Способ заряда свинцового аккумулятора Советский патент 1992 года по МПК H01M10/44 

Ё

Использование: для Заряда свинцовых аккумуляторов, используемых в транспорте. Сущность изобретения: заряд начинают током, равным двукратному значению недостающей емкости, и ведут снижающимся напряжением до 2,4 В на аккумулятор, после чего - неизменным током. Общая продолжительность заряда не превышает 1-1,5 ч. 2 ил.4 табл.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к обслуживанию вторичных элементов, и может быть использовано для заряда свинцовых аккумуляторов и аккумуляторных батарей.

-Известен способ ускоренного заряда свинцовых аккумуляторов, в котором зарядка может производиться токами, численно равными 70% номинальной емкости в течение 30 мин, а токами, равными 30% номинальной емкости, - в течение 90 мин.

Заряд аккумуляторов большими значениями неизменного тока на конечной стадии процесса приводит к существенному повышению напряжения (2,6 - 2,65 В) на элементах, создающему сильное газовыделение.

Каждый способ ускоренного заряда требует знания недостающей емкости. Известное снижение плотности электролита от

степени разряженности позволяет установить взаимосвязь между плотностью электролита аккумулятора и недостающей емкостью.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ зарядки двухступенчатым током, в котором ток первой ступени численно превышает до 30% недостающей емкости.

Однако такой способ имеет существенные ограничения по температуре.

В другом ускоренном способе аккумуляторная батарея зарядится до уровня 95% своей номинальной емкости лишь за 3 ч, что является существенным недостатком в случаях необходимости более быстрого восстановления затраченной емкости.

Цель изобретения - ускорение заряда свинцовых аккумуляторов и достижение продолжительности процесса в течение

Х|

сл

00 vj

сь

1-1,5 ч при уменьшении температуры электролита.

По данному способу определяют недостающую емкость Снед для состояния покоя аккумуляторов по формуле

Снед (У+/3-)/Д1. 0)

где Сц - номинальное значение емкости;

у и уз плотности электролита в момент определения Сиед и в полностью заряженных аккумуляторах;

.16

устанавливают уровень напряжения, соответствующий начальному току, численно равному двукратному значению недостающей емкости, а затем напряжение источника снижают в соответствии с формулой:

и (и„ачэл. -2,4)/ti;

(2)

где инач.эл. начальное напряжение аккумулятора /элемента/;

ti 30 мин - время зарядки снижающимся напряжением); при достижении напряжения на аккумуляторе 2,4 В продолжают заряд в режиме стабилизации тока 12, равного значению тока в момент ti, и проводят заряд в течение времени t2, соответствующего формуле

12-(Снед-Сц)/12

(3)

где Сц - емкость, полученная аккумуляторами за время ti;

ij- КПД аккумуляторов.

Общая продолжительность зарядки т.з составляет

t3 tl +(Снед-Сц)/12 -Ц.

(4)

Формула (1) позволяет определять недостающую емкость лишь по трем известным параметрам: Сн, у и уз . Пользованием этой формулой существенно упрощается методика оценки недостающей емкости

Снед.

Начальный зарядный ток, равный двукратной величине недостающей емкости, удовлетворяет заявляемому времени заряда в пределах 1-1,5 ч,обеспечивает способность аккумуляторов принимать большие зарядные токи и уменьшение температуры электролита.

На фиг. 1 приведена графическая иллюстрация заявляемого способа ускоренного заряда,

Скорость снижения напряжения источника численно равна тангенсу угла а , заключенного между горизонтальной прямой, проведенной из точки, соответствующей напряжению инач.эл., и наклонной прямой, характеризующей зарядное напряжение

источника. Ток при этом снижается по графику гиперболического типа. При напряжении на аккумуляторах 2,4 В, характеризующемся нормально допустимой степенью газовыделения, заряд продолжают неизменным током la, который имел место в момент достижения напряжением этого значения.

В табл. 1 приведены скорости снижения напряжения источника, вычисленные

по формуле (1) для ti 30 мин.

Основой содержания табл. 1 служит семейство графиков, приведенных на фиг, 2, где наклоны лучей, опущенных в точку, соответствующую времени 30 мин, характеризуют скорости снижения напряжений на аккумуляторах, при которых исходное напряжение в момент включения источника уменьшится до 2,4 В в течение 30 мин. Выбор времени 30 мин обусловлен следующими факторами: скоростью снижения напряжения определяется температура электролита и продолжительность времени, в течение которого будет снижаться напряжение, поэтому увеличение этого времени

приведет к более быстрому нарастанию температуры и перегреву аккумуляторов до завершения процесса зарядки; при заряде свинцовых аккумуляторов снижающимся током по законам, близким к гиперболе и

экспоненте, в моменты 30±5 мин наступает максимум температуры электролита и дальнейший заряд неизменным током позволяет не допустить перегрева аккумуляторов; комбинация приведенных скоростей снижения

напряжения на начальной стадии зарядки с переходом через 30±5 мин к неизменному току позволяет обеспечить полный заряд аккумуляторов через 1-1,5 ч,

В табл. 2 приведены результаты заряда

аккумуляторной батареи 6ЭМ-60 при 62,5%-ной заряженное™, степень разря- женности определялась по формуле (1).

В приведенных экспериментальных данных у 1,23 г/см3, 1,29 г/см3, Сн

60 А ч,-ft 0,16 г/см3. При подстановке их в формулу (1)

Снед 60 1 - (1,225 + 0,16 - 1,29)/0,1 б

22,5 А-ч.

Это же значение емкости было получено от батареи перед контрольной зарядкой, данные которой были приведены в табл. 2. В течение первых 30 мин аккумуляторами была получена емкость 14 Ач, что составляет 62% относительно недостающей емкости. За последующий час батареей получено 16,2 А- ч.Если учесть, что КПД

батареи составляет 85%, то продолжительность всего дозаряда этой батареи в соответствии с формулой (4) должна составить

t 0,5+ (22,5-14)716,2 -0,85 1,017ч.

На фиг. 3 воспроизведены графики зарядного тока и напряжения на аккумуляторах рассмотренного зарядного процесса. Приращение температуры электролита к моменту отключения батареи (за 1,5 ч) составило около 13°С.

Начальное напряжение на аккумуляторах при двукратном значении тока недостающей емкости не всегда совпадает с желаемой скоростью снижения напряжения. В таких случаях устанавливают требуемый начальный зарядный ток и заряжают им до тех пор, пока напряжение не достигнет значения, соответствующего требуемой скорости его снижения. Например, после включения на заряд аккумуляторов напряжение на каждом из них составило 2,7 В, а заряд должен проводиться при скорости 13,35 мВ/мин.эл. (фиг. 2). В данном случае в течение 7 мин заряд будет проводиться установленным током, а после этого напряжение снижают по графику на фиг. 2, соответствующему скорости снижения 13,35 мВ/мин-эл. Напряжение при этом должно снижаться по графику табл. 3,

Данными табл. 4 иллюстрируется заряд аккумуляторной батареи 6СТ-55 при скорости снижения напряжения 16,67мВ7мин.эл. Батарея была разряжена на 25%, т. е. СНед 14 А рч. Поэтому начальное значение тока было установлено 2 -14 28 А, которое в пределах 10 мин было неизменным до соответствия выбранной скорости снижения напряжения.

При скорости снижения напряжения 16,67 мВ/мин.эл. в течение первых 30 мин заряда батарее сообщено 10,5 А -ч. Поэтому

0

5

0

5

0

5

0

5

по формуле (3) время заряда стабилизированным током la составит

12 (14 - 10,5)77 -0,80 0.625 ч.

Это время заряда, составляющее около 40 мин, находится в интервале между 60 и 90 (табл. 4).

Возможности изменения скорости снижения напряжения позволяют варьировать количеством электричества, получаемым аккумуляторами, в зависимости от необходимой продолжительности зарядки и температурных условий.

Формула изобретения Способ заряда свинцового аккумулятора двухступенчатым током, отличающий- с я тем, что. с целью ускорения заряда и достижения продолжительности процесса в течение 1-1,5 ч при уменьшении температуры нагревания электролита, устанавливают уровень напряжения Унанэл соответствующий начальному току, численно равному двукратному значению недостающей емкости, определяемой по формуле

(У+/3-).

затем напряжение источника снижают в соответствии с формулой

U (инач.эл. - 2,4)ti, где ti 30 мин, при достижении напряжения на аккумуляторе значения 2,4 В продолжают заряд в режиме стабилизации тока 2, равного значению тока в момент ц, и проводят заряд в течение времени t2, соответствующего формуле

t2 (Снед - Сц)/12 V ; где Сн - номинальная емкость;

у И уз - плотности электролита в момент определения недостающей емкости и в полностью заряженном аккумуляторе;

/3 0,16;

Сц- емкость, полученная аккумулятором за время ц;

1 - КПД аккумулятора.

Характеристики заряда аккумуляторной батареи б ЭМ-60 при 1Нач/СНед 2,

Снед 22,5 А -ч

Заряд аккумуляторов при 13,35 мВ/мин.эл.

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Т а блица 4

нач. эл

.

2,4 В

Т )Г

нач нед

-2s-const

30 t-, 90 мин

О

. /

В 2,9

2,8

2,7

2,6

2,5

о / ,ч

мин

мин

20

О