Способ заряда аккумуляторной батареи Советский патент 1981 года по МПК H01M10/44 

Изобретение относится к области эксплуатации аккумуляторных батарей преимущественно свинцово-кислотных. , Известны способы заряда аккумуля торых батарей постоянным сглаженным телком повышенной плотности с периоди:ческой подачей на стадии их дозаряда кратковременных разрядных деполяризирующих импульсов тока, пара метры, начало и частота подачи кото рых Зсшаются в функции состояния за ряжаемой батареи 1,2 и 3, Одним из важнейших параметров разрядных импульсов тока является их длительность, . Известны cnocotei заряда :аккумуляторных батарей током повышенной плотности с периодической подачей разрядных импульсов тока, длительность которых задается постоянной и подбирается экспериментально 1 и 2. Недостатком этих; способов заряда яв ляется обобщенность требований к параметрам разрядных импульсов тока, не учи тывакаплх специфичность отдельных типо размеров аккумуляторных батарей,что при массовой зарядке различных типоразмеров аккумуляторных батарей приводит к снижению эффективности процесса заряда аккумуляторных батарей. Наиболее близким к предлагаемому является способ заряда аккумуляторных батарей током повышенной плотности с периодической подачей кратковременных разрядных импульсов тока с длительностью, равной полупериоду собственной частоты аккумуляторной батареи в разряженном состоянии 3 . Недостатком этого способа является пониженная эффективность процесса заряда, поскольку по мере дозаряда аккумуляторной батареи ее собственная частота колебаний понижается, режим подачи разрядных импульсов выходит из резонансного, и амплитуда разрядных импульсов тока снижается за счет увеличения полного сопротивления аккумуляторной батареи. Цель изобретения - повыоюние эффективности процесса заряда при простоте его практической реализации. Указанная цель достигается периодической подачей разрядных импульсюа тока неизменной длительности, равной полупериоду собственной частоты полностью заряженной аккумуляторной батареи.

Момент окончания процесса заряда определяют по максимуму амплитуды разрядных импульсов тока или нулю производной частотной характеристики батареи.

На фиг.1 приведена блок-схема системы заряда, реализующая способ Заряда; на фиг.2 - токовые диаграммы/ характеризующие способ заряда.

Блок-схема системы заряда содержит узел 1 заряда, узел 2 разряда, датчики 3 и 4 тока, датчик 5 напряжения, систему б управления и аккумуляторную батарею 7.

При ускоренном заряде аккумуляторных батарей, например свинцовокислотных, постоянным током повышенной плотности, формируемым узлом 1 заряда (фиг.1), по мере заряда снижается их восприимчивость к зарядному току, возникают процессы газовой и электрической поляризации, приводящие к повышению напряжения на аккумуляторной батарее выше допустимого, газообразованию и т.д., снижающие эффективность дальнейшего протекания зарядного процесса.

Для снижения влияния указанных нежелательных явлений либо их полного устранения и подают периодически кратковременные разрядные импульсы тока с помощью узла 2 разряда (фиг.1 При этом момент начала подачи и частоту подачи разрядных импульсов тока задают либо по заранее составленной временной программе, либо в функции состояния заряжаемой аккумуляторной батареи : напряжение, интенсивность газовыделения, нагрев, давление, плотность и т.д. Амплитуду разрядных импульсов Задают также либо неизменной, либо возрастающей по мере заряда аккумуляторной батареи. Соответственно и длительность разрядных импульсов тока выбирают либо постоянной, экспериментально подобранной, либо возрастающей по мере усиления поляризационных процессов в аккумуляторной батарее (фиг.2а).

Вследствие сложности протекающих в заряжаемой аккумуляторной батарее электрохимических процессов на практике предпочтительны способы заряда с усредненными параметрс1ми разрядны импульсов тока.

Относительно длительности разрядных импульсов тока в качестве такого усредненного значения предлагается брать их длительность, равную полупериоду собственной частоты полностью заряженной аккумуляторной батареи .

При заряде свинцово-кислотнызг аккумуляторных батарей током повышеной плотности кратковременные разрядные импульсы тока начинают подавать при достижении ими 60-90% уровня ааряда, т.е. на стадии их дозаряда,

когда напряжение на них достигает уровня газообразования и в дальнейшем практически остается неизменным, а частота их собственных колебаний за оставшийся период дозаряда изме.няется незначительно на 20-40%.

Известно (из теории резонансных явлений и частотных характеристик), что комплексное - полное внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи минимально и равно ее чистому активному сопротивлению только при равенстве собственной частоты колебаний аккумуляторной батареи и вынужденной частоты колебаний (определяемой в данном случае длительностью разрядных импульсов тока, равной полупериоду собственных колебаний полностью заряженной аккумуляторной батареи). Амплитуда разрядных импульсов тока, определяемая отношением напряжения на клеммах аккумуляторной батареи к полному сопротивлению разрядной: цепи будет минимальной в момент начала подачи разрядных импульсов тока и будет возрастать по мере ее дозаряда достигая максимума в момент окончания заряда.

За счет малого активного сопротивления аккумуляторной батареи возрастание амплитуды разрядного импульса тока будет представлять собой верхнюю правую часть резонансной колоколообразной частотной характеристики аккумуляторной батареи с ярко выраженным возрастанием амплитуды импульсов разрядного тока (фиг.26).

Как уже было сказано выше, такое возрастание амплитуды разрядных импульсов тока к концу разряда весьма целесообразно с точки зрения повышения эффективности процесса заряда. При этом снижаются и требования к системе заряда, поскольку в ней не нужны будут устройства регулирования амплитуды разрядных импульсов тока. Облегчается и контроль момента окончания процесса заряда аккумуляторной батареи - по максимально достижимой амплитуде разрядных импульсов тока, соответствующей моменту равенства длительности разрядных импульсов тока полуйериоду собственной частоты полностью заряженной акку1«1уляторной батареи. Однако поскольку при заряде разных типоразмеров аккумуляторных батарей им соответствуют и разные максимальные амплитуды разрядных импульсов тока, то момент окончания процесса заряда аккумуляторных батарей удобнее контролировать по моменту достижения производной нулевого значения частотной характеристики батареи по амплитуде разрядных импульсов тока.Покольку частотная колоколообразная характеристика аккумуляторной батареч (фиг.26) относительно разрядных импульсовтока имеет максимум - Bepшину в режиме резонанса, соответствующего моменту окончания процесса заряда аккумуляторной батареи, производная ее в этой точке момента времени всегда равна нулю. Тем самым решается задача точного определения момента окончания процесса заряда аккумуляторной батареи безотноситель но типоразмера заряжаемой батареи. Практическая реализация такого контроля может быть легко осуществима известными логическими устройствами например, с помощью сумматора-фильт ра, выделяющего огибающую изменения амплитуды разрядных импульсов тока, и дифференцирующей цепочки, определяющей нулевое значение производной частотной характеристики (огибающей) батареи, и подающей сигнал окончания процесса заряда аккумуляторной батареи. Кроме того, перезаряд аккумуляторной батареи ведет к дальнейшему снижению собственной частоты колебаний батареи за счет дальнейшего возрастания ее емкости, к выходу батаре из резонансного режима, переходу на левую часть спадающей колоколообразной частотной характеристики и новому возрастанию производной, правда уже с противоположным знаком {фиг.2б Т.е. повышается и точность контроля момента окончания, а следовательно и эффективность процесса заряда. Естественно, что максимально до- пустимая амплитуда разрядного импульса тока,соответствующая режиму резонанса в момент окончания заряда долж на быть ограниченной, вполне определенной величиной, определяемой, напр мер, по минимально допустимому напряжению на клеммах аккумуляторной батареи при кратковременном ее разряде. Формула изобретения 1.Способ заряда аккумуляторной батареи током повышенной плотности с периодической подачей кратковременных разрядных импульсов тока с длительностью, выбираемой в соответствии с собственной частотной характеристикой аккумуляторной батареи, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса заряда, длительность разрядных импульсов тока задаютнеизменной, равной полупериоду собственной частоты полностью заряженной аккумуляторной батареи. 2.Способ ПОП.1, отличающийся тем, что момент окончания процесса заряда определяют по максимально достижимой амплитуде разрядных импульсов тока. J. Способ ПОП.1, отличающ с я тем, что момент око,нчания процесса заряда определяют по достижению производной частотной характеристики батареи относительно разрядных импульсов тока нулевого значения Источники информации, прргнятые во внимание при экспертизе 1.Патент США 3929505, кл. 136.-34, 1975. 2.Авторское свидетельство СССР № 497660, кл. Н 01 М 10/44, 1975. 3.Авторское свидетельство СССР № 628555, кл. Н 01 М 10/44, 1977.

а

iH

. О гпакс

tK

di, 1, О

Z/dt