способ ускоренного формирования и восстановления емкости герметичных никель-кадмиевых аккумуляторных батарей при помощи заряда асимметричным током

Формула изобретения

Способ ускоренного формирования и восстановления емкости герметичных никель-кадмиевых аккумуляторных батарей при помощи заряда асимметричным током с чередованием зарядного и разрядного импульсов, отличающийся тем, что заряд батареи ведут разнополярными импульсами тока со стабилизированными амплитудами разрядного и зарядного токов при соотношении амплитуд разрядного и зарядного импульсов 3,0÷3,5 с амплитудами зарядного импульса, численно равными 0,3÷0,8 от номинальной емкости, при длительности зарядного импульса 220±20 мс и разрядного импульса 15±5 мс с паузами между ними 0÷2 мс, процесс заряда прекращают при достижении напряжения на батарее порогового значения, данного в ТУ или инструкции по эксплуатации на батарею или снижении напряжения батареи на 15±5 мВ на аккумулятор после прохождения напряжения АБ максимального значения, и контроль напряжения на батарее производят в паузе между зарядным и разрядным импульсами тока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и касается вопроса формирования и восстановления емкости герметичных никель-кадмиевых аккумуляторных батарей (АБ) перед вводом в эксплуатацию при изготовлении и после длительного хранения.

Известен способ [Патент РФ №2185009, Н01М 10/54, 2000] восстановления никель-кадмиевых аккумуляторов, входящих в батарею, при котором осуществляют предварительный разряд батареи аккумуляторов до 0÷0,5 В с последующим зарядом его до максимального значения, предусмотренного техническими характеристиками, перед разрядом и зарядом аккумуляторной батареи осуществляют заряд и измерение напряжения батареи, сравнение его с заданным значением, при этом в случае отсутствия в батарее короткозамкнутых элементов осуществляют, по крайней мере, один цикл разряда и заряда батареи с помощью переменного тока номинальной величины с частотой 20 КГц÷80 Гц, зависимость которого от времени носит пилообразный характер, представляющий собой несимметричную относительно 0 В зависимость с соотношением зарядной части к разрядной в режиме заряда как (20÷4):1 и в режиме разряда как 1:(20÷4), и превышении амплитудой импульса переднего фронта в 4÷5 раз среднего значения зарядного тока, а в случае наличия в батарее короткозамкнутых элементов перед зарядом батареи предварительно осуществляют процесс многократного ударного воздействия на батарею при помощи конденсатора емкостью от 10000 мкФ, заряженного до напряжения 25÷60 В, с последующим зарядом аккумуляторной батареи до номинального значения, после чего цикл разряда и заряда батареи осуществляют аналогично описанному выше, повторяя дозаряд выравнивающим током, в 4÷10 раз меньшим номинального, после чего восстановительный цикл, состоящий в разряде и заряде батареи, повторяют. Однако данный способ характеризуется сложностью реализации и большой длительностью восстановления батареи.

Наиболее близким к предлагаемому является способ [Патент РФ №2226019, Н01М 10/44, 2002], в котором заряд аккумулятора производят асимметричным импульсным током с чередованием зарядного и разрядного импульсов, а возбуждение в аккумуляторе механических колебаний осуществляют за счет формирования зарядного импульса в виде серии импульсов высокой частоты. Частоту импульсов, составляющих зарядный импульс, выбирают в пределах 3÷30 КГц. Импульсы тока высокой частоты приводят к механической вибрации аккумулятора с такой же частотой, что интенсифицирует электрохимические процессы, улучшает доступ электролита к активной массе электродов, улучшает условия движения газов для осуществления процесса рекомбинации. Благодаря импульсам разряда происходит измельчение крупнокристаллических структур на поверхностях элементов аккумулятора, чему способствуют и возникающие в аккумуляторе механические колебания. Однако при данном способе возможны механические повреждения активной массы и основы электродов. Кроме того, формирование зарядного импульса в виде серии импульсов высокой частоты приводит к увеличению амплитудных значений токов, что увеличивает газообразование и омические потери в батарее.

Задачей изобретения является разработка способа ускоренного ввода в эксплуатацию после длительного хранения и формирования перед вводом в эксплуатацию герметичных никель-кадмиевых АБ, характеризующийся сокращением времени по сравнению с регламентированными способами формирования и восстановления емкости герметичных никель-кадмиевых АБ постоянным током и отсутствием значительного разогрева АБ.

Поставленная задача достигается тем, что в известный способ восстановления никель-кадмиевых аккумуляторных батарей, в котором заряд производят асимметричным током с чередованием зарядного и разрядного импульсов, внесены изменения, характеризующиеся тем, что заряд батареи ведут разнополярными импульсами тока со стабилизированными амплитудами разрядного и зарядного токов при соотношении амплитуд разрядного и зарядного импульсов 3,0÷3,5 с амплитудами зарядного импульса, численно равными 0,3÷0,8 от номинальной емкости, при длительности зарядного импульса 220±20 мс и разрядного импульса 15±5 мс с паузами между ними 0÷2 мс, процесс заряда прекращают при достижении напряжения на батарее порогового значения, данного в ТУ или инструкции по эксплуатации на батарею, или снижении напряжения батареи на 15±5 мВ на аккумулятор после прохождения напряжения АБ максимального значения. Контроль напряжения на батарее производят в паузе между зарядным и разрядным импульсами тока. Разряд батареи ведут стабилизированным постоянным током, численно равным 0,2 С_ном . Уменьшение соотношения амплитуды разрядного и зарядного токов ниже указанного выше предела влечет за собой сильный разогрев и повышенное газовыделение АБ. Применение заряда асимметричным током с вышеуказанными параметрами позволяет сократить время формирования и восстановления герметичных никель-кадмиевых АБ по сравнению с регламентированными способами заряда постоянным током как за счет увеличения среднего значения зарядного тока, так и за счет более быстрого набора разрядной емкости за каждый цикл заряда-разряда.

Указанный выше способ проверяли на АБ 10НКГЦ-1,8-1 при восстановлении емкости после 10 лет хранения АБ на складе ЗИП. Заряд вели асимметричным током 0,6 А при соотношении амплитуд разрядного и зарядного импульсов 3, длительности зарядного импульса 200 мс, длительности разрядного импульса 20 мс, паузе между импульсами 2 мс, процесс заряда прекращали при достижении напряжения на батарее порогового значения, данного в ТУ или инструкции по эксплуатации на батарею, или снижении напряжения батареи на 15±5 мВ на аккумулятор после прохождения напряжения АБ максимального значения. Перегрев АБ в конце заряда составлял 1,5÷2°С. Разряд батареи вели стабилизированным постоянным током, численно равным 0,2 С_ном. Уменьшение соотношения амплитуды разрядного и зарядного импульсов ниже 3 влечет за собой сильный разогрев АБ за счет активного выделения кислорода на никелевом электроде и поглощения его кадмиевым электродом с выделением тепла, а при соотношении амплитуд более 3,5 практически не увеличивается положительный эффект от применения асимметричного тока, но усложняется зарядное устройство и растут омические потери на внутренних соединениях АБ. Разрядный импульс длительностью более 20 мс также дает большие потери на внутренних соединениях АБ, а при длительности менее 10 мс происходит разогрев и повышенное газовыделение АБ. Длительность зарядного импульса выбирают в пределах 220±20 мс, чтобы скважность разрядного импульса была в пределах 4÷9%. Время паузы не более 2 мс выбирают из условия прекращения переходных процессов при переходе от зарядного импульса к разрядному и от разрядного к зарядному. Уменьшение амплитуды зарядного импульса ниже 0,3 от номинальной емкости АБ удлиняет время заряда, а увеличение выше 0,8 от номинальной емкости сокращает время заряда, но увеличивает разогрев АБ и снижает разрядную емкость, что в конечном итоге увеличивает число зарядно-разрядных циклов, необходимых для набора номинальной емкости. Прекращение процесса заряда при снижении напряжения батареи на величину более 20 мВ на аккумулятор увеличивает газообразование и разогрев АБ, что отрицательно сказывается на ее долговечности, а при контроле величины снижения напряжения менее 10 мВ возможны ложные срабатывания из-за помех или случайного провала напряжения на одном из аккумуляторов в батарее.

Заряд асимметричным током с вышеуказанными параметрами позволил сократить время формирования и восстановления герметичных никель-кадмиевых АБ по сравнению с регламентированными способами за счет увеличения среднего значения зарядного тока и более быстрого набора разрядной емкости за каждый цикл заряда-разряда.

Согласно ТУ на АБ 10НКГЦ-1,8-1 формирование или восстановление ведут при заряде постоянным током 0,18 А до сообщения зарядной емкости в размере 160% от номинальной. Зарядно-разрядные циклы повторяют до тех пор, пока разрядная емкость станет не меньше номинальной. Для ввода батареи в эксплуатацию требуется 4÷5 циклов заряда-разряда. Использование вышеуказанного способа формирования и восстановления с помощью заряда асимметричным током позволяет набирать емкость герметичных никель-кадмиевых АБ за 1÷3 цикла заряда-разряда без значительного разогрева АБ.