ITMI940476A1 - PROCEDURE FOR CHARGING LEAD ACCUMULATORS WITH FIXED ELECTROLYTE - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE INDUSTRIALE DESCRIPTION OF THE INDUSTRIAL INVENTION
L'invenzione riguarda un procedimento per la carica di accumulatori al piombo chiusi a tenuta, non richiedenti manutenzione, con elettrolita fissato. The invention relates to a process for charging sealed, maintenance-free lead accumulators with fixed electrolyte.
Negli accumulatori qui presi in considerazione l’elettrolita ad acido solforico è preferibilmente presente come gel tissotropico. Un'altra possibilità di immobilizzazione dell'elettrolita consiste nell 'aspirare la quantità di acido appunto necessaria per il funzionamento della batteria mediante separatori di non tessuto di vetro, in misura tale che praticamente non esista alcun elettrolita con libertà di movimento. In the accumulators considered here, the sulfuric acid electrolyte is preferably present as a thixotropic gel. Another possibility of immobilization of the electrolyte consists in sucking the quantity of acid precisely necessary for the functioning of the battery by means of glass non-woven separators, to such an extent that practically no electrolyte exists with freedom of movement.
Come si è constatato, i procedimenti di carica noti e determinati originariamente per batterie al piombo con elettrolita liquido non sono trasferibili senz'altro con successo agli accumulatori al piombo del tipo sopra indicato. As it has been found, the known and originally determined charging procedures for lead-acid batteries with liquid electrolyte are certainly not transferable successfully to lead-acid accumulators of the type indicated above.
Tutti i procedimenti di carica hanno fondalmentalmente lo scopo di ottenere nel tempo più breve possibile una carica completa della batteria. Ciò può avvenire per esempio secondo una caratteristica IU (corrente-tensione) in cui in un primo tempo la carica avviene con corrente costante elevata, fino al raggiungimento della tensione di gasificazione , e poi, mantenendo costante questa tensione, si lascia ridurre la corrente fino al valore molto basso di una corrente limite ammissibile. All charging procedures basically have the purpose of obtaining a complete charge of the battery in the shortest possible time. This can take place, for example, according to a IU (current-voltage) characteristic in which charging occurs at first with a high constant current, until the gasification voltage is reached, and then, by keeping this voltage constant, the current is allowed to reduce until at the very low value of an admissible limit current.
Da DE-PS 1233 934 è anche noto un procedimento di carica secondo il quale la corrente di carica viene ridotta più volte a gradini non appena viene raggiunta la tensione di gasificazione. From DE-PS 1233 934 a charging method is also known according to which the charging current is reduced several times in steps as soon as the gasification voltage is reached.
Le batterie al piombo chiuse,con elettrolita fissato in un non tessuto,richiedono secondo E. Nann (Photovolt. Solarenergie, Supplm. 4. Nat. Symp. Closed lead-acid batteries, with electrolyte fixed in a non-woven fabric, require according to E. Nann (Photovolt. Solarenergie, Supplm. 4. Nat. Symp.
1-3.3.1989, 1.1.1-1.1.24) apparecchi di carica regolati per la carica e per la carica di compensazione, i quali limitano la tensione di carica secondo una caratteristica IU oppure WU. In questo ultimo caso la carica avviene in una prima fase con corrente calante (caratteristica di carica W), dipendente dal fatto che l'apparecchio di carica emette una potenza costante. Poiché questa sul lato batteria genera una controtensione crescente, la corrente decresce parabolicamente. 1-3.3.1989, 1.1.1-1.1.24) regulated charging devices for charging and for compensating charging, which limit the charging voltage according to an IU or WU characteristic. In the latter case, charging takes place in a first phase with decreasing current (charging characteristic W), depending on the fact that the charging device emits a constant power. Since this generates an increasing counter-voltage on the battery side, the current decreases parabolically.
W. H. Deluca ed altri (25. Proc. Intersoc. Energy Convers. Eng. Conf., IECEC 1990,3,320-325) riferiscono in merito alla carica di batterie modulari al piombo sia del tipo con elettrolita assorbito, sia anche del tipo con elettrolita in gel, secondo uno schema IU. Con un limite superiore di tensione di 2,35 V/cella viene assorbito il 105% di carica entro 8 ore. Se non viene raggiunto il 105% di carica, essa deve venire assicurata mediante una ricarica a tensione limitata, secondo uno schema IUI ampliato. W. H. Deluca et al. (25. Proc. Intersoc. Energy Convers. Eng. Conf., IECEC 1990,3,320-325) report on the charging of modular lead batteries both of the type with absorbed electrolyte and also of the type with electrolyte in gel, according to an IU scheme. With an upper voltage limit of 2.35V / cell 105% charge is absorbed within 8 hours. If 105% charge is not reached, it must be ensured by a voltage-limited recharge, according to an expanded IUI scheme.
Un tale procedimento di carica, ossia secondo una caratteristica di carica IUI e in particolare adatta per accumulatori al piombo con elettrolita in gel tissotropico, è già noto da EP-A-339 446. Questo metodo di carica è però palesemente anche esso non esente da difetti, infatti in un trattamento in parallelo di celle al piombo con elettrolita liquido e di tali celle con elettrolita in gel si è constatata in queste ultime, una dispersione circa doppia delle tensioni finali di carica intorno alla tensione desiderata di 2,3 V (vedasi H. Tuphorn, Revue Géneral de L'Elétricité (RGE) 48/No. 3 marzo 1990, 45-49). Se ne deduce che le tensioni di cella dopo un tempo di funzionamento piuttosto lungo si differenziano l'una dall’altra. Le celle con tensione di cella più bassa non vengono più caricate completamente e pertanto si guastano prematuramente. Such a charging method, ie according to a IUI charging characteristic and in particular suitable for lead accumulators with thixotropic gel electrolyte, is already known from EP-A-339 446. However, this charging method is also clearly not free from defects, in fact in a parallel treatment of lead cells with liquid electrolyte and of these cells with gel electrolyte it was found in the latter, an approximately double dispersion of the final charge voltages around the desired voltage of 2.3 V (see H. Tuphorn, Revue Géneral de L'Elétricité (RGE) 48 / No. 3 March 1990, 45-49). It can be deduced that the cell voltages after a rather long operating time differ from each other. Cells with lower cell voltage are no longer fully charged and therefore fail prematurely.
E' scopo dell’invenzione indicare per accumulatori al piombo con elettrolita fissato un procedimento di carica che garantisca un assorbimento di carica uniforme e una carica completa di tutte le celle alla conclusione, e che influenzi vantaggiosamente anche la durata delle celle. It is the aim of the invention to indicate for lead accumulators with fixed electrolyte a charging procedure that ensures uniform charge absorption and a complete charge of all cells at the end, and which advantageously also influences the life of the cells.
Lo scopo viene raggiunto con un procedimento come quello definito nella rivendicazione 1. The object is achieved with a process such as that defined in claim 1.
Il nuovo procedimento prevede una carica in più fasi con correnti costanti, in cui ad almeno due fasi di carica fa seguito una ricarica. Preferibilmente, esso comprende però tre fasi di carica in ciascuna delle quali la carica avviene a corrente costante fino ad un valore limite di tensione prestabilito e dopo il raggiungimento di questo valore limite la carica viene proseguita con una corrente ridotta, fino a raggiungere nuovamente lo stesso valore limite di tensione, e cosi via. The new procedure provides for a multi-phase charge with constant currents, in which at least two charging phases are followed by a recharge. Preferably, however, it comprises three charging phases in each of which the charge takes place at constant current up to a predetermined voltage limit value and after reaching this limit value the charge is continued with a reduced current, until it reaches the same limit again. voltage limit value, and so on.
Nella quarta e ultima fase la carica viene proseguita con la corrente impostata per ultima (corrente durante la terza fase) per una durata determinata da un interruttore a tempo, senza che un criterio basato sulla tensione ponga eventualmente termine prematuramente a questa fase di ricarica. Con questa ricarica viene creata una compensazione delle cariche di tutte le celle internamente al complesso della batterìa, e viene garantito un loro condizionamento uniforme. In the fourth and last phase, the charge is continued with the last set current (current during the third phase) for a duration determined by a time switch, without a voltage-based criterion possibly ending this charging phase prematurely. With this recharge, a compensation of the charges of all the cells inside the battery complex is created, and their uniform conditioning is guaranteed.
Il nuovo procedimento costituisce quindi una carica in più stadi con una caratteristica di carica IIIIa con le fasi dì carica a corrente costante I consecutive, che sono limitate nella tensione,e con la fase di compensazione delle cariche successiva, limitata nel tempo, con tensione ad andamento libero. The new method therefore constitutes a multi-stage charge with a charge characteristic IIIIa with the consecutive constant current charging phases I, which are voltage-limited, and with the subsequent charge compensation phase, limited in time, with voltage at free running.
La tensione di disinserzione al termine delle fasi I deve secondo l'invenzione essere compresa tra 2,3 e 2,4 V e viene impostata in dipendenza della temperatura della batteria. Questa viene misurata all'interno di una cella, fra due celle di una batteria o sul connettore dei poli di due celle. According to the invention, the switch-off voltage at the end of phases I must be between 2.3 and 2.4 V and is set depending on the battery temperature. This is measured inside a cell, between two cells of a battery or on the pole connector of two cells.
Le correnti dì carica I si riferiscono alla corrente nominale di 5 ore della batteria (I ) e secondo l'invenzione devono essere assunte come segue : The charging currents I refer to the rated current of 5 hours of the battery (I) and according to the invention must be assumed as follows:
da 0, 4 a 1,0 volte I5 , preferibilmente 0.4 to 1.0 times 15, preferably
0,7 x I nella prima fase; disinserzione mediante segnale di tensione. 0.7 x I in the first phase; disconnection via voltage signal.
Da 0,2 a 0,5 volte I5, preferibilmente 0.2 to 0.5 times 15, preferably
0,25 x I5, nella seconda fase; disinserzione mediante segnale di tensione. 0.25 x I5, in the second phase; disconnection via voltage signal.
Da 0,05 a 0,2 volte Ι&, preferibilmente 0.05 to 0.2 times Ι & preferably
0,1 x I5 , nella terza fase; disinserzione mediante segnale di tensione. 0.1 x I5, in the third phase; disconnection via voltage signal.
Da 0,05 a 0,2 volte Ig, preferibilmente 0.05 to 0.2 times Ig, preferably
0,1 x I5 nella fase dì ricarica; disinserzione a tempo, nessun criterio nel riguardi della tensione . 0.1 x I5 in the recharging phase; timed disconnection, no criteria regarding voltage.
La durata della fase di ricarica dovrebbe essere compresa secondo l'invenzione fra 1 e 5 ore. Nel caso più vantaggioso può essere sufficiente 1 ora, e precisamente nel caso in cui il tempo complessivamente trascorso nelle fasi I sla inferiore a 6 ore. In tal caso la batterla era già ampiamente carica. The duration of the recharging phase should be between 1 and 5 hours according to the invention. In the most advantageous case, 1 hour may be sufficient, and precisely in the case in which the total time spent in phases I sla is less than 6 hours. In that case the beat was already amply charged.
Una figura mostra in un diagramma il procedimento di carica secondo l'invenzione con corrente ridotta a gradini. One figure shows in a diagram the charging method according to the invention with step-reduced current.
Le correnti di carica indicate qui di seguito valgono per un modulo di batterla In gel con capacità nominale di 180 Ah, la cui corrente nominale di 5 ore I5 è di 36 A. La curva a tratto marcato riproduce l’andamento nel tempo della corrente di carica, la curva a tratto debole l'andamento nel tempo della tensione di carica. The charging currents indicated below are valid for a gel battery module with a nominal capacity of 180 Ah, whose nominal current of 5 hours I5 is 36 A. charge, the weak line curve shows the trend over time of the charge voltage.
La limitazione della tensione è posta per ciascuno stadio o fase di carica, secondo l'invenzione, a 2,4 V/cella. The voltage limitation is set for each charging stage or phase, according to the invention, to 2.4 V / cell.
Secondo la figura, t , t , t indicano la durata delle tre prime fasi di carica, che terminano ciascuna al raggiungimento di una tensione di disinserzione di 2,4 V. La durata t4 della fase di ricarica è fissata su 1 ora. According to the figure, t, t, t indicate the duration of the first three charging phases, which each end when a disconnection voltage of 2.4 V is reached. The duration t4 of the charging phase is fixed at 1 hour.
Nella prima fase, la carica avviene con una corrente di 15 A. Nella seconda fase la corrente di carica viene ridotta a 8 A e nella terza fase a 4 A. Dopo una disinserzione limitata dalla tensione, la carica viene immediatamente proseguita con la corrente invariata di 4 A con limitazione del tempo (fase di ricarica). In the first stage, charging takes place with a current of 15 A. In the second stage, the charging current is reduced to 8 A and in the third stage to 4 A. After a voltage-limited shutdown, charging is immediately continued with the current unchanged. of 4 A with time limitation (charging phase).
Il nuovo procedimento di carica secondo lo schema di una carica IIIIa si presenta particolarmente adatto per batterie al piombo con elettrolita fissato. Esso comprende esclusivamente fasi di carica con corrente costante, in cui, in particolare, una corrente di ricarica I provvede ad una compensazione delle cariche fra le celle della batteria verso 1'esaurimento dell'assorbimento di carica. Le celle con minor capacità possono venire sostituite da nuove celle, senza che le celle resìdue subiscano danni. The new charging process according to the scheme of a IIIIa charge is particularly suitable for lead-acid batteries with fixed electrolyte. It exclusively comprises charging phases with constant current, in which, in particular, a charging current I provides for a compensation of the charges between the battery cells towards the exhaustion of the charge absorption. Cells with lower capacity can be replaced by new cells, without the remaining cells being damaged.
Il grado di scarica delle batterie non deve essere noto. Se all'apparecchio di carica giunge una batteria carica, nel caso estremo essa viene sovraccaricata soltanto per 1 ora con una corrente I = 0,5 x I5, corrispondente al 2% della capacità nominale per I5. The degree of discharge of the batteries does not have to be known. If a charged battery reaches the charging device, in the extreme case it is only overcharged for 1 hour with a current I = 0.5 x I5, corresponding to 2% of the nominal capacity for I5.
I procedimenti di carica a gradini IU non possono mantenere la tensione dì cella delle celle più vecchie al valore necessario. Le celle dopo alcuni cicli si guastano. IU step charging processes cannot maintain the cell voltage of the older cells at the necessary value. The cells fail after a few cycles.
Con il nuovo procedimento di carica é possibile, con particolare vantaggio, anche utilizzare il calore di ricombinazione creato dalla associazione catalitica dei gas di carica, per il fatto che l'avvio di un ricombinatore che interviene nell'accumulatore viene impiegato come segnale per il comando dì carica. With the new charging process it is possible, with particular advantage, also to use the recombination heat created by the catalytic association of the charging gases, due to the fact that the start of a recombinator that intervenes in the accumulator is used as a signal for the command. of charge.
Infine, può essere molto vantaggioso per la condotta della carica secondo l'invenzione dotare l'accumulatore addizionalmente di una valvola a due vie secondo DE-US 41 08 491, la cui funzione sia adattata appositamente all'andamento della gasificazione di accumulatori con elettrolita fissato. Finally, it can be very advantageous for the charging line according to the invention to additionally equip the accumulator with a two-way valve according to DE-US 41 08 491, the function of which is specially adapted to the gasification trend of accumulators with fixed electrolyte. .
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