Способ заряда батареи никель-кадмиевых герметичных аккумуляторов

Союз Советския Социалистических Республик(51)М. Кл. Н 01 М 10/44 с присоединением заявки М -Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(23) Приоритет Опубликовано 301080. бюллетень Мо 40 Дата опубликования описания 03. 11. 80 53) УДК 621. 355.)СПОСОБ ЗАРЯДА БАТАРЕИ НИКЕЛЬ-К ГЕРМЕТИЧНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ ВЫ астиспосолевых мбини Изобретение относится к об электротехники, в частности к бам заряда батареи кадмий-ник герметичных аккумуляторов с к рованным блоком электродов(КН дополнительным кислородным эл дом,Ши окое асп ост анение в р р р промышленности, в автономных источниках питания нашли аккумуляторные батареи на основе герметичных кадмий-никелевых аккумуляторов с комбинированным блоком электродов(КНГК),обладающие более высокими удельными электрическими характеристиками по сравнению с кадмий-никелевыми герметичными (КНГ) аккумуляторами.Обычно, с целью снижения давления в герметичном аккумуляторе, в нем размещается дополнительный электрод из активированного угля, замкнутый накоротко с отрицательным электродом, Таким образом, внутри аккумулятора образуется коротко-замкнутая гальваническая пара уголь-кадмий, работающая за счет поглощения кислорода из газовой фазы углем и электрического окисления кадмия, Укаэанный процесс протекает со значительной скоростью и резко снижает давление, развивающееся при заряде внутри герметичногоаккумулятора.Известные способы заряда применительно к аккумуляторным батареям этого типа не обеспечивают высоких емкостных характеристик при длительнойэксплуатации в буферном режиме.Известен способ заряда герметичных аккумуляторов по конечному давлению внутри аккумулятора 1) .Однако использование упомянутогоспособа для заряда аккумуляторовКНГК при интенсивном циклированииприводит к наличию постоянного кислородного давления в аккумуляторахНаличие этого давления ведет к возникновению неравномерности и заряженности отдельных участков электродов,что связано с технической невозможностью обеспечения равномерной скорости процесса поглощения по всей поверхности пластин. Неравномерностьуровня заряженности различных участков исключает возможность полногозаряда электрода, ведет к росту внутреннего сопротивления и потере емкости в процессе эксплуатации,Известен способ автоматическогозаряда герметичных никель-кадмиевыхаккумуляторов по заданному конечномунапряжению,контролируемому термозависимым датчиком напряжения, которыйобеспечивает заряд при отсутствиикислорода в газовой фазе 2.Однако, как показали результатыэксплуатации батареи по этому способу, длителный недозаряд приводит кросту внутреннего сопротивления аккумуляторов и, как следствие, к снижению емкости, В связи с этим способзаряда усовершенствован. С цельюувеличения срока службы и повышенияемкости аккумулятора КНГ ему послесрабатывания датчика предельного напряжения сообщают дополнительную емкость 3, Переход на заряд дополнительной емкостью производят после 15снижения емкости до 50-60 от номинальной, Однако применительно к аккумуляторам КНГК сообщение дополнительной емкости приводит к возникновению в аккумуляторах постоянного 2 Окислородного давления, Наличие этогодавления связано с возникновениемнеравномерности в заряженности отдельных участков электродов и, следовательно, невозможностью обеспеченияравномерной скорости поглощения кислорода по всей поверхности пластин,что, в свою очередь, исключает возможность полного заряда электрода иведет к росту внутреннего сопротивления к потере емкости в процессеэксплуатации.Целью изобретения является повышение емкости батарей на базе аккумуляторов КНГК при длительной эксплуатации в буферном режиме, Поставлен- З 5ная цель достигается тем, что зарядбатареи КНГК производят последовательностью поямоугольных импульсовнапряжении частотой 1-12 кГц, а амплитудой и длительностью соответст Овуюгих среднему зарядному току 0,10,15 от номинальной емкости, при достижении напряжения батареи, соответствуюгего в среднем 1,43-1,45 В накаждый аккумулятор, и заряду батареина величину номинальной емкости производят дополнительный заряд последовательностью импульсов, соответствующих среднему току 0,003-0,009 отноминальной емкости батареи,На фиг, 1 представлена заряднаяхарактеристика аккумулятора; на фиг,2,а,б - соответственно блок-схемаустройства для реализации способа иего характеристика,Экспериментально доказано, что при заряде батареи из КНГК аккумуляторов токами до 0,15 от номинальной емкости при нормальных температурных условиях кислорода газовыделение отсутствует вплоть до сообщения аккумулятору 100 номинальной емкости. При этом зарядное напряжение аккуму. ляторов не превыш,ет 1,43-1,45 В. Превышение этого напряжения связано с началом газовыделения. Чтобы избежать этогопредлагается проводить заряд последовательностью прямоугольных импульсов напряжения постоянной амплитуды с периодом следования Т, Начальная длительностьимпульсов(или скважность)выбирается таким образом, что при напряжении аккумуляторов в батарее в среднемменьшем 1,43-1,45 В средний ток заряда не превышает 0,15 от номинальной емкости. Под средней величиной зарядного тока понимается среднее за период следования импульсов Т значение зарядного тока,При приближении напряжения аккумулятора к значению 1,43-1,45 В, чтосоответствует сообщению ему практически номинальной емкости, длительностьзарядных импульсов начинает сокраща- " ться(увеличивается скважность импульсов), при этом уменьшается средняявеличина зарядного тока, При достижении напряжением аккумуляторов величины 1,43-1,45 В длительность зарядных импульсов устанавливается такой величины, что дополнительнач емкостьаккумулятору(более 100 С )сообгается импульсами меньшей длительности, соответствующими среднему зарядному току 0,003-0,009 от номинальнойемкости.В этом случае в течение зарядного импульса напряжение аккумулятора может превышать установленные 1,43- 1,45 В и, как следствие, в аккумуляторе будет иметь место кислородноегазовыделение, Однако благодаря тому,что вслед за зарядным импульсом следует интервал времени, в течение которого заряд не производится, на дополнительном кислородном электроде происходит интенсивное газопсглошение,При длительности зарядных импульсов, соответствующих среднему току 0,003-0,009 Сдостигается динамическое равновесие между скоростью поглогения кислорода на дополнительном кислородном электроде и объемомкислорода, выделенного во время зарядного импульса, Экспериментально установлено, что оптимальные условия для возникновения динамического равновесия без существенного увеличения времени заряда соответствуют частоте следования импульсов 1-12 кГц,Принципиальное отличие предлагаеого способа от известных заключается в том, что он позволяет эксплуатировать батареи из КНГК ак 1 умуляторов при максимальном уровне заряженности при отсутствии постоянного кислородного давления.Это позволяет значительно повыситьемкость герметичных аккумуляторов при длительном сроке службы(2-3 года),Описанный способ заряда батареи из КНГК аккумуляторов последователь 775795ностью прямоугольных импульсов с ре-гулируемой в зависимости от напряжения батареи скважностФо импульсов реализуется транзисторным преобразователем - стабилизатором постоянногонапряжения вольтодобавочного типа сдвумя обратными связями по управлению: току заряда и напряжению батареи (см.фиг,2,а),В данном преобразователе частьзарядной мощности поступает непосредственно от источника входного напряжения. Добавочная мощность поступает от транзисторного преобразователя и регулируется схемой широтноимпульсной модуляции, состоящей иззадающего 1 и ведомого 2 генераторов. 15На выходе усилителя мощности 3 действует биполярное напряжение с интервалом между полупериодами, которое после выпрямителя 4 имеет видпоследовательности прямоугольных им- ;цпульсов с периодом Т. Скважность импульсов определяется суммарным сопротивлением делителя 5 обратнои связи, которое зависит от сигналов обратных связей по току и напряжениюбатарей.На первом этапе заряда, когда напряжение батареи меньше 1,.43-1,45 В(из расчета на один аккумулятор)сопротивление делителя обратной связиопределяется топько сбратной связьюпо току заряда, При этом длительность (или скважность) импульсов устанавливается такой величины, чтобысредний ток заряда не превышал0,15 Сом . При приближении напряжения батареи к 1,43-1,45 В на сопротивление целителя обратной связи начинает оказывать влияние обратнаясвязь по напряжению батареи, При этомскважность импульсов устанавливается 4 Опостепенно (по мере приближения к установленной величине напряжения батареи) такой величины,-чтобы среднийток заряда не превышал 0,0030,009 Сном45На Фиг. 2,б представлена практическая характеристика преобразователя,реализованного по блок-схеме на фиг,2,а, при заряде батареи 23 КНГКСА(частота следования импульсов 10 кГц, 5 Оамплитуда импульсов 37,5 В)На фиг. 1 приведена зарядная характеристика 1 аккумулятора КНГКСАпри нормальных температурных условияхи гладком токе заряда 10 А. Под зарядной кривой в координатах емкость-давление размещены кривые роста давлениявнутри аккумуляторов в случае зарядапостоянным током 11 и импульсным током 111 реализованным преобразователем с двумя обратными связями по току 60и напряжению(фиг.2,а).Серия импульсов зарядного тока1 Ч иллюстрирует изменение длительности мпульсов в зависимости от напряжения аккумулятора с целью получения 65 динамического равновесия между процессами газовыделения и гаэопоглощения.Сревнительные экспериментальныеданные по эффективности заряда предлагаемым способом и зарядом постоянным током по конечному давлению показали, что эФфективные емкости аккумуляторов при разряде одинаковы, однако разрядная емкость, полученная от аккумуляторов, заряженных по новому способу, не связана с наличием в аккумуляторах кислородного давления.С учетом этого предлагаемый способ заряда обеспечивает длительную эксплуатацию аккумуляторов КНГК с сохранением разрядной емкости на высоком уровне.Использование предлагаемого способа заряда аккумуляторных батарей на основе аккумулято 19 Ьв КНГК обеспечивает отсутствие кислорода в газовой фазе при уровнях заряженности, соответствующих заряду по конечномудавлению, высокое значение разряднойемкости на всем протяжении эксплуатации батареи, увеличение срока эксплуатации, расширение области применения аккумуляторов КНГК, особенно в автономных источниках питания.Формула изобретения Способ заряда батареи никель-кадмиевых герметичных аккумуляторов с дополнительным кислородным электродом, заключающийся в заряде батареи до заданного конечного зарядного напряжения с последующим сообщениембатарее дополнительной емкости, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения емкости и срока службыбатареи, сначала заряд батереи производят последовательностью прямоугольных импульсов напряжения частотой 1-12 кГц, а амплитудой и длительностью, соответствующих величине среднего зарядного тока в пределах 0,1- 0,15 от номинальной емкости батареи, затем при достижении среднего значения напряжения величины 1,43-1,45 В из расчета на каждый аккумулятор,батарее сообщают дополнительную емкость путем заряда ее последовательностью импульсов тока, соответствующих величине среднего зарядного тока в пределах 0,003-0,009 от номинальной емкости батареиИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 160211, кл, Н 01 М 10/4 В, 1963.2. Авторское свидетельство СССРР 260714, кл. Н 01 М 10/44, 196 В.3. Авторское свидетельство СССРУ 532918, кл. Н 01 М 10/44, 1975.,72 р 4 01 Д аз 7776/65 Тираж ВНИИПИ Государственн по делам изобрете 113035, Москва, Ж, 44о комий и отауыска Подп та СССР ытий наб., д.