Способ заряда аккумулятора

Государственный комитет Опубликовано 30. 05. 81. Беллетень М 20 по делам изобретений и открытий.16(088.8) Дата опубликования описания 10. 06. 81 П.А,Антоненко, Г.П.Марченко, Л.Н.Сагояни В.З.БарсуйрЪ:(54) СПОСОБ ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРА Изобретение относится к вторичным источникам тока и может быть использо вано в отраслях промышленности, изготавливающих и эксплуатирующих аккумуляторы.Согласно известным способам за 5 ряд аккумуляторов осуществляют путем регулирования тока в зависимости от напряжения на аккумуляторе, температуры электролита, скорости газовыделения, а заканчивают заряд после сообщения заданного числа ампер- часов или при достижении заданной скорости газовыделения.Осуществление заряда при постоянном напряжении 11 и 12 является очень длительным и приводит к недозаряду аккумулятора открытой конструкции в связи с резким уменьшением тока во второй половине заряда, что снижает разрядную емкостьи надежность эксплуатации аккумуляторов.В способах 13 и 4, реализующих регулирование зарядного тока по ско рости газовыделения, основным недостатком является повьппенный зарядныйток как,в начале, так и в конце заряда; что приводит к перегреву аккумуляторов, снижению КПД заряда и выплескиванию электролита, что, в своюочередь, снижает надежность эксплуатации и срок службы аккумуляторов,Известны способы и система заряда 41, осуществляющие управление про. цессом 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 остается на сравнитвльно высоком уровтте, что снижает качество заряда, выражающееся в интенсивном газовыделении, выплескивании электролита, снижении емко" сти и срока службы аккумулятора.3 8348Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является спо-, соб 5, согласно которомуу с целью ускорения процесса, заряд осуществляют вначале повышенным током,5 регулируемым в зависимости от заданных значений скорости роста температуры электролита и скорости газовыделения, а прекращают заряд после получения аккумулятором задан ных ампер-часов.Регулирование зарядного тока повышенной плотности по скорости роста температуры до установления отношения скорости газовыделения к Заряд ному току, равного 0,7-0;8, .является неэффективным, что обусловлено следующими причинами. Повышение температуры в аккумуляторах, например никелькадмиевых или никель-железных, происходит, восновном, за счет джоулевого тепла, а"тепловой эффект реакций на электродах близок к нулю. Рост температуры электролита начинается сразу после включения тока и замедляется с увеличением разности температур между аккумулятором и окружающей средой вследствие повышения теплового потока в окружающую среду Для поддержания постоянной 3 р скорости роста температуры по известному способу 5 необходимо увеличить зарядный ток при наличий тепло- обмена с окружающей средой или под,держивать его постоянным при отсутствии теплообмена. Как известно, одновременное действие повышенных плотности тока и температуры приводит к, снижению восприимчивости заряда электродами и к повышенному газовьщелению. Переход на вторую стадию заряда выбран так, что 70-80 . зарядного тока повышенной плотности расходуется на газовьщеление, что ведет к быстрому вымыванию активной массы, выплескиванию электролита.На второй стадии заряда регулирование тока осуществляют по заданной скорости газовыделения, которую изйеняют в зависимости от полученныхаккумулятором ампер-часов, а прекращают заряд после получения аккумулятором заданных ампер-часов. Как видим на второй стадии заряда реализуется программа изменения заданНой скорости газовыделения от полученной емкости, при этом доля зарядного тока, идущего на газовыделение, будет расти, приближаясь к 1003. Тем не 10 фменее, 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 газовыделения создаются благоприятные.условия для снижения качества заряда и интенсивного газовыделения даже при сравнительно высокой эффективности полезного использования зарядного тока, что вызывает высокую степень наполнения пористых электродов и сепарации выделяющимся газом, Это приводит к подъему уровня электролита и его выплескиванию из аккумулятора, оголению электродов, блокированию поверхности электродов газом, повышению истинной плотности тока и еще большему газовьщелению.Таким образом, известный способ заряда приводит к перезаряду аккумуляторов, выплескиванию электролита вследствие интенсивного газовыделе.ния; Это свидетельствует о низком качестве заряда, приводит к вымыванию активной массы из электрода, снижению уровня электролита ниже допустимого 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 газовыделения дополнительно осуществляют регулирование зарядного тока по уровню электролита в аккумуляторе 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 уровень и температура электролита, скорость газовыделения, а так50 55 же скорость изменения .уровня и температуры. Осуществляют регулирование зарядного тока по уровню электролита в аккумуляторе, а корректируют его в соответствии со скоростью изменения уровня, скоростью роста температуры и скоростью газовыделения. Оканчивают заряд при достижении установленного соотношения между величиной тока, идущего на газовыделение, и зарядным 10 током,При динамическом тепловом равновесии 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 регулирования зарядного тока и эффективность процесса, В то же время уровень электролита в аккумуляторе и скорость его изменения не остаются постоянными. Исследования показывают,что при заряде током одночасового режима серий ных никель-кадмиевых аккумуляторов с металлическими электродами уровень электролита повышается на 13 мм, а скорость его изменения на отдельных участках составляет от 60 до 30 100 мм/ч. Таким образом, уровень электролита и скорость его роста являются высоко информативными параметрами, которые легко могут быть измерены известными уровнемерами, например, емкостного типа. Постоянный контроль за уровнем электролита в про- . цессе заряда и регулирование тока по уровню электролита и скорости его роста улучшают качество регули рования, не допускают высоких скоростей газовыделения, повьппают полезное использование тока, сводят к минимуму потери электролита. Существенно повьппает точность и динамические свойства системы регулирования осуществление коррекции. по скорости изменения уровня, скорости роста температуры и скорости газовыделения. Вторым преимуществом корректирования тока по скоростям изменения уровня, температуры и газовыделения 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, надежностьэксплуатации и срок службы.В процессе заряда важнейшей задачей является выбор критерия егоокончания,Наиболее достоверным признакомокончания заряда является отношение тока, идущего на газовыделение,к зарядному току, так как оно представляет. собой коэффициент полезного действия процесса в даннь 1 й момент.Окончание заряда при достижении установленного соотношения между токомгазовыделения и током заряда обеспечивает заданную заряженность аккумулятора, исключает перезаряд, а следовательно, снижает до минимума вымывание активной массы, повышает срокслужбы аккумулятора.Заряд аккумулятора по предлагаемому способу осуществляют в следующей последовательности. С помощьюзадатчика 1 устанавливают начальноезначение зарядного тока в зависимости от исходных параметров аккумулятора, поступившего на заряд. В процессе заряда регулятор 2 вырабатывает регулирующее воздействие на зарядное устройство 3, изменяющее величину тока. Это происходит приизменении уровня электролита в аккумуляторе, который измеряют с помощьюуровнемера 4. Сигнал об измененииуровня поступает на вход компаратора 5, где сравнивается с величинойуставки задатчика 1, Выработанный .компаратором сигнал рассогласованияслужит управляющим воздействием нарегулятор. Для повьппения точности регулирования зарядного тока и улучшения динамических свойств системы одновременно осуществляют коррекцию по скорости изменения уровня электролита Ь Ю/с 1, скорости изменения температуры д 1/дТ и скорости газовыделения Очи Ь. Сигнал о скорости изменения уровня формируется дифференциатором 6, аналогично формируется сигнал, пропорциональный скорости изменения температуры, а скорость газовыделения определяют, например, с помощью расходомера. Таким образом, зарядный ток аккумулятора 7 изменяют в зависимости от сочетания управляющего сигнала, пропорционального уровню 11 элек834810 Формула изобретения ставитель И.Найд хред Ж.Кастелеви Корректор С.Шекма едактор Н ева 4/81 Тираж 784ВНИИПИ Государственного .комитета ССпо делам изобретений и открытий113035, Москва, И, Раушская наб. одписн ак д. 4/5 ктная, 4 г. Ужгород, у тролита в аккумуляторе и корректирующих сигналов, пропорциональных скоростям изменения уровня с 111/д , температуры 01/д, и газовыделенияПредлагаемый способ заряда улучшает качество процесса заряда и регулирования тока, устраняет выплескивание электролита из аккумулятора и снижение уровня электролита ниже допустимого, а также дополнительный саморазряд через внешнюю цепь,образованную выплеснутым электролитом, исключает оголение верхней части электродов и возникновение "теплового разгона", снижает коррозиюбатарейных ящиков и потребность вРегулярной очистке аккумуляторовот выплеснутого электролита послезаряда,Способ заряда аккумулятора путемрегулирования зарядного тока в зависимости от скорости роста температуры электролита и скорости газовыделения, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения качества процесса заряда, надежности эксплуатации и срока службы, дополнительно осуществляют регулирование зарядного тока в зависимости от уровняэлектролита и корректируют его по10 скорости изменения уровня.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРУ 423209, кл. Н 01 М 10/44, 1972.15 2, Романов В.В., Хашев 10.М. Химические источники тока, М., "Советское радио", 1978, с. 262.3. Авторское свидетельство СССРМ 156207, кл. Н 01 М 10/48, 1962.20 . 4, Патент США 9 3.852.652,кл. Н 02 3 7/06 (кл. 320/35) .5. Авторское свидетельство СССРР 431589, кл. Н 01 М 10/44, 1972.