CZ299495A3 - Board and process for producing thereof - Google Patents

Description

Uvedený vynález se týká způsobu a zařízení pro nabíjení olověných akumulátorů v souhlasu s úvodem dále uvedených následných patentových nároků 1, resp. 5.

Dosavadní stav techniky

Aktivní substance nabíjecího olověného akumulátoru je založena na kladných elektrodách oxidu olovičitého PbO2 a pórovitých záporných elektrodách. Když je baterie vybitá, jsou tyto aktivní substance přeměněny na síran olovnatý PbSO₄, čímž jsou odčerpány síranové ionty z elektrolytu, kterým je kyselina sírová. Proces je v principu obrácený při nabíjení akumulátoru. Ačkoliv okolnosti jsou komplikované a stále ne zcela plně proskoumané. Je však známo, že není možné, aby byly kompletně převedeny všechny oxidy olova a všechno olovo jakkoliv je akumulátor vybitý, kromě toho však změny v objemu elektrod mohou být příčinou jejich popraskání. Maximální akumulovaný proud je tedy určen množstvím kyseliny sírové, jejíž spotřeba je např. mezi specifickou hustotou 1,28 a 1,18. Jedna z částečných komplikací je, že produkt vybíjení obou elektrod je velice těžko rozpustitelný. Rozpustnost PbSO₄ ve vodě je dána jako 1O'^S mol/1, resp. 40 mg/1 a je dokonce méně rozpustný v kyselině sírové a tudíž obsahuje elektrolyt částečně nízký obsah Pb⁺⁺. Difúze dvojmocných iontů olova omezuje jak nabíjení, tak vybíjení olověných baterií. Kromě toho je síran olova velmi špatným elektrickým vodičem. Tyto okolnosti činí často problémy při nabíjení olověných baterií, které jsou, kromě jiného, vystavené nebezpečí zničení pasivními vrstvami síranu olovnatého, které buď zabraňují nabití baterie, nebo zmenšují její nabíjecí kapacitu a postupně se baterie znehodnocují. Výše uvedené problémy s různými hustotami před a po nabíjení baterie s postupnými objemovými změnami jsou problémy dodatečnými, které zvyšují kal a zároveň opotřebovávají baterii mechanicky.

Obecně je hluboce zakořeněný názor, založený na zkušenosti, že by se mělo upřednostňovat poměrně pomalé nabíjení olověných baterií. Například autobaterie s kapacitou 75 Ah by měla být nabíjena s plně vybitého stavu do nabitého asi 10 hodin. Takzvané normální rychlé nabíjení se projevuje vyššími teplotami a zmenšováním celkem správný, když se baterie dobíjí obvykl obvyklé doby života baterie. Tento názor je !ým způsobem.

kvapivě zjištěno, že olověné baterie mohou být výsledky při nepatrném zvýšení teploty, když je ech, které jsou přerušovány časovými intervaly álezu je umožnit rychlé dobíjení baterií. Dalším bateriové nabíječky, která bude schopna nabíjet Žné a to bez poškozování baterie. Dalším cílem je 'ejktivního udržovacího nabíjení.

Nicméně bylo v souhlasu s vynálezem pře! nabíjeny vyššími proudy a s velmi dobrými baterie nabíjena v krátkých časových interval» během kterých se nenabíjí. Jedním cílem vyti cílem vynálezu je vytvoření relativně levné baterie rychleji a efektivněji, než je dosud mo: umožnit, aby bylo dosaženo praktického a ef<

Podstata vynálezu periodami během nichž není dodáván žádný až 10 sekundami, přednostně mezi 0,5 až

V souhlasu s vynálezem je použit stejnosměrný proud, normálně půlvnně usměrněné střídavé napětí z obvyklé nabíjecí jednotky dodává proud v periodách, které jsou přerušovány proud. Jednotlivé periody mají trvání mezi 0,5

1,5 sekundami. Při dobíjení baterie budou mít intervaly přivádění proudu a intervaly přerušení proudu přibližně stejnou, vhodně zvolenou dobu trvání. Na druhé straně v případě udržovacího nabíjení, budou upřednostňovány velmi krátké periody dodávání proudu a v souladu £ jedním výhodným provedením vynálezu, budou mít periody dobu trvání od jedné poloviny db jedné celé periody hlavního napětí. Nicméně v případě některých nabíjecích jednotek baterií periody kratší než několik desetin sekundy.

může být účelnější nemít dobu trvání této časové V případě udržovacího nabíjení je hlavní nabít baterii v průběhu krátkých nabíjecích period mezi relativně dlouhými časovými intervaly, přičemž jsou přiváděny proudové pulsy takový velikosti, aby se udržela pod kontrolou možná poškození.při testování. Jestliže je použit trialj, je vhodně spínán po průchodu nulou a vypínán s dalším průchodem nulou, což znamená, že bude proud veden nanejvýše polovinu periody v případě půlvlnné usměrňovači jednotky. V tbm případě jsou přestávky dány mnohem delší dobou trvání, např. trvání 10 sekund nebo jdště delší. Proud by měl během period přivádění proudu dosáhnout alespoň 4 A, raději však alespoň 6 A. Jestliže je baterie skladována v zimních měsících, mělo by být očekáváno, že bude baterie potřebovat, aby byla někdy doplněna vodou.

S přáním neomezit v tomto ohledu vynález, se v současné době předpokládá, že se účinek vynálezu týká vývoje okolností při nabíjení, resp. při vývoji kysličníkových plynů na kladném pólu a vodíku na záporném pólu, které mají vlastnosti spojované s termínem „ ve stadiu zrodu“. Výsledkem je, že je tím umožněno přeměnit sírany olova na olovo a na oxid olovíčitý více snadněji. To pravděpodobně zahrnuje povrchové jevy, více či méně mikroskopické povahy, které je velmi těžké experimentálně sledovat a také jevy v pevných látkách, krystalizační efekty, atd., přechodné povahy, u kterých je v nejlepším případě možnost pouze přemýšlet nad soudobými vědeckými stanovisky.

Objev dobíjení olověných baterií pomocí pulsujícího proudu není sám o sobě nový. Například zařízení zvaná „Pulstronic“, která jsou běžně prodávána, provádějí pulsující dobíjení při 20 kHz, resp. 90 kHz. a s ním je autobaterie s rovinnými elektrodami plně nabitá asi za 5 hodin. Jak pochopíme dále, zařízení tohoto druhu je nutně relativně drahé. Ani není možné rozpustit sírany jak to umožňuje tento vynález.

Vynález dává možnost rychlého dobíjení akumulátorů s jejich v podstatě nepostřehnutelným zahříváním, ačkoliv to není dosaženo pomocí této známé techniky. Tudíž se předpokládá, že v případě tohoto vynálezu, se již úspěšně využívá „chemická časová konstanta“, která se týká procesu probíhajícího při nabíjení akumulátorů. Je známo, že časové konstanty se vyskytují při vybíjení olověných akumulátorů: Když se plně nabitá baterie začíná vybíjet, napětí klesá asi z 2,2 V na článek na přibližně 1,83 V v prvních 10 sekundách a pak se exponenciálně zvětšuje přibližně o necelých 0,1 V s časovou konstantou asi 10 sekund. Obecně se myslí, že je to způsobeno přesycením síranem olovnatým při nedostatečném zkapalnění, které je způsobeno vytvářením krystalů síranu olovnatého.

V případě zařízení pro dobíjení olověných akumulátorů, v souladu s principem předloženého vynálezu, je vhodné umožnit komutaci vykonávanou vypínáním a zapínáním proudu v primárním vinutí transformátoru automatickým přerušovačem. Transformovaný proud je pak usměrňován. Zjistilo se, že se tím obdrží počáteční proudový impuls s dobrým účinkem.

V případě jednoho druhu realizace pro třífázové síťové napětí, se také zjistilo, že pří vhodném vypnutí a zapnutí pouze jednoho z fázových vodičů tak, že jistý menší dobíječi proud setrvá během periody přerušení.

Tento vynález může být používán speciálně k znovuobnovení akumulátorů, které byly používány dlouhé časové období a ztratily (svoji účinnost díky zvýšené koncentraci síranů. V takových případech mají články rozdílné podmínky a následující postup by měl vést k tomu, aby se články „obnovily“. Baterie je dobíjela tak dlouho, dokud nedosáhne obsah kyseliny v „nejlepších“ článcích normální hodnoty. Potojn je baterie vybíjena vhodně zvoleným rezístorem a pak znovu nabíjena. „Chudé“ články jsou obohacovány v každém okamžiku tohoto postupu. Postup zaručuje, že z hlediska použití je často tato baterie stejně dobrá jako nová po třech po pěti takových cyklech. Tento zlepšovací proces nachází dobré uplatnění i v případě velmi velkých akumulátorů, např. baterie pro zajištění napájení elektrických nákladních automobilů, kde jsou jinak vážné problémy a baterie jsóu dosti drahé. Vynález tedy umožňuje dosažení značných úspor nákladů.

Přehled obrázků na výkresech odkazem na příklady provedení a s odkazem na schematicky zařízení, pomocí kterého může být léma přerušovacího zařízení, které může být při obvyklé dobíječi jednotky; a Obr. 3 je obvodové

Tento vynález bude nyní popsán detailněji s přiložené obrázky, v kterých Obr. 1 ukazují metoda aplikována; Obr. 2 je obvodové sch realizaci vynálezu připojeno na vstupní straní; schéma pro zapojení v třífázové soustavě.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 ukazuje základní zařízení pro dobíjeníj olověného akumulátoru. Transformátor 1,2 je na primární straně I napájen síťovým napětím a ze sekundárního vinutí 2 je odebírán proud, který je usměrňován v nejednodušším případě je lnou diodou. Usměrněný proud je dodáván do akumulátoru 6. Běžně se tam také zapojuje {jřístroj pro měření proudu, může to být obyčejný feromagnetický přístroj (není zakreslen), y znázorněném případě je dosaženo napájení akumulátoru 6 periodickým proudem s pomocí přerušovače 4, který vypíná a zapíná napětí na primární straně, a zajišťuje nejjednodušší pijostředek dosahující periodické napájení. To lze dosáhnout jednoduchým relé, které má vhodné řídící obvody, ačkoliv jsou preferována některá zapojení s tyristorovými přerušovači, protože pak není nutné mít obavy s opotřebováním kontaktů.

Obr. 2 ukazuje preferované zapojení přerušovače 4. Není zde nakreslen 12V zdroj proudu, který je napájen z hlavní sítě.

Přerušovací funkce je zajištěna řiditelným přerušovacím prvkem 12, který je v tomto případě realizován navrženým triakem BT139-800E. Další prvky je možné koupit jako běžné součástky pod označením, které je dáno na Obr. 2. Čítač 4060 je nastaven tak, aby generoval pravidelné pulsy jako monostabilní součástka s přepínáním mezi nulou a jedničkou ve dvousekundových periodách. Tyto pulsy jsou řízeny monostabilním zařízením 555, které je pak spínáno každou druhou sekundu prostřednictvím C2. Doba trvání sepnutého stavu se může měnit potenciometrem Pl. Výstupní signál z obvodu 555 je veden přes tranzistor, který napájí LED diodu v optospínači MOC3040, který je přizpůsoben pro spínání triaku, který přes nulu přenáší síťové napětí, jen když sepne tyristor 12, který je sepnutý tak dlouho, jak dlouho generuje časovač 555 výstupní signály.

Ve výhodném provedení, které je modifikací zapojení z Obr. 2, je potenciometr Pl nahrazen dvěma nastavitelnými odpory majícími odpor 10 kO a dobíječi čas 0,5 sekund, resp. odpor 25 kO pro dobíječi čas 1 sekundu. Sepnutí je vhodně zajištěno v tom samém čase, v kterém je spínán výstup na 4060 od vývodu I (Q12) do vývodu 3 (Q14), což dělá časový interval čtyřikrát delším.

Vedle spínání odporů a výstupních kontaktů je současně možno spínat ze stavu, v kterém je baterie nabíjena s periodou 1 sekundy a nedobijecí periodu 1 sekundy na bateriové udržovací dobíjení, v kterém se baterie dobíjí 0,5 sekundy s pauzou 7,5 sekundy. Rozumí se, že to jsou pouze příklady možných časů a spínacích pochodů, a že časy mohou být nastaveny na jakékoliv vybrané hodnoty, zvláště když je kondenzátor připojený na vývod 9 obvodu 4060 zvětšen tak, aby byla využita možnost celého dělícího intervalu obvodu a uvedený obvod má výstupy pro dělení čtrnácti mocninami dvou.

Aktivační varianta, kterou ukazuje Obr. 3 m<. zapojení je kontaktní vypínač umístěn pouze shledáno jako velmi efektivně pracující, pr< baterie pokud jsou zapojeny nebo obsazeny to, aby baterii nezahříval. Bez toho, aby toto zbytkové napětí má vliv na nabíjecí sekvenci třífázový transformátor a usměrňovač. V tomto jedné fázi třífázového vstupního vedení. Bylo to <|tože stejnosměrný proud, který se dostane do jouze dva fázové vodiče, je dostatečně nízký na ýysvětlení omezovalo vynález, se předpokládá, že skrze přiměřené polarizační napětí.

Vynález bude nyní popsán s odkazem na obdržených při dobíjení olověných akumuláto:

příklady provedení, založené na zkušenostech fů podle principů tohoto vynálezu.

PŘIKLAD 1

Obyčejný automobilový akumulátor (hustota a vypínacími časy v délce trvání 1 sekundy a feromagnetickým přístrojem) 90 A. Baterie rozsahu. Od začátku se vylučoval plyn. Po s hustotou kyseliny 1,28. Hustota kyseliny bylá kyseliny 1,18) 75 Ah byl dobíjen se zapínacími s dobíjecím proudem (efektivní hodnota měřená nfebyla shledána horká v žádném póstřehnutelném 15 minutách byla baterie shledána plně nabitou měřena přístrojem pro měření indexu lomu.

Baterie se pak vybíjela proudem asi 8 A, přito byla obdržena hodnota 68 Ah v tom samém stá m se nepřetržitě měřil a integroval proud, čímž ,vu vybití.

Když je dobíjena stejná baterie spojitým nabíjéním, není možné jí napájet větším proudem než 7A bez toho, aby se velmi zahřála.

PŘÍKLAD 2

Přibližně stejná autobaterie s rovinnými elektro dobíjena s nabíjecí periodou a pauzou v délce byl nakonec snížen na 10 A. Baterie byla plně dami nebo vybitá baterie, toho času 60 Ah, byla rváni 1 sekundy nabíjecím proudem 12 A, který nabitá po 2 hodinách.

PŘIKLAD 3

Ί

Několik autobaterií, 60-75 Ah, které byly ponechány 6-12 měsíců bez údržby nabíjením, čili byly hodně zahlceny síranem, bylo zkušebně dobíjeno v souhlasu s Příkladem 2. 80 % z těchto baterií bylo způsobilé dobíjení a jevilo se jako úplně normálních. Mezi neúspěšnými bateriemi byly některé shledány jako vážně poškozené vibracemi z dieselových motorů.

PŘÍKLAD 4

Čtyři takzvaně obyčejné autobaterie nebo vyčerpané autobaterie byly testovány nabíjením souhlasně s Příkladem 2. Všechny s výjimkou jedné byly způsobilé nabíjení a zůstaly chladné. Jedna z těchto baterií se zahřála. Při bližším zkoumání této baterie se ukázalo, že je jeden z jejích článků zkratován.

PŘÍKLAD 5

Test byl proveden na 1 000 bateriích v dlouhém časovém období. Tyto baterie byly staré 5 až 15 let a měly kapacity mezi 55 až 700 Ah. Předchozí regenerace s následujícím rozdělením:

Počet	Hustota kvselinv	Kanacita
671	1,00-1,10	0-18%
303	1,11-1,18	19-33%
19	1,19-1,24	34-42%
7	1,25-1,26	43-57%

Následující výsledky jsou obdrženy po testování s klasickým postupem na dobíjení baterií:

Počet Hustota kyseliny Kapacita \ 26 1,27-1,28 100%

974 nezměněno nezměněno

Následující výsledky jsou obdrženy při regeneraci podle s vynálezu:

A

Λ Počet Kyselost Kapacita

786

188

1,28-1,30

1,00-1,02

100%

0% (mechanická závada)

Zkušenost ukázala, že je-li použito vynalezu na pravidelné nabíjení akumulátorů, je úplně odstraněn problém se zvýšenou sulfatizací.

V předešlých pokusech s vynálezem se používaly obvyklé bateriové nabíječe (půlvlnné usměrnění) v kombinaci s relé pro vypínájní a zapínání primárního proudu. Ačkoliv tento nabíječ pracoval dlouhý čas dobře, elektrické kontakty postupně uhořely. To je důvod, proč dát přednost triaku spojenému s řídícími bbvody jako vypínací a zapínací části v sérii s primárním vinutím dobíjecího zařízení. Z tohoto hlediska je komutace vhodně kontrolována při průchodu nulou. V tom spočívá podstata přednostního použití zdrojů proudu, které mají o mnoho větší dobíječi proudy než dosud používané. Je pravda, že jistý zvýšený proudový impuls je možné dosáhnout vypínáním na primáiní straně, avšak plného účinku vynálezu není dosaženo, pokud není maximální proud zvýšen na vyšší hodnoty, než jsou tyto normální.

Pokusy s tímto vynálezem se zabývaly v snadné získat v různých stavech neudržov; zapojené baterie, např. baterie pro napájení vyřešit problémy se sulfatizací a podobných Vynález také dává možnost úspor, zajištěných míře bezpečnosti těchto systémů používaných první řadě automobilovými bateriemi, které bylo ání. Nicméně existují systémy, které mají stále lelefonní sítě, nouzové systémy, atd., kde je těžké problémů, zejména problémy spojené s údržbou, v tomto případě zlepšováním údržby a v nemalé zejména jako záložní systémy.

Claims (7)

1. Způsob/nabíjení olověných akumulátorů zahrnující připájení proměnného stejnosměrného napětí z dobíječi jednotky pro baterie, která je schopná generovat plyn, vyznačující se tím, že se připájí stejnosměrné napětí pro přívod proudu ve střídajících se periodách, přerušovaných přestávkami, v kterých není přiváděn proud, mající trvání v délce mezi přibližně 0,5 sekundami až přibližně 10 sekundami.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že periody přivádění proudu a přestávky mají obecně stejné doby trvání.

3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že periody dodávky proudu a přestávky mají doby trvání 0,5 až 1,5 sekund.

4. Způsob podle nároku 1 pro udržování nabití plně nabitých baterií, vyznačující se tím, že opakovaně dodávané proudové pulsy mají dobu trvání nanejvýše jednu polovinu sekundy, kdežto přestávky mají doby trvání 5-10 sekund.

5. Způsob podle nároku 1 pro obnovování baterií jejichž články jsou ve vzájemně rozdílných stavech, vyznačující se tím, že se baterie několikrát dobíjí, vybíjí a dobíjí, dokud nejsou všechny její články zregenerovány.

6. Zařízení pro nabíjení olověných akumulátorů obsahující transformátor, s primárním vinutím pro připojení do hlavní sítě, se sekundárním vinutím, s usměrňovačem připojeným na sekundární vinutí a kladnou a zápornou svorku určenou pro připojení k nabíjené baterii, vyznačující se tím, že obsahuje automatický přerušovací prostředek připojený na primární vodič pro opakující se připojení a odpojení hlavní sítě s krátkými periodami nabíjení baterie, přerušovanými přestávkami, v kterých není dodáván proud, majícími trvání 0,5 až 10 sekund.

7. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že přerušovací prostředek je přizpůsoben pro připojení a odpojení hlavní sítě v časových periodách v podstatě se stejnými dobami trvání.