NO313069B1 - Fremgangsmåte og anordning for å motvirke sulfatering i elektriske akkumulatorer - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte for reduksjon av blysulfatoppbygging i en elektrisk bly/syreakkumulator (1) ved hjelp av en gjennom akkumulatoren (1) pulserende elektrisk strøm generert av en pulsgenerator (10) som er tilkoplet akkumulatoren (1) , og at det er en eller flere pulsgeneratorer (10) som forbindes elektrisk til hver av akkumulatorens (1) enkeltceller (a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) ved hjelp av ledninger (12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f, 12g).Anordning ved en pulsgenerator (10) for tilkopling til en elektrisk bly/syreakkumulator, og hvor en eller flere pulsgeneratorer (10) er elektrisk forbundet til akkumulatorens (1) enkeltceller (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) via ledninger (12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f, 12g).

Description

Denne oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte hvor det anvendes strømpulser for å hindre sulfatering av polplatene i en elektrisk blyakkumulator, og en anordning for å utøve fremgangsmåten .

En bly/syre akkumulator av den art som anvendes eksempelvis som startbatteri i kjøretøy, omfatter et antall akkumulatorceller, en akkumulatorkasse, et lokk og to i lokket anbrakte tilkoplingspoler. Akkumulatorcellene er gruppert og sammen-koplet slik at enkeltcellenes spenning som er omkring to volt, adderes sammen til den ønskede spenning. For motor-kjøretøy drevet med forbrenningsmotor er den nominelle akkumulatorspenningen vanligvis er 12 eller 24 volt, mens den for elektrisk drevne kjøretøy kan være vesentlig større.

For å oppnå en effektiv kjemisk lagring og frigivelse av energi, er det nødvendig å ha to ulike ledende materialer i nær avstand til hverandre anbrakt i en ledende væske. Væsken betegnes elektrolytt og består i en bly/syreakkumulator av

fortynnet svovelsyre.

Det ledende materialet i en bly/syreakkumulatorcelle omfatter et antall bly/antimon-, alternativt bly/kalsiumplater i form av gitter som er fylt med en blyoksydpasta. Etter prosesse-ring og oppladning er blyoksydet omformet til blyperoksid i de positive platene, og til svampaktig bly i de negative platene.

Disse to materialer er forskjellige elektriske ledere. Ved utladning vil pastaen i begge plateartene forvandles til blysulfat.

Kjemisk inerte skilleplater, gjerne i form av papirbasert eller sintret PVC materiale, er anbrakt i mellomrommet mellom de stablede positive og negativt ladede plater for å hindre kortslutning mellom dem. Skilleplatene må være stabile for å motstå de mekaniske krefter som oppstår i en akkumulator under kraftig utladning. Skilleplatene må også ha en porøs struktur for å tillate effektiv passasje av elektrolytten.

Under lading av en akkumulator må en likestrøm påtrykkes i motsatt retning av normal utladningsretning. Påtrykt spenning må være høyere.enn akkumulatorspenningen for å få en lade-strøm til å flyte. Under lading vil ladestrømmen spalte elektrolytten, og avgitt oksygen kombinerer seg med blyet i de positive platene og danner blyperoksid. Begge typer plater avgir sulfat som går over til elektrolytten og danner svovelsyre. Materialet i de negative platene omdannes som nevnt til svampaktig bly. Prosessen medfører en konsentrasjon av akku-mulatorsyren, hvorved syrens egenvekt øker.

Under utladning av akkumulatoren reverseres prosessen idet strømflyten i akkumulatoren fører til en nedbrytning av elektrolytten. Sulfat går fra elektrolytten til platene hvor blypastaen ved full utladning er omdannet til blysulfat. I tillegg forlater oksygen de positivt ladede platene og retur-nerer til elektrolytten hvor de danner vann.

Under normal utladning dannes fine blysulfatkrystaller på akkumulatorplatene. Ved oppladning blir det meste av disse

krystallene oppløst. Dersom akkumulatoren står i utladet tilstand over lengere tid, kan de fine krystallene kombinere til grove krystaller som kan være meget vanskelige å omdanne til-bake til den fine krystalltype. Blysulfatkrystallene tetter

igjen en del av porene i de porøse platene, og reduserer der-ved akkumulatorens kapasitet. Akkumulatorer kan ødelegges av sterk krystalloppbygging.

Der er kjent at ved å tilføre en bly/syreakkumulator strøm-pulser kan den ovenfornevnte dannelse av blysulfatkrystaller reduseres. US patent'5677612 beskriver en anordning hvor nød-vendig energi tilføres en multivibrator fra akkumulatoren som skal renses, og multivibratoren sender pulser med liten effekt og høy frekvens inn i akkumulatoren. Det antas at strømpulsene bidrar til at blysulfatet løsner fra akkumulatorens plater slik at de oppløses i elektrolytten.

Det er også i og for seg kjent, jfr. US patent 5648714, at pulsenes frekvens, strømstyrke, stigetid og bredde kan tilpasses akkumulatorens tilstand. Akkumulatorens tilstand omfatter fysiske parametre som impedansekarakteristikk, ladetilstand, indre elektrisk motstand, elektrolyttnivå, elektrolyttkonsentrasjon og grad av blysulfatoppbygging på akkumulatorens plater. Ifølge kjent teknikk overvåkes akkumulatoren som en enhet, og pulsenes egenskaper tilpasses de målte ver-dier. Det er således ikke mulig ifølge kjent teknikk å tilpasse pulskarakteristikken til hver enkelt akkumulatorcelle.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe ulempene ved kjent teknikk.

Formålet oppnås i henhold til oppfinnelsen ved de trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkrav.

Fremgangsmåten innebærer at en pulsgenerator av i og for seg kjent utførelse tilkoples hver av batteriets enkeltceller. Pulsgeneratorens måleenhet er innrettet til å overvåke en-keltcellens fysiske tilstand med hensyn til for eksempel impedansekarakteristikk, ladetilstand, indre elektrisk motstand, elektrolyttnivå, elektrolyttkonsentrasjon og grad av blysulfatoppbygging på akkumulatorens plater. Måleverdiene bearbeides i pulsgeneratorens styredel, og tilpassede impul-ser med hensyn til pulsfrekvens, strømstyrke, spenning, stigetid og bredde sendes gjennom hver enkeltcelle.

Erfaring viser at cellene i en akkumulator utsettes for for-skjellig belastning, og en styring av pulsene til hver enkeltcelle vil kunne forlenge akkumulatorens levetid.

En anordning for utøvelse av oppfinnelsen omfatter et antall enkle pulsgeneratorer av i og for seg kjent utførelse, som er forbundet til hver enkelt akkumulatorcelle. Alternativt kan en tilpasset pulsgenerator være innrettet til å overvåke alle akkumulatorens celler for så å tilpasse pulsene til hver enkeltcelle. Pulsgeneratoren(e) kan være anbrakt i eller utenfor akkumulatorens kapsling, eventuelt i akkumulatorens lokk.

I det etterfølgende beskrives et ikke-begrensende eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på med-følgende tegning, hvor: Fig. 1 viser en prinsippskisse av en elektrisk akkumulator som er forsynt med en pulsgenerator.

På tegningene betegner henvisningstallet 1 en elektrisk bly/ syreakkumulator med 12 volt nominell utgangsspenning. Akkumulatoren 1 omfatter en kapsling 2, akkumulatorceller 4a, 4b, 4c, 4d, 4e og 4f, celleforbindelser 6a, 6b, 6c, 6d og 6e, og batteripoler 8a og 8b. Et nødvendig akkumulatorlokk med gjen-nomgående åpninger for batteripolene 8a og 8b er ikke vist på tegningen.

En pulsgenerator 10 er via ledninger 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f og 12g forbundet direkte til alle akkumulatorens enkeltceller.

Som beskrevet i den generelle beskrivelsen ovenfor, er pulsgeneratoren innrettet til å overvåke hver enkelt akkumulatorcelle, og til å tilpasse pulser til hver celles tilstand med hensyn til pulsfrekvens, strømstyrke, spenning, stigetid og bredde.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen forbedrer tilpassingen av pulsene til hver enkelt akkumulatorcelles tilstand, noe som forlenger en akkumulators levetid i forhold til anvendelse av kjent teknikk.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for reduksjon av blysulfatoppbygging i en elektrisk bly/syreakkumulator (1) ved hjelp av en gjennom akkumulatoren (1) pulserende elektrisk strøm generert av en pulsgenerator (10) som er tilkoplet akkumulatoren (1), karakterisert ved at det er en eller flere pulsgeneratorer (10) som forbindes elektrisk til hver av akkumulatorens (1) enkeltceller (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) ved hjelp av ledninger (12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f, 12g).

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at pulsgeneratoren (10) måler enkeltcellenes (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) tilstand med hensyn til en eller flere av parameterne: impedansekarakteristikk, ladetilstand, indre elektrisk motstand, elektrolyttnivå, elektrolyttkonsentrasjon og blysulfatoppbygging på akkumulatorplatene, og deretter tilpasser pulsenes frekvens, strømstyrke, spenning, stigetid og bredde til hver enkeltcelle (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f).

3. Anordning ved en pulsgenerator (10) for tilkopling til en elektrisk bly/syreakkumulator og reduksjon av blysulfatoppbygging i akkumulatoren (1), karakterisert ved at det er en eller flere pulsgeneratorer (10) som er elektrisk forbundet til hver av akkumulatorens (1) enkeltceller (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) via ledninger (12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f, 12g).

4. Anordning i henhold til krav 3, karakterisert ved at pulsgeneratoren(e) (10) er innrettet til å overvåke enkeltcellenes (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) tilstand med hensyn til en eller flere av parameterne: impedansekarakteristikk, ladetilstand, indre elektrisk motstand, elektrolyttnivå, elektrolyttkonsentrasjon og blysulfatoppbygging på akkumulatorplatene, og til å tilpasse pulsenes frekvens, strømstyrke, spenning, stigetid og bredde til hver enkeltcelles (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) tilstand.