СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ САМОРАЗРЯДА СВИНЦОВОЙ СТАРТЕРНОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ Российский патент 2020 года по МПК H01M10/42 H01J7/00 

Предлагаемое изобретение относится к автомобильной промышленности и может быть использовано при эксплуатации аккумуляторных батарей, в частности, для поддержания их работоспособности при наличии источников энергии ограниченной мощности и периодического действия.

Известно, что у всех вторичных химических источников энергии (аккумуляторов) количество отдаваемого электрического заряда со временем при хранении уменьшается, что характеризуется как саморазряд аккумулятора.

Известен способ компенсации саморазряда свинцовых стартерных аккумуляторных батарей, заключающийся в пропускании электрического тока через аккумуляторную батарею в обратном направлении в сравнении с рабочим током, измерении напряжения на разомкнутых клеммах аккумуляторной батареи, в сравнении измеренного напряжения с критерием напряжения заряженности и отключении тока [Руководство по свинцовым аккумуляторным батареям. Утверждено заместителем начальника Главного бронетанкового управления и заместителем начальника Центрального автотракторного управления. - М.: Воениздат, 1983. - 183 с.].

В известном способе, как способе заряжения свинцовых стартерных аккумуляторных батарей в режиме постоянного напряжения, в котором величина напряжения источника энергии для зарядки устанавливается в пределах

где n - количество аккумуляторов в батарее.

Недостатком известного способа является заряжаемость батареи в пределах до (75-85) % зарядовой емкости.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является способ компенсации саморазряда свинцовых стартерных аккумуляторных батарей источниками энергии ограниченной мощности и прерывного действия, заключающийся в пропускании электрического тока через аккумуляторную батарею в обратном направлении в сравнении с рабочим током, измерении напряжения на разомкнутых клеммах аккумуляторной батареи, в сравнении измеренного напряжения с критерием напряжения заряженности и отключении тока. [Руководство по свинцовым аккумуляторным батареям. Утверждено заместителем начальника Главного бронетанкового управления и заместителем начальника Центрального автотракторного управления. - М.: Воениздат, 1983. - 183 с.]

Этот способ известен под названием способа заряда аккумуляторной батареи в режиме постоянного тока. Способ осуществляется пропусканием постоянного тока величиной I_зар.=0.1 С₁₀, равной величине отбираемого тока при 10-часовом режиме полного разряда батареи, где С₁₀ - величина зарядовой емкости аккумуляторной батареи при 10-часовом режиме разряда или заряда батареи.

Прим.: При меньшем токоотборе величина зарядовой емкости больше, а при большем токотборе - меньше. Так, аккумуляторная батарея 6СТ-190 при 10-часовом режиме (отбор тока 19 Ампер) имеет емкость 190 Ампер-часов, а при отборе тока 800 Ампер имеет емкость около 20 Ампер-часов.

Недостатком известного способа является ограниченная возможность его реализации в пределах электрических сетей коллективного пользования или при работе двигателя внутреннего сгорания транспортного средства. В целом, указанный недостаток ограничивает мобильность транспортного средства, ухудшает звуковую скрытность и связан с расходом топлива на обеспечение работы двигателя внутреннего сгорания транспортного средства для приведения в действие электрического генератора.

Предлагаемое техническое решение направлено на повышение мобильности транспортного средства, в котором используется аккумуляторная батарея, на улучшение звуковой маскировки и уменьшение расхода топлива транспортного средства.

Технический результат достигается тем, что в способе компенсации саморазряда свинцовых стартерных аккумуляторных батарей источниками энергии ограниченной мощности и прерывного действия, заключающийся в пропускании электрического тока через аккумуляторную батарею в обратном направлении в сравнении с рабочим током, измерении напряжения на разомкнутых клеммах аккумуляторной батареи, в сравнении измеренного напряжения с критерием напряжения заряженности и отключении тока, дополнительно оценивают величину разряженности и скорость саморазряда аккумуляторной батареи, определяют максимальный ток заряда

где Р - ограниченная мощность источника энергии;

n - количество аккумуляторов в батарее,

определяют минимальное время пропускания тока I_{зар.макс} для компенсации потерянного заряда

где ΔQ_пот - величина потерянного заряда батареи при саморазряде, пропускают ток от источника энергии с мощностью Р в течение времени не менее 2 t_мин., затем периодически через время

где dQ/dt - скорость саморазряда,

пропускают обратный ток (ток заряда) через аккумуляторную батарею от источника с ограниченной мощностью в течение времени не менее

Предлагаемое изобретение может быть реализовано с помощью устройства, функциональная схема которого приведена на рисунке.

Один из вариантов устройства для реализации способа компенсации саморазряда свинцовых стартерных аккумуляторных батарей источниками энергии ограниченной мощности и прерывного действия (далее устройство) содержит последовательно соединенные фотоэлектрический преобразователь 1 световой энергии (солнечный элемент), преобразователь величины напряжения постоянного тока 2, коммутатор 5, измеритель электрических характеристик (напряжения, тока, мощности) 6 и аккумуляторная батарея 7, а также устройство управления 4, соединенное с преобразователем 2 коммутатором 5 и измерителем 6, и хронометр 3, соединенный с устройством управления 4.

Фотоэлектрический преобразователь (далее ФЭП) 1 преобразует световую энергию в электрическую. С помощью преобразователя 2 величина напряжения устанавливается равной

где U_гп - напряжение гальванической пары, для пары Pb-РbО равное 2 В;

U_доб - добавочное напряжение, превышающее напряжение гальванической пары;

n - количество гальванических пар (аккумуляторов в батарее).

Добавочное напряжение обеспечивает пропускание обратного тока через аккумуляторы батареи. Коммутатор 5, устройство управления 4 и хронометр 3 обеспечивают установку режима контроля и величины саморазряда аккумуляторной батареи 7, переключения в режим заряда и контроля времени, тока и напряжения заряда батареи 7 после очередного процесса саморазряда.

Способ осуществляется следующим образом. Соединяют аккумулятор к устройству (рисунок) компенсации саморазряда, в частности, к измерителю электрических характеристик 6. Для реализации способа компенсации саморазряда необходимо на батарею подать напряжение согласно формуле (6).

Для свинцово-кислотных аккумуляторов при известном режиме заряда (заряжения) постоянным напряжением величина добавочного напряжения составляет U_доб = 0.3-0.4 В. При этом заряженность может достигать 85%, то есть «потерянный» заряд ΔQ_пот не менее 15%. При заряде током как в прототипе U_доб достигает величины 0.7 В. При этом напряжении происходит обильное газовыделение с образованием своего рода блистеринга, то есть очень мелких пузырьков газа с огромным внутренним давлением (десятки атмосфер). При соприкосновении с поверхностью активной массы пузырьки лопаются с выделением большой энергии и разрушают поверхность зерен активной массы. Зерна активной массы положительного электрода по размеру сравнимы с пузырьками, поэтому разрушается связь между зернами пористой активной массы, и электрод осыпается (в гидравлике подобные явления характеризуются как «кавитация»).

В предлагаемом способе для устранения кавитации в порах положительного электрода величина U_доб принимается равным 0.6 В, при которой отсутствует «кипящее» газовыделение и устраняется кавитационное разрушение электрода. При этом это напряжение выше добавочного напряжения режима постоянного напряжения (0.3-0.4) В и обеспечивает заряженность более 95%. Эта оценка следует из линейной интерполяции зависимости степени заряженности от величины добавочного напряжения: при U_доб = 0.4 В степень заряженности составляет 85%, а при U_доб = 0.7 В степень заряженности составляет 100%.

Сопоставительный с прототипом анализ показал, что предполагаемое изобретение позволяет осуществлять компенсацию саморазряда с применением автономных, мобильных и бесшумных источников энергии во временных интервалах суточной периодичности действия от допустимых величин саморазряда (25% зимой и 50% летом), до поддержания уровня, близкой к полной готовности (более 95% степени заряженности); использовать бесшумные, мобильные, компактные солнечные элементы и осуществлять компенсацию саморазряда батарей в условиях солнечного, а также дневного диффузно рассеянного света. Применение стандартных солнечных батарей в качестве ФЭП размерами 20×30×1 см³ позволяет получать напряжение 12 В и обеспечивают мощность более 10 Вт.Для транспортного средства с аккумуляторной батареей 6СТ-190 можно обеспечить компенсацию саморазряда во всех рабочих условиях в реальном масштабе времени с помощью четырех ФЭП общей мощностью 40 Вт.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способу компенсации саморазряда свинцовых стартерных аккумуляторных батарей. В предложенном способе оценивают величину разряженности и скорость саморазряда аккумуляторной батареи, определяют максимальный ток заряда _{Iзар.макс}=Р/(2,6 n), где Р - ограниченная мощность источника энергии, n - количество аккумуляторов в батарее, определяют минимальное время пропускания тока I_{зар.макс} , при этом для компенсации потерянного заряда t_мин=ΔQ_пот/I_зар, где ΔQ_пот - величина потерянного заряда батареи при саморазряде, пропускают ток от источника энергии с мощностью Р в течение времени не менее 2 t_мин., затем периодически через время t=ΔQ_пот/(dQ/dt), где dQ/dt - скорость саморазряда, пропускают обратный ток или ток заряда через аккумуляторную батарею от источника с ограниченной мощностью в течение времени не менее t=5.2 n ΔQ_пот/Р. Компенсацию саморазряда в соответствии с предложенным способом возможно проводить с применением автономных мобильных источников энергии во временных интервалах суточной периодичности действия от допустимых величин саморазряда до поддержания уровня, близкого к полной готовности. Применение стандартных солнечных батарей в качестве ФЭП размерами 20×30×1 см³ позволяет получать напряжение 12 В и обеспечивает мощность более 10 Вт. Повышение надежности эксплуатации свинцовых аккумуляторных батарей является техническим результатом изобретения. 1 ил.

Способ компенсации саморазряда свинцовых стартерных аккумуляторных батарей источниками энергии ограниченной мощности и прерывного действия, заключающийся в пропускании электрического тока через аккумуляторную батарею в обратном направлении в сравнении с рабочим током, измерении напряжения на разомкнутых клеммах аккумуляторной батареи в сравнении измеренного напряжения с критерием напряжения заряженности и отключении тока, отличающийся тем, что дополнительно оценивают величину разряженности и скорость саморазряда аккумуляторной батареи, определяют максимальный ток заряда I_{зар.макс}=Р/(2,6 n), где Р - ограниченная мощность источника энергии, n - количество аккумуляторов в батарее, определяют минимальное время пропускания тока I_{зар.макс} для компенсации потерянного заряда t_мин=ΔQ_пот/I_{зар.макс}, где ΔQ_пот - величина потерянного заряда батареи при саморазряде, пропускают ток от источника энергии с мощностью Р в течение времени не менее 2 t_мин., затем периодически через время t=ΔQ_пот/(dQ/dt), где dQ/dt - скорость саморазряда, пропускают обратный ток или ток заряда через аккумуляторную батарею от источника с ограниченной мощностью в течение времени не менее t=5,2 n ΔQ_пот/Р.