Способ заряда аккумулятора Советский патент 1981 года по МПК H01M10/44 

(54) СПОСОБ ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРА

Изобретение относится к вторичны источникам тока и может быть исполь вано в отраслях промышленности, изготавливающих и эксплуатирующих акк муляторы. Согласно известным способам заряд аккумуляторов осуществляют путем регулирования тока в зависимости от напряжения на аккумуляторе, температуры электролита, скорости газовыделения, а заканчивают заряд после сообщения заданного числа амп часов или при достижении заданной скорости газовьщелейия. Осуществление заряда при постоян ном напряжении l} и 23 является очен длительным и приводит к недозаряду аккумулятора открытой конструкции в связи с резким з еньшением тока во второй половине заряда, что снижает разрядную емкость и надежность эксплуатации аккумуляторов. В способах fSj и 4, реализующих регулирование зарядного тока по ско рости газовьщеления, основным недостатком является повьшенный зарядный ток как ,в начале, так и в конце, заряда, что приводит к перегреву аккумуляторов, снижению КПД зарйда и выплескиванию электролита, что, в свою очередь, снижает надежность эксплуатации и срок службй аккумуляторов. Известны способы и система заряда осуществляющие управление процессом по температуре, и скорости ее роста. В такой системе ток заряда уменьшают до тех пор, пока не установится тепловое равновесие между аккумулятором и окружающей средой. При этом температура аккумулятора становится близкой к предельно допустимой, а ток ортается на сравнительно высоком уровне, что снижает качество заряда, вьфажающееся в интенсивном газовыделении, бьтлескивании электролита, снижении емкости и срока службы аккумулятора. 3 Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является спо соб Гз, согласно которому с целью ускорения процесса, заряд осуществляют вначале повьшенным током, регулируемым в зависимости от заданных значений скорости роста температуры электролита и скорости газовыделения, а прекращают заряд после получения аккумулятором заданных ампер-часов. Регулирование зарядного тока повьшенной плотности по скорости роста температуры до установления отношения скорости газовыделения к зарядному току, равного 0,, .является неэффективным, что обусловлено следующими причинами. Повьшение темпера в аккумуляторах, например никел кадмиевых или никель-железных, проис ходит, в основном, за счет джоулевого тепла, а гепловой эффект реакций на электродах близок к нулю. Рост температуры эле1Стролй та начинается сразу после включения тока и замедляется с увеличением разности температур между аккумулятором и окружающей средой вследствие повьше- ния теплового потока в окружающую среду. Для поддержания постоянной скорости роста температуры по извест ному способу sl необходимо згвеличить зарядньй ток при наличии теплообмена с окружающей средой или под.держивать, его постоянным при отсутствии теплообмена. Как известно, одновременное действие повьшенных плотности тока и температуры приводит к, снижению восприимчивости заряда электродами и к повышенному газовьщелению. Переход на вторзта стадию заряда выбран так, что 70-80% зарядного тока повьшенной плотности расходуется на газовыделение, что ве дет к быстрому вымыванию активной массы, выплескиванию электролита. На второй стадии заряда регулирование тока осуществляют по заданной скорости газовыделения, которзпо изйеняют в зависимости от полученных аккумулятором ампер-часов, а прекращают заряд после ползгчення аккумулятором заданных ампер-часов. Как видим, на второй стадии заряди реал зуется программа изменения заданйой скорости газовьщеления от полученно емкости,- при этом доля зарядного то ка, идущего на газовыделенйе, будет расти, приближаясь к 100%. Тем не 0 менее, аккумулятору в соответствии с известным способом сообщают заданную зарядную емкость. Очевидно, что в заключительной стадии процесса не учитывают фактическую заряженность ак- . кумулятора, что ведет к излишнему расходованию электроэнергии и бесполезному электролизу электролита. При регулировании зарядного тока по заданным скоростям роста температуры и газовьщеления создаются благоприятные, условия для снижения качества заряда и интенсивного газовыделения даже при сравнительно высокой зффективности полезного использования зарядного тока, что вызывает высокую степень наполнения пористых электродов и сепарации вьщеляющимся газом, Это приводит к подъему уровня электролита и его выплескиванию из аккумулятора, оголению электродов, блокированию поверхности электродов газом, повыЕЮнию истинной плотности тока и еще большему газовьщелению. Таким образом, известный способ заряда приводит к перезаряду аккумуляторов, вьшлескиванию электролита вследствие интенсивного газовьщеления; Это свидетельствует о низком качестве заряда, приводит к вымыванию активной массы из электрода, снижению уровня электролита ниже допусти-мого и образованию электрической цепи между борнами аккумулятора. Цель изобретения - повышение качества процесса заряда, срока службы, и надежности эксплуатации аккумулятора. Поставленная цель достигается тем, что при заряде аккумулятора путем регулирования зарядного тока в зависимости от скорости роста температуры электролита и скорости газовьщеления дополнительно осуществляют регулирование зарядного тока по уровню электролита в аккзп уляторе и корректируют его по скорости изменения уровня. На чертеже представлена блоксхема для осуществления предлагаемого способа. Заряд выполняют следующим образом. В соответствии с исходными параметрами аккумулятора, поступившего на заряд, задают начальное значение зарядного тока, В процессе заряда изменяются уровеньи температура электролита, скорость газовьщеления, а также скорость изменения .уровня и температуры. Осуществляют регулировани зарядного тока по уровню электролиг в аккзмуляторе, а корректирзтот его в соответствии со скоростью изменен уровня, скоростью роста температуры и скоростью газовьщеления. Оканчива заряд при до.стижений установленного соотношения между величиной тока, и щего на газовьщеление, и зарядным током. При динамическом тепловом равнов сии системы аккумулятор-окружающая среда, которое наступает достаточно быстро, скорость роста температу ры не меняется, что делает неинформативным этот параметр в последующей части заряда. Это, в свою очередь, снижает качество регулировани зарядного тока и эффективность проц са. В то же время уровень электролита в аккумуляторе и скорость его изменений не остаются постоянными. следования показывают,что при заряде током одночасового режима серийных никель-кадмиевых аккумуляГоров с металлическими электродами уровен электролита повышается на 13 мм, а скорость его изменения на отдельных участках составляет от 60 до 100 мм/ч. Таким образом, уровень электролита и скорость его роста яв ляются высоко информативными параме рами, которые легко могут быть изме рены известными уровнемерами, напри мер, емкостного типа. Постоянный ко троль за уровнем электролита в процессе заряду и регулирование тока по уровню электролита и скорости его роста улучшают качество регулирования, не допускают высоких скоростей газовьзделения, повышают поле ное использование тока, сводят к минимуму потери электролита. Существенно повьшает точность и динамические свойства системы регулирования осуществление коррекции, по скорости изменения уровня, скорости роста температуры и скорости газовьщеления. Вторым преимуществом корректирования тока по скоростям изменения уровня, температуры и газовьщеления является то, что в процессе заряда не допускаются значительные скорости изменения указанных параметров. Это предупреждает выплескивание электролита, перегрев аккумулятора, вымывание активной массы электродов, чем повышается качество заряда, эффективность использования тока, надежность эксплуатации и срок службы. В процессе заряда важнейшей задачей является выбор критерия его . окончания. Наиболеедостоверным признаком окончания заряда является отношение тока, идущего на газовыделение, к зарядному току, так как оно представляет, собой коэффициент полезного действия процесса в данной момент. Окончание заряда при достижении установленного соотношения между током газовыделения и током заряда обеспечивает заданную заряженность аккумулятора, исключает перезаряд, а следовательно, снижает до минимума вымывание активной массы, повьш1ает срок службы аккумулятора. Заряд аккумулятора по предлагаемому способу осуществляют в следующей последовательности. С помощью задатчика 1 устанавливают начальное значение зарядного тока в зависимости от исходных цараметров аккумулятора, поступившего на заряд. В процессе заряда регулятор 2 вырабатьшает регулирующее воздействие на- зарядное устройство 3, изменяющее величину тока. Это происходит при изменении уровня электролита в аккумуляторе, который измеряют с помощью уровнемера 4. Сигнал об изменении уровня поступает на 1вход компара-Гора 5, где сравнивается с величиной уставки задатчика 1. Выработанный компаратором сигнал рассогласования служит управляющим воздействием на регулятор. Для повьшхения точности регулирования зарядного тока и улучшения динамических свойств системы одновременно осуществляют коррекцию по скорости изменения уровня электролита h dh/dt,скорости изменения температуры и скорости газовьщеления dv/df. Сигнал о скорости изменения уровня формируется дифференциатором 6, аналогично формируется сигнал, пропорциональный скорости изменения температуры, а скорость газовьщеления определяют, например, с помощью расодомера. Таким образом, зарядный ток аккумулятора 7 изменяют в зависимоти от сочетания управляющего сигнаа, пропорционального уровню h элек- тролита в аккумуляторе и корректйру ющих сигналов, пропорциональных ско ростям изменения уровня dh/d2, температуры и газовьщеления. Предлагаемый способ заряда улучшает качество процесса заряда и регулирования тока, устраняет выплескивание электролита из аккумулятора и снижение уровня электролита ни же допустимого 5 а также дополнитель ньй саморазряд через внешнюю цепь, образованную вьшлеснутым электролитом, исключает оголение верхней час ти электродов и возникновение теплового разгона, снижает коррозию батарейнь1х ящиков и потребность в регулярной очистке аккумуляторов от выплеснутого электролита после заряда. Формула изобретения Способ заряда аккумулятора путем регулирования зарядного тока в зави симости от скорости роста температуры электролита и скорости газовыделения , отличающийся тем, что, с целью повьшения качества процесса заряда, надежности эксплуатации и срока службы, дополнительно осуществляют регулирование зарядного тока в зависимости от уровня электролита и корректирзтот его по скорости изменения уровня. Источники информации, принятые во внимание при- экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 423209, .кл. Н 01 М 10/44, 1972. 2.Романов В.В., Хашев Ю.М.. Хцмические источники тока. М., Советское радио, 1978, с. 262. 3.Авторское свидетельство СССР № 156207, кл. Н 01 М 10/48, 1962. . 4. Патент США № 3.852.652, кл. Н 02 J 7/06 (кл. 320/35). 5. Авторское свидетельство СССР № 431589, кл. Н 01 М 10/44, 1972.

Jii

.