшение амплитуды зарядного импульса ниже 0,2 от номинальной емкости АБ удлиняет время заряда, не сокращая полного времени процесса формирования или восстановления, а увеличение выше 0,6 от номинальной емкости сокращает время заряда, но увеличивает как газовыделение и разогрев АБ, так и время на отгазовку и остывание АБ, а также снижает разрядную емкость, что в конечном итоге приводит к увеличению числа зарядно-разрядных циклов, необходимых для набора номинальной емкости. Увеличение зарядной емкости свыше 150% от номинальной практически не дает прироста разрядной емкости, но также приводит к выплескиванию электролита и увеличению длительности заряда, снижение зарядной емкости ниже 120% приводит к тому, что АБ при заряде остаются недозаряженными, что снижает разрядную емкость и увеличивает число зарядно-разрядных циклов, необходимых для набора номинальной емкости.

Согласно ТУ на АБ 42НК-125 формирование или восстановление ведут при заряде постоянным током 35 А до сообщения зарядной емкости в размере 300% от номинальной, при этом происходит вспенивание и выплескивание электролита вследствие бурного газовыделения. Зарядно-разрядные циклы повторяют до тех пор, пока разрядная емкость станет не меньше номинальной. Для ввода батареи в эксплуатацию требуется 3÷4 цикла заряда-разряда. Использование вышеуказанного способа формирования и восстановления с помощью заряда асимметричным током позволяет значительно сократить время цикла заряда-разряда, снизить требуемое число циклов заряда-разряда для набора батареей номинальной емкости до 1÷3, исключить выплескивание электролита за счет уменьшения газовыделения.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат - сокращение времени формирования и восстановления закрытых аккумуляторных батарей (АБ) и уменьшение газовыделения. Заряд АБ ведут стабилизированным асимметричным током при соотношении амплитуд разрядного и зарядного импульсов 3÷4 с амплитудами зарядного импульса, численно равными 0,3÷0,5 от номинальной емкости, при длительности зарядного импульса 220±20 мс и разрядного импульса 15÷5 мс с паузами между ними 0÷2 мс до достижения напряжения на батарее порогового значения, данного в ТУ или инструкции по эксплуатации на батарею или до сообщения зарядной емкости в размере 120÷150% от номинальной емкости. Контроль напряжения на батарее производят в паузе между зарядным и разрядным импульсами тока.

Способ ускоренного формирования и восстановления емкости закрытых никель-кадмиевых аккумуляторных батарей при помощи заряда асимметричным током с чередованием зарядного и разрядного импульсов, отличающийся тем, что заряд батареи ведут разнополярными импульсами тока со стабилизированными амплитудами разрядного и зарядного токов при соотношении амплитуд разрядного и зарядного импульсов 3÷4 с амплитудами зарядного импульса, численно равными 0,2÷0,6 от номинальной емкости, при длительности зарядного импульса 220±20 мс и разрядного импульса 15±5 мс с паузами между ними 0÷2 мс, процесс заряда прекращают при достижении напряжения на батарее порогового значения, данного в ТУ или инструкции по эксплуатации на батарею или до сообщения зарядной емкости в размере 120÷150% от номинальной емкости, и контроль напряжения на батарее производят в паузе между зарядным и разрядным импульсами тока.