Способ заряда аккумуляторной батареи Советский патент 1992 года по МПК H01M10/42 H01M10/44 

: Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть широко использовано при эксплуатации аккумуляторных батарей.

В промышленности, на транспорте . и так далее применение .аккумуляторных батарей стремительно растет. Поэтому важно рационально и экономично, использовать аккумуляторные батарей . путем оптимизации их эксплуатацион- V ных режимов. Эксплуатация аккумуля торных батарей начинается, как правило, С их заряда.

Известны способы заряда аккумуляторных батарей. В этих способах ое- ..;.. новным требованием, предъявляемым к зарядному режиму, является ограничение перезаряда, например заряд определенной емкостью, зависящей оттока заряда. Однако заряд постоянным током с ограничением длительности заряда требует полностью разряженные аккумуляторы в батарее. В про- хивном случае длительность заряда

должна быть скорректирована, так, чтобы за время заряда аккумуляторной батарее было сообще около 120 емкости, снятой на предыдущем разряде, что в большинстве случаев трудно реализовать в связи с отсутствием в указанных способах точного метода определения степени заряженности аккумуляторов в батарее.

Недостатками известных способов являются: : . .

для гальваностатического заряда. Существенная зависимость определения конца заряда от начального состояния аккумуляторов в батарее, обуславливающая либо избыточный перезаряд, либо недозаряд, который ведет в первом случае к выходу герметичного аккумулятора из строя, во втором слу- ;чае - к потере эффективной емкости;

для потенциометрического заряда. Нестабильный уровень заряженности (колеблется в пределах 30-100%), что

(Л

1

ю

СП

э

iO J

риводит к недозарядам и снижению разядной емкости;

для потенциостатического заряда Имеется проблема предотвращения перезаряда при включении на заряд батарей с произвольной степенью заряжен- ности, так как в условиях реальной ксплуатации систематически фиксиовать длительность заряда или ряда последовательных разрядов реализовать практически очень сложно, кроме ого, здесь имеет место накапливаюаяся погрешность;

для барометрического заряда. Сниже ние зарядной емкости при фиксированной уставке давления (специфично, особенно для никель-водородной электрохимической системы), вызываемое коррозией никелевой основы окисно- никелевого электрода в процессе экслуатации. Кроме того в данном способе накладывают ограничения взаимоотношения скорости газовыделения и скорости газопоглощения, что требует только фиксированных значений тока заряда;

для кулснометрического заряда. Систематическое накапливание ошибки по емкости, обусловленной естествен- ным саморазрядом аккумуляторов в батарее, причем,величина ошибки зависит от уровня заряженности, времени хранения температуры среды и прочих технологических процедур.

Срабатывание уставки давления и корректировка счетчика ампер-часов проходят раньше достижения нужной сте пени заряженности, обусловленной воз- растанием остаточного давления водорода при длительной эксплуатации. Указанные способы позволяют достоверно .определить эффективную (распола- гаемую) емкость аккумуляторной бата- реи. Эффективную зарядную емкость. необходимо периодически оценивать (определять) в процессе эксплуатации аккумуляторных батарей.

Например, после.изготовления ; кумуляторной батареи любой электро- химической системы батарея поставля ется для нужд народного хозяйства. По поступлению к потребителю батарея подвергается входному контролю (контролю технического состояния). В про цессе которого с аккумуляторной батареей проводится контрольный цикл

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

(заряд-разряд с контролем зарядной и разрядной емкостей). При этом перерыв с момента изготовления батареи до выполнения входного контроля у потребителя может достигать двух месяцев, что соответствует требованиям ГОСТа, определяющим процедуру входного контроля. Временные интервалы по хранению батареи между ее изготовлением и началом работ с ней у потребителя приводят к потери батарей (за счет саморазряда) части остаточной емкости. Количество потерянной емкости зависит прямо пропорционально от длительности хранения, температуры окружающей среды, типа электрохимической системы и т.д. Эти факторы обуславливают необходимость компенсации потерянной емкости при хранении, так как без этого величина зарядной емкости на. контрольном цикле ошибочная и ее значение существенно Зависит от условий хранения.

Целью изобретения является повышение эфективности процесса заряда аккумуляторной батареи.

С аккумуляторной батареей предварительно проводят зарядно-разрядный цикл с сообщением емкости не менее 0,2-СН, где Сн - номинальная .емкость аккумуляторной батареи. .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является гальваностатический способ заряда. Прак- :тика эксплуатации аккумуляторных батарей различных электрохимических систем показывает, что остаточная (нерабочая) емкость составляет не бо лее.:20% номинальной емкости. В этой связи, например, полностью разряжен- ной аккумуляторной батарее (ноль вольт на каждом аккумуляторе) необ- ; ходимо сообщить около 120% (без учета коэффициента перезаряда) ее номи- .нальной емкости.

При. эксплуатации аккумуляторной батареи ее циклирование осуществляется на неравномерную глубину и не- ритмично. Это приводит к неопределенному состоянию аккумуляторной батареи по эффективной (рабочей) ем- , кости в связи с отсутствием надежного способа текущего определения степени заряженности. Кроме того, это усугубляется дополнительно саморазрядом пр.и хранении батареи, включая потерю даже остаточной (нерабочей)

емкости. В этих условиях необходима достоверная оценка величины зарядной емкости.

Предлагаемый цикл заряда-разряда реализуется на батарее, находящейся в неопределенном состоянии после ее разряда до нижнего эксплуатационного уровня напряжения. Неопределенное состояние батареи характеризуется ве- личиной остаточной емкости, которая зависит от уровня тока npefluiectBy- ющего разряда, длительности и условий хранения, типа электрохимической системы.

; В предлагаемом режиме миницикла разряд батареи осуществляется до нижнего эксплуатационного уровня Напря- жёния, устанавливаемого индивидуально в зависимости от числа аккумуляторов, типа электрохимической системы. Преимуществом предлагаемого способа по сравнению с известным заключается, например, в отсутствии приведения батареи в полностью разряженное состояние, которое для своей реализации требует значительных временных и материальных затрат с исключением на этот период от функционального назначения. Кроме того, по предлагаемому способу как заряд, так и разряд осуществляются в условиях эксплуатации номинальным током 0,1Сн, что позволяет восстановить остаточную емкость |до номинального уровня, достоверно определить величину эффективной зарядной емкости, судить о степени деградации емкостной характеристики, благодаря чему обеспечивается эффективность способа.

Практика эксплуатации аккумуляторг ных батарей в течение 25 лет позволяет констатировать, что для оценки емкостной характеристики батареи выполняется два и более циклов заряда- разряда. При длительных перерывах в работе, например 1-2 мес, батарея на первом цикле характеризуется пре- вышением зарядной емкости над ее нормативным значением, что подвергает сомнению в целом качество изготовле ния батареи..

Второй цикл при кондиционной бата- хрее и точной настройке средств огра- ничения перезаряда подтверждает соот ветствие величины зарядной емкости с ее нормативным значением. При необ

0

5

- 5

Q

5

0

5

0

5

ходимости оценки зарядной емкости батареи непосредственно в условиях эксплуатации батарея на первом цикле характеризуется меньшим значением зарядной емкости по сравнению с нормативным значением, что подвергает сомнению гарантийные ресурсные характеристики батареи. Второй цикл в большинстве случаев является определяющим и при прочих благоприятных условиях подтверждает или не подтверждает кондиционность батареи.

В предлагаемом .способе функции первого цикла выполняет предварительный миницикЛ, обуславливающий вос., становление (нормализацию) остаточной емкости батареи до номинальной величины. Затем полный последующий цикл характеризует качество изготовления и эксплуатации батареи (эффективность) .. Таким образом, для получения данных по фактической зарядной емкости

. аккумуляторной батареи, пребывающей на любом этапе ее эксплуатации и в различном состоянии (заряжена, раз

ряжена, находится на хранении и т.д.) достаточно предварительно выполнить зарядно-разрядный цикл с сообщением емкости не менее 0,2 ot ее номинальной величины. -...- Нижний уровень зарядной емкости на предварительном цикле должен быть не менее 20% от номинальной, т.е. эту величину определяет уровень остаточной (нерабочей) емкости, кото- рую потенциально может потерять каждый аккумулятор в батарее за счет саморазряда при .хранении.

Верхний уровень заряженности в

этом цикле целесообразно выбирать исходя из конкретного типа электрохимической системы, коэффициента перезаряда и возможностей устройства, его реализующего. Хотя это требует

дополнительных временных и экономических затрат, величина верхнего уровня может назначаться до ее номинальной величины. .

I . .. .. . . Предварительный незначительный

по времени зарядно-разрядный цикл обеспечивает повышение эффективности способа заряда за счет устранения неоднозначности исходного состояния аккумуляторной батареи. В качестве устройства, реализующего предлагав717252978

мый способ, можно использовать ти-ределенной величины по времени, о тповые средства заряда аккумуляторовличающийся тем, что, с цеи аккумуляторных батарей.лью повышения эффективности процесса,

предварительно проводят зарядно-разФормула изобретениярядный цикл с сообщением емкости не

j Способ заряда аккумуляторной ба-менее 0,2 СН, где Сц - номинальная

Тареи в режиме постоянного тока оп-.емкость аккумуляторной батареи.

Использование: в промышленности и на транспорте в процессе эксплуатации и хранения батарей. Сущность изобретения: перед зарядом аккумуляторной батареи в режиме постоянного тока по времени проводят зарядно- разрядный цикл с .сообщением емкости не менее 0,2 Сн, где Сн - номинальная емкость. .