Способ заряда никель-кадмиевого аккумулятора и устройство для его осуществления

(19) 111) 6123 51)5 Н 01 М 10/48, С 01 К 31/36 7 00,ИСАНИЕ ИЗОБРЕ ЕЛЬСТВ АВТОРСКОМУ 2выделения, которое рассчитывают по формуле 0=1,73-0,0025 Т, где Т температура электролита, С. Длительность импульсов разрядного тока уста, навливают равной времени уменьшения напряжения на аккумуляторе от уровня, .которого это напряжение достигает в конце предшествующего импульса зарядного тока, до уровня 1,6 В.Амплитуды импульсов зарядного и разрядного то- ков выбирают равными току получасового и десятичасового разрядов аккумулятора соответственно. Заряд ведут до тех пор, пока монотонно возрастаюР 45А. В .Дуденко,8,8)др. ХимическиеЭнергоиздат,221,83,кл. С 01 К 31(54) СПОСОБ ЗААККУМУЛЯТОРА ИОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.ЕГО ЯДА НИКЕЛ УСТРОЙСТВ е относится ности к тех эл щая в ходе заряда длительность им" пульсов разрядного тока не станет Ф равной 2 с, Устройство для реализации ф способа содержит силовую часть и систему управления, Силовая часть .содержит два ключа, с помощью которых ак- С кумулятор подключается кзаряжаемому источнику тока или к,нагрузке. Система управления осуществляет требуемый для реализации предложенного способазакон переключения ключей, 2 с.п, . вава ф-лы, 2 ил. 1"В огни з ряда никель-кадмиеЦель изобретения ых аккумуляторов повысить скорост заряда никель-кадми и исключить газовыд тор заряжают асиммпри этом длительн пульса выбир которой сред на аккумулят равным 0,95 н е за98 от Согласно спос с электроса накоплеощью ния электрическои эн злектрохимических акЦель изобретения да аккумулятора, пре выделения и повышени процесса.На фиг с торов.рение эаряащение газоктивности ализации устройства л- уск твэфф хе.1 дана на фиг.2 зации сп- схемасобаспособа ал ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР/36, 19 евых аккумуляторов еление. Аккумулятричным током, ть зарядного имной такой при чение напряжения период становится напряжения газоИзобретение относится технике и касается воспрокадмиевых аккумуля тор подают последо дующихся импульсов рядного токов, при амплитуду импульсо равной току получа аккумулятора, ампл разрядного,тока ра сового разряда аккность импульсов ра заряда никель- оров на аккумуляательность черезарядного и раз- .этом устанавливаютзарядного .токаового разряда туду импульсовной току десятичамулятора, длительрядного токарав 1612344Ной времени уменьшения напряжения нааккумуляторе до 1,6 В и ведут заряддо тех пор, пока длительность импульсов разрядного тока не станет равнойс, после чего разряд прекращают,Ори этом в процессе заряда непрерывноИзмеряют температуру электролита иопределяют соответствующее ей напряение газовыделения по Формуле Пг=1,73-0,0025 Т, а длительность упомяутых импульсов зарядного тока устаавливают такой, чтобы среднее значеие напряжения на аккумуляторе в теение каждого иэ этих импульсов нахоилось на уровне 0,95-0,98 от найденого напряжения газовыделения.Способ осуществляют следующим обазом.Аккумулятор 1 (фиг. 1) подключаютисточнику 2 постоянного тока и балластному резистору 3 через управляемые ключи 4 и 5 соответственно. ПриЗамкнутом ключе 4 и разомкнутом ключе5 аккумулятор заряжается от источниКа 2, когда же ключ 4 разомкнут, алюч 5 замкнут, он разряжается на реистор 3. Источник 2 настраивают таим образом, чтобы зарядный ток акку 1 улятора 1 по величине был равен току 30олучасового разряда аккумулятора.Сопротивление резистора 3 подбираютИз условия обеспечения разрядного1 ока, равного току десятичного разряда. Так, например,для аккумуляторас номинальной емкостью 25 А ч зарядНый ток устанавливают равным 50 А,а разрядный - 2,5 А,Работой ключей 4, 5 управляют спомощью схемы, содержащей блок 6 формирования импульсов зарядного тока,блок 7 формирования импульсов разряд -ного тока, блок 8 контроля заряженности и логическое устройство 9, Вблоке 6 на основании информации омгновенном значении 01 напряженияна аккумуляторе и температуре Тэлектролита осуществляется определение среднего значения П на аккумуляторе в течение импульса зарядного50тока и его сравнение с напряжениемравным (0,950,98) П где Пг -напряжение газовыделения, определяемоев зависимости от температуры Т поФормуле О =1,73-0,0025 Т. Уровень напряжения (0,950,98)П несколькоеньший напряжения Ог газовыделения,, становлен экспериментально исходяИз требования полного устранения газовыделения в аккумуляторе в процессеего заряда. Блок 7 производит сравнение мгновенного значения Ц напряжеАния на аккумуляторе с опорным напряжением П =1,6 В. В блоке 8 осуществляется сравнение длительностиимпульсов разрядного тока с эталоннымзначением=2 с.Логическое устройство 9 на основесигналов, поступающих с блоков 6-8,вырабатывает сигналы управления силовыми ключами 4, 5. При Пд 0,95..0,98)цг сигналы управления, таковы,что ключ 4 замкнут, а ключ 5 разомкнут, и аккумулятор 1 заряжается отисточника 2. Среднее значение П напряжения на аккумуляторе возрастаети при ПА (0,950,98)П на выходеблока 6 появляется сигнал, по которому производится размыкание ключа 4и замыкание ключа 5. При этом положении ключей аккумулятор разряжаетсягна балластный резистор 3, В процессеразряда напряжение О на аккумуляторепонижается и при Пд с. 1,6 В на выходеблока 7 появляется сигнал, которыйприводит к возвращению ключей 4, 5в исходное положение, т.е, ключ 4замыкается, а ключ 5 размыкается, Аккумулятор 1 снова подключается к источнику 2 и заряжается. Описанныйпроцесс циклически повторяется, врезультате чего Формируется последовательность чередующихся импульсовзарядного и разрядного токов. По мереувеличения заряженности аккумуляторадлительностьимпульсов зарядноготока возрастает и для полностью заряженного аккумулятора составляет неменее 2 с, При условии2 с навыходе блока 8 появляется сигнал, который независимо от сигналов на выходах блоков 6 и 7 приводит к размыканию обоих ключей 4, 5 и тем самымк прекращению процесса заряда аккумулятора 1,Один из возможных принципиальныхвариантов реализации способа представлен в виде схемы устройства наФиг,2. Это устройство содержит клемму10 для подключения аккумулятора, скоторой посредством ключей 11, 12связаны соответственно источник 13постоянного тока и балластный резистор 14, Для управления ключами служит схема, содержащая связанный склеммой 10 своим первым входом первыйкомпаратор 15, к второму входу кото 5 161234 рого подключен источник 16 опорного напряжения. К выходу компаратора 15 своими К-входаья подключены первый 17 и второй 18 КБ-триггеры, своим входом5 инвертор 19 и своим синхронизирующим входом Р-триггер 20, к информационному входу которого своим выходом подключен таймер 21, С выходом инвертора 19 своим первым входом связан первый логический элемент И 22, выход которого связан с Я-входом триггера 18. К клемме 10 своим входом подключен также измеритель 23 среднего значения напряжения, выход которого связан с 15 первым, входом второго компаратора 24. К второму входу этого компаратора своим выходом подключен функциональный блок 25, вход которого связан с датчиком 26 температуры электро лита.Выход компаратора 24 связан с обнуляющим входом измерителя 23, - входом триггера 17, вторым входом логического элемента И 22, управляющим 25 входом таймера 2 1. С инверсным выходом триггера 17 своим первым входом связан второй логический элемент И 27, к второму входу которого своим первым входом подключен третий логический элемент И 28 и своим инверсным выходом триггер 20; Выход логического элемента И 22 связан с-входом триггера 18, прямой выход которого связан с вторым входом логического элемента И 28. Выход логического элемен 35 та И 27 связан с управляющим входом ключа 11, а выход логического элемента И 28 - с управляющим входом ключа 12.40 Ключи 11, 12 могут быть выполнены,например, на тиристорах или транзисторах, компараторы, триггеры, логические элементы И, таймер и инвер тор - на стандартных интегральных микросхемах, Источник опорного напряжения может быть выполнен на стабилитронах, Измерителем среднего значения напряжения может служить интег ратор на основе операционного усилителя. Функциональный блок, реализующий функцию П =1,73-0,0025 Т, может быть выполнен на операционном усилителе в виде сумматора. В качестве 55 датчика температуры электролита может быть использована термопара.Устройство для осуществления способа используют следующим образом,При включении устройства сигналы на прямых выходах триггеров 17, 18 и 20 равны логическому "0", а на инверсных выходах - логической "1". Сигнал на выходе элемента И 27 равен логической 1 так как на его оба1 11 входа поступают равные логическои 1 сигналы с инверсных выходов триггеров 17; 20. Этот сигнал, попадая на управляющий вход ключа 11, вызывает замыкание последнего, В то же время сигналы на входах элемента И 28 не одинаковы: на первый вход этого элемента с инверсного выхода триггера 20 поступает сигнал, равный логической "1", а на его второй вход с прямого выхода триггера 18 - сигнал, равный логическому 0, Поэтому сигнал на выходе элемента И 28 равен логическому О,и, поступая на управляющий вход ключа 12, вызывает его размыкание. При указанном положении ключей 11, 12 клемма 10 подключенным к ней аккумулятором присоединяется к источнику 13 токаЧерез аккумулятор начинает протекать импульс зарядного тока и напряжение Бна нем возрастает, Это напряжение, снимаемое с клеммы 10, сравнивается компаратором 15 с опорным напряжением Поп =1,6 В, вырабатываемым источником 16. При ПА = боп сигнал на выходе компаратора 15 равен логической "1", а при ПАФОС п - логическому нулю. Напряжение П аккумулятора поступает также на вход измерителя 23, который определяет среднее значение Б напряжения на аккумуляторе за время протекания импульса зарядного тока. Функциональный блок 25для измеренного датчиком 26 значенияТ температуры электролита определяет напряжение Пг газовыделения по соотношению П=1,73-0,0025 Т.Компаратор 24 сравнивает Пд и Б,. При П =П сигнал на выходе компаратоА Гра 24 равен логической " 1", а при Б ФБ - логическому "0". При протекании импульса зарядного тока Б 1 -Бт ПА ) П , поэтому сигналы на выходах компараторов 15, 24 равны логическому "0" и триггеры 17, 18 и 20 находятся в исходном положении. Когда среднее значение П напряжения на аккумулято-.Аре достигает значения Бнапряжения газовыделения, сигнал на выходе компаратора 24 становится равным логической " 1",. Он поступает на входтоиггера 17 и переводит его в единич 1612344ное состояние, что вызывает размыкание ключа 11 и прекращение протекания импульса зарядного тока. Этот же сигнал поступает на второй вход элемента И 22, На его первый вход поступает также равный логической " 1" сигНал с выхода инвертора 19, на вход которого с выхода компаратора 15 по 4 ается сигнал, равный логическому 10 ,0". В итоге на выходе элемента И 22оявляется сигнал, равный логической 1" который поступает на Б-входЭ риггера 18 и устанавливает его в диничное состояние, что приводит к амыканию ключа 12, подключающего алластный резистор 14 к клемме 10, Й началу протекания импульса разрядого тока, Тот же единичный сигналвыхода компаратора 24 обиуляет изеритель 23 и запускает таймер 21, который через заданный промежуток времени 2 с подает на информационный Вход триггера 20 сигнал, равный логической "1". 25При протекании разрядного тока Напряжение ПА на аккумуляторе уменьается. Когда оно достигает уровня , = П ,на выходе компаратора 15 появ-г 0 П11 11яется сигнал, равный логической 1, 30 тот сигнал поступает на К-входы риггеров 17, 18 ипереводит их в улевое состояние, что вызывает замыкание ключа 11 и размыкание ключа 12, В результате через аккумулятор снова Начинает протекать зарядный ток. Этот Процесс периодически повторяется, Представляя собой последовательность Протекающих через аккумулятор чере дующихся импульсов зарядного и разрядного токов. По мере заряда аккумулятора длительность импульсов разрядного тока увеличивается. Пока она менее заданного значения 2 С, сигналы с выхода компаратора 15, поступающие на синхронизирующий вход триггера 20, не приводят к переключению последнего, поскольку в момент их поступления сигнал на информационном входе этого триггера, снимаемый с выхода таймера 21, равен логическому "0". Если же ,длительность импульсов разрядного тока начинает превышать 2 с, сигнал, равный логической "1", поступает на синхронизирующий вход триггера 20, конда на его информанионном входе11 сигнал также равен логическои 1 При этом триггер 20 переходит в единичное состояние, и сигнал, равный логическому "0" с его инверсного выхода приводит к обнулению выходов элементов И 27, 28 и размыканию ключей 11 12. Заряд аккумулятора прекращается.Предлагаемый способ с использованием предлагаемого устройства позволяет ускорить заряд никель-кацмиевых аккумуляторов на 10127, и при этом полностью исключить газовыделение.Формула из обретения1. Способ заряда никель-кадмиевого аккумулятора, при котором на аккумулятор подают последовательность чере-Фдующихся импульсов зарядного и разрядного токов, при этом устанавливают амплитуду импульсов зарядного тока равной току получасового разряда аккумулятора, амплитуду импульсов разрядного тока равной току десятичасового разряда аккумулятора, а длительность импульсов разрядного тока равной времени уменьшения напряжения на эа- ряжаемом аккумуляторе до 1,6 В и ведут заряд до тех пор, пока длительность импульсов разрядного тока не станет равной 2 с, после чего заряд прекращают, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью ускорения заряда аккумулятора и предотвращения газовыделения, в процессе заряда непрерывно измеряют температуру Т электролита и определяют соответствующее ей напряжение газовыделения П по формуле П=1,73-0 0025 Т, а длительность импульсов зарядного тока устанавливают ,такой -;тобы среднее значение напряжения на аккумуляторе в течение каждого из этих импульсов находилось на уровне 0,950,98 от найденного напряжения газовыделения.2, Устройство для заряда никелькадмиевого аккумулятора, содержащее клемму для подключения аккумулятора, источник опорного напряжения и связанный с ними соответственно своим первым и вторым входами компаратор, свя-, занные. с его выходом своим входом инвертор и своим К-входом соответственно первый и второй КБ-триггеры, связанный с выходом этого инвертора своим первым входом и Б-входом первого КБ-триггера своим вторым входом логический элемент И, выход которого1612344 10 Од Т Фиг. 1 связан с Я-входом второго КЯ-триггера, а также источник постоянного тока, связанный с ним своим силовым входом первый ключ, выход которого связан с клеммой для подключения аккумулятора, связанный с этой клеммой своим силовым входом второй ключ, связанный с выходом последнего балластный резистор, и таймер, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности, оно дополнительно содержит датчик температуры электролита, связанный с его выходом своим входом функциональный блок,реализующий функцию Б =Й(Т), связанный с клеммой для подключения аккумулятора своим входом измеритель среднего значения напряжения, связанный с его выходом своим первым входом и с выходом функционального блока своим вторым входом второй компаратор, выход которого связан с обнуляющим входом измерителя среднего значе- ния,напряжения, Б-входом первогоКБ-триггера управлякщим входом таймера и вторым входом первого логического элемента И, связанный с инверснымвыходом первого ВЗ-триггера своимпервым входом второй логический элемент И, выход которого связан с управляющим входом первого ключа, связанный с выходом таймера своим информационным входом и с выходом первогокомпаратора своим синхронизирующимвходом В-триггер, связанный с инверсным выходом этого триггера Й с вторым входом второго логического элемента И своим первым входом и с первым выходом второго КБ-триггера своимвторым входом третий логический элемент И, выход которого связан с управляющим входом второго ключа.ЭМаз 3833 Тираж 368НИИПИ Гасударственного комитета по изобр113035, Москва, Ж, Рауш а одписное тениям и ская наб и ГКНТ СССР ткрь.тия д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101