Способ заряда аккумуляторной батареи Советский патент 1979 года по МПК H01M10/44 

1

Изобретение относится к области эксплуатации аккумуляторов и может найти применение для ускоренного заряда аккумуляторных батарей, преимущественно железоникелевых.

Известен способ .заряда аккумуляторной батареи повышенным током путем регулирования зарядного тока в зависимости от температуры электролита и скорости газовыделения 1 ..

Согласно этосу способу железоникелевую аккумуляторную батарею заряжают повышенньам током, который регулируют в начале в зависимости от заданной скорости роста температуры электролита до момента достижения ус тановленного для каждого типа аккумулятора отношения скорости газовыделения к зарядному току, а затем заряд ведут током,- определяемым скоростью газовыделения, устанавливаемой в соответствии с полученными батареей ампер-часами.

Недостатком указанного способа является, относительно низкая эффективность использования зарядного тока, повышенные электрические потери и длительность процесса заряда, пос. кольку применительно к щелочным железоникелевым аккумуляторам интен3

сивное газовыделение начинается вскоре после заряда, является основным признаком приема аккумуляторной батареей электрического заряда и само по себе совершенно не говорит об эффективности использования зарядного тока.

Известен также способ заряда аккумулятора, согласно которомув процессе заряда при повышенной плотности зарядного тока при достижении напряжения электролиза воды, входящей в состав электролита, и выделения газов , переходят на импульсный режим заряда, причем период подачи импульсов короче, чем период возбуждения газообразования 2 .

Однако данному способу присущи те же недостатки, что и вьяиеуказанному.

Целью изобретения является повышение эффективности использования зарядного тока, сокращение длительности процесса и увеличение КПД.

Указанная цель достигается тем,

5 что контролирует состав выделяющегося газа и с помоп1ью газоанализатора определяет соотношение содержащихся в нем кислорода и водорода и регулируют зарядный ток в зависимости от заданного оптимального соотношения обраэующнхся водорода и кислорода, кон кретного для различных аккумуляторов в диапазоне 0-0,5, поддерживая это со отношение неизменным до полного заряд батареи. j На фиг, 1 представлена блок-схема, иллюстрирующая предлагаемый способ заряда железоникелевых аккумуляторньк батарей} на фиг. 2 - диаграмма измене ния зарядного тока. Схема содержит зарядное устройство 1, аккумуляторную батарею 2, газовый анализатор 3. При заряде железоникелевой аккумуляторной батареи током повышенной плотности, в ней, /как и в других типах аккумуляторов, имеют место некоторые нeoбpaтй Eыe .явления, ведущие к образованию-газа. Газообразование у отрицательной пластины начинается вскоре после начала заряда. Освобождающийся при этом водород играет важную роль в работе аккумулятора, делая железо активным, вопреки его склонности становиться в щелочном растворе пассивным. Чем вы1че зарядный ток, тем сильнее газовьщеление/ а соответ ственно, и эффективнее электрохимические реакции заряда аккумуляторной батареи. И хотя в целом щелочной электролит не испытывает изменений ни в своем срставе, ни в плотности, в электроли те,находящемся в порах пластин, происходят существенные изменения и, в частности, изменение его концентрации. Кроме того, образующиеся при интенсивном газовыделении пузырьки водорода могут покрывать значительную часть поверхности электродов, зат рудняя ее контакт с электролитом.Это приводит к локализации зарядного тока на малых участках поверхности элек тродов, повБгшению действительной плотности зарядного тока до сверхдопустимой, приводящей к разложению воды на кислород и водород, т.е. к бесполезной затрате зарядного тока и снижению эффективности его использования (необходимо принимать во внимание и ограниченную скорость электрохими™ чеких реакций). Следовательно, предел повышения плотности зарядного тока должен-определяться, не температурой электролита, как в известных случаях, которая зависит не только от повышенных тепловыделений.при заряде аккумулятор ной ба±ареи повышенным током, но и от условий ее охлаждения (например, специальное, искусственное-водяное и т.д.), и от доли зарядного тока, идущего на разложение воды. „ Соотнрщение водорода и кислорода в выделяющемся газе и является истинным критерием эффективности ведения процесса заряда. Даже при чрезмерном газовыделении, но в малом содержании в нем кислорода, можно говорить о высокой степени восприимчивости аккумуляторной батареи к зарядному току и возмох ности дальнейшего продолжения заряда током повышенной плотности. И наоборот, при относительно большом содержании кислорода (доходящем в пределе до одной части кислорода на две части водорода), даже при небольшой интенсивности газовыделения, можно говорить о снижении восприимчивости аккумуляторной батареи, снижении эффективности его использования и необходимости принятия каких-либо экстренных мер по повышению активности батареи: снижение плотности зарядного тока или даже временное его прерывание; подача разрядных деполяризующих импульсов, перемешивание встряхивание электролита и т.д. .Исходя из вышесказанного, ускорен- . ный заряд щелочной аккумуляторной батареи ведут следующим образом: от зарядного устройства 1 на аккумуляторную батарею 2 (см. фиг. 1) подают зарядный ток повышенной плотности, величина которого зависит от типа аккумуляторной батареи, степени ее разряженности и заданной скорости роста газовыделения .(не превышая допустимой температуры нагрева, электролита). По мере протекания зарядного процесса растет не только интенсивность тазовыделения, но и происходит увеличение в выделяющемся газе доли кислорода из-за снижения восприимчивости аккумуляторной батареи к зарядному току и увеличение части зарядного тока, идущей на разложение воды. С помощью газоанализатора 3 (фиг. 1) коНтролируют состав вьщеляющегося газа; определяют соотношение содержащихся в нем водорода и кислорода; перерабатывают его в электрический сигнал, например в виде изменяющегося его выходного сопротивления или напряжения, и подают его в качестве обратной связи в систему автоматического регулирования зарядного устройства 1. Как только соотношение выделяющихся водорода и кислорода достигнет определенного наперед заданного значения, конкретного для каждого типа аккумулятора (и условий его охлаждения), система автоматического регулирования зарядного устройства 1 вырабатывает сигнал рассогласования (например с помощью порогового элемента) и начинает регулировать зарядный ток, обеспечивая поддержание выделяющихся водорода и кислорода в заданном соотношении (см. фиг. 2). Регулирование зарядного тока обесечивают в двух направлениях: - подачу деполяризующих-разрядных мпульсов, приводящих к повышению осприимчивости аккумуляторной бата-1 еи к зарядному току; - снижение зарядного тока, приводящее к снижению интенсивности газовыделения, поскольку по мере заряда аккумуляторной батареи электрохимиче кая активность аккумуляторной батаре снижается. Заряд прекращают при получении батареей заданных ампер-часов. Могут использоваться газоанализаторы -различных типов: электрохимические/ магнитные, хромотографические и др. Причем они могут быть специально приспособлены для определения количества и соотношения образовавигахся водорода и кислорода. Необходимо отметить, что все ранее известные параметры, характеризующие состояние аккумуляторной батареи в процессе заряда, такие как температура электролита, интенсивность газовыделения и даже взятые отдельно количества выделяющихся водорода и кислорода позволяют лишь субъективно судить о состоянии заряжаемой батареи. И только контроль и регулирование зарядного тока по соотношению выделяющихся водорода и кислорода могут дать объективную оценку эффективности использования зарядного тока и говорить о регулиро вании его доли, идущей на разложение воды. Предельные возможные соотношения выделяющихся кислорода и водорода на ходятся в диапазоне ,5 и в каждом конкретном случае будут зависеть от типоразмера аккумулятора и условий его охлаждения во избежании предельно допустимого нагрева аккумуляторной батареи. Благодаря предлагаемому контролированию соотношения выделяющихся кислорода и водорода и поддержанию их в оптимальном соотноьшнии обеспечивается высокая эффективность использования зарядного тока и пониженные тепловыделения и нагрев аккумуляторной батареи. Вследствии более точного учета контроля состояния заряжаемой батареи, появляется возможность проводить весь процесс заряда практически предельно допустимым повышенным током, что обеспечивает сокращение времени заряда аккумуляторной батареи. Формула изобретения Способ заряда аккумуляторной батареи, например железоникелевой, путем регулирования зарядного тока повышенной плотности, выбранного в соответствии с типом аккумулятора и условиями его охлаждения, в зависимости от газовыделения, отличающийс я тем, что, с целью повышения эффективности использования зарядного тока, увеличения КПД и сокращения длительности процесса заряда, в процессе заряда контролируют состав выделяющегося газа с помоЩью газоансшизатора определяют соотнесение содержащихся в нем кислорода и водорода и, при достижении этого соотношения заданного значения, установленного в диапазоне О - 0,5, подают сигнал рассогласования в зарядное устройство и обеспечивают регулирование зарядного тока, поддерживая его соотношение неизменным до полного заряда батери. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 431589, кл. Н 01 М 10/44, 1972, 2.Патент Японии 32134, кл. Б 701, 1969.