RU2658859C2 - Способ уменьшения коэффициента теплового разгона в никель-кадмиевом аккумуляторе переменным асимметричным током - Google Patents
Способ уменьшения коэффициента теплового разгона в никель-кадмиевом аккумуляторе переменным асимметричным током Download PDFInfo
- Publication number
- RU2658859C2 RU2658859C2 RU2016140814A RU2016140814A RU2658859C2 RU 2658859 C2 RU2658859 C2 RU 2658859C2 RU 2016140814 A RU2016140814 A RU 2016140814A RU 2016140814 A RU2016140814 A RU 2016140814A RU 2658859 C2 RU2658859 C2 RU 2658859C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- battery
- current
- discharge
- charging
- charge
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/24—Alkaline accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники и касается вопроса безопасной работы никель-кадмиевых аккумуляторов в составе различных электротехнический и электронных систем. Согласно изобретению в процессе технического обслуживания дополнительно выполняется режим циклирования аккумулятора, при котором заряд аккумулятора проводился прямоугольным асимметричным током при соотношении амплитуд разрядного и зарядного токов, равном 5, и соотношении длительностей разрядного и зарядного импульсов, равном 0,1, при этом среднее значение переменного асимметричного тока заряда равно току заряда согласно инструкции по эксплуатации батареи, следовательно, амплитуда зарядного импульса будет в 2,2 раза больше среднего тока, длительность зарядного импульса 50 мс, длительность разрядного импульса 5 мс, процесс заряда прекращался при сообщении количества электричества в соответствии с инструкцией по эксплуатации данного аккумулятора, при этом разряд выполнялся постоянным током до тех пор, пока коэффициент теплового разгона становился меньше 10%. Уменьшение вероятности теплового разгона в никель-кадмиевом аккумуляторе, продление срока его службы, а также повышение безопасности работы является техническим результатом изобретения. 2 пр.
Description
Изобретение относится электротехнике и касается вопроса безопасной работы никель-кадмиевого аккумулятора в составе различных электротехнических и электронных систем.
Известен способ [патент РФ №2043678, МПК Н01М 10/48, Н01М 10/26, 1995] контроля теплового разгона в аккумуляторе во время его эксплуатации в буферном режиме. В рамках данного способа температура аккумулятора во время эксплуатации постоянно контролируется с помощью прикрепленных термодатчиков. В случае повышения температуры выше 70-80°C аккумулятор отключается.
Однако данный способ только предотвращает наступление теплового разгона, но не уменьшает возможность появления этого явления при дальнейшей эксплуатации аккумулятора.
В качестве прототипа выбран способ [патент РФ №231095, МПК Н01М 10/34, H01M 10/48, 2005] анализа предрасположенности никель-кадмиевого аккумулятора к тепловому разгону, заключающийся в проведении циклирования аккумулятора до снижения коэффициента теплового разгона менее 10%. Способ включает контроль внутреннего сопротивления аккумулятора и вычисление коэффициента теплового разгона η=(ρ0-ρ)⋅100%, где ρ0 - внутреннее омическое сопротивление данного аккумулятора в начале его эксплуатации, ρ - внутреннее омическое сопротивление аккумулятора на момент проверки. В случае η>20% дендриты достаточно сильно развиты в аккумуляторе, отчего аккумулятор предрасположен к тепловому разгону и его снимают с дальнейшей эксплуатации.
Недостаток данного способа заключается в том, что он просто отбраковывает аккумулятор и не позволяет уменьшить возможность появления теплового разгона и использовать аккумулятор в дальнейшем.
Задачей изобретения является разработка способа уменьшения коэффициента теплового разгона в никель-кадмиевом аккумуляторе переменным асимметричным током.
Поставленная задача решалась благодаря тому, что в известном способе цитирования аккумулятора до снижения коэффициента теплового разгона менее 10% режим заряда был заменен на режим, при котором заряд аккумулятора проводят прямоугольным асимметричным током при соотношении амплитуд разрядного и зарядного токов, равном 5, и при соотношении длительностей разрядного и зарядного импульсов, равном 0,1, разряд выполняют постоянным током, при этом среднее значение переменного асимметричного тока заряда равно току заряда аккумулятора, при этом амплитуда зарядного импульса в 2,2 раза больше среднего тока, длительность зарядного импульса составляет 50 мс, а длительность разрядного импульса - 5 мс, после чего процесс заряда прекращают при сообщении необходимого количества электричества аккумулятору.
Сущность предложенного способа заключается в следующем.
Одной из причин возникновения теплового разгона в никель-кадмиевом аккумуляторе является прорастание дендритов через сепаратор. Это приводит к резкому уменьшению расстояния между электродами и, следовательно, к резкому увеличению плотности тока заряда и повышению температуры в этом месте, что приведет к тепловому разгону [Galushkin N.E., Yazvinskaya N.N., Galushkin D.N. The mechanism of thermal runaway in alkaline batteries // Journal of The electrochemical society. - 2015. - V. 162. - P. А749-А753].
Таким образом, чем более развиты дендриты внутри аккумулятора, тем более низкое внутреннее омическое сопротивление у этого аккумулятора и тем более он предрасположен к тепловому разгону.
Дендриты образуются на кадмиевом электроде в процессе заряда аккумулятора постоянным током. В этом случае растворенные в электролите ионы кадмия осаждаются в основном на поверхности кадмиевого электрода и образуют дендриты, так как на поверхности электрода ток заряда наиболее большой, а вглубь пористого электрода ток убывает экспоненциально [Галушкин Н.Е., Кудрявцев Ю.Д. Исследование глубины проникновения электрохимического процесса в пористых электродах // Электрохимия. - 1994. - Т. 30, №3. - С. 382-387].
Использование переменного асимметричного тока при заряде аккумулятора позволяет получить любое распределение количества прошедшего электричества по глубине пористых электродов [Кукоз Ф.И, Кудрявцев Ю.Д., Галушкин Н.Е. Распределение количества прошедшего электричества в пористом электроде при поляризации переменным асимметричным током // Электрохимия. - 1989. - Т. 35, - №7. - С. 759-765].
В случае использования предложенного режима заряда аккумулятора ионы кадмия будут осаждаться только в глубине пористого электрода, а на поверхности электрода дендриты будут или растворяться, или окисляться в процессе заряда. Это позволит в результате длительного циклирования полностью избавиться от дендритов и, следовательно, устранить основную причину теплового разгона [Galushkin N.E., Yazvinskaya N.N., Galushkin D.N. Study of thermal runaway electrochemical reactions in alkaline batteries // Journal of the electrochemical society. - 2015. - V. 162. - P. А2044-А2050].
Ниже приведены примеры осуществления предлагаемого способа.
Пример 1. Предлагаемый способ уменьшения коэффициента теплового разгона проверялся на аккумуляторе НКБН-25-У3. Данный аккумулятор после семи лет эксплуатации был снят, вследствие большого тока саморазряда. На момент исследования он имел коэффициент теплового разгона η=24%. Для уменьшения коэффициента теплового разгона данный аккумулятор заряжался в соответствии с предложенным режимом заряда переменным асимметричным током со следующими параметрами: амплитуда зарядного импульса 11 А, амплитуда разрядного импульса 55 А, длительность зарядного импульса 50 мс, длительность разрядного импульса 5 мс. На каждом цикле заряда аккумулятору сообщалось 40 А⋅ч в соответствии с инструкцией по эксплуатации данного аккумулятора, т.е. в 1,6 раза больше, чем его номинальная емкость. Разряд выполнялся согласно руководству по технической эксплуатации аккумулятора НКБН-25-У3 током 10 А до напряжения на клеммах аккумулятора 1 В.
После сорока циклов заряда-разряда коэффициент теплового разгона у данного аккумулятора стал равным η=10%, что резко сокращает возможность возникновения теплового разгона в данном аккумуляторе.
Пример 2. Предлагаемый способ уменьшения коэффициента теплового разгона проверялся на аккумуляторе НКГК-33СА. Данный аккумулятор после шести лет эксплуатации имел коэффициент теплового разгона η=21%. Для уменьшения коэффициента теплового разгона данный аккумулятор заряжался в соответствии с предложенным режимом заряда переменным асимметричным током со следующими параметрами: амплитуда зарядного импульса 7,26 А, амплитуда разрядного импульса 36,3 А, длительность зарядного импульса 50 мс, длительность разрядного импульса 5 мс. На каждом цикле заряда аккумулятору сообщалось 49,5 А⋅ч в соответствии с инструкцией по эксплуатации данного аккумулятора. Разряд выполнялся согласно руководству по технической эксплуатации аккумулятора НКГК-33СА током 6 А до напряжения на клеммах аккумулятора 1 В.
После пятидесяти циклов заряда-разряда коэффициент теплового разгона у данного аккумулятора стал равным η=7%, что резко сокращает возможность возникновения теплового разгона в данном аккумуляторе.
Предлагаемый способ уменьшения коэффициента теплового разгона в никель-кадмиевом аккумуляторе переменным асимметричным током по сравнению с существующими способами имеет следующие преимущества.
1. Это первый предложенный способ уменьшения коэффициента теплового разгона в никель-кадмиевом аккумуляторе в соответствии с недавно экспериментально установленным истинным механизмом теплового разгона [Galushkin N.E., Yazvinskaya N.N., Galushkin D.N. Study of thermal runaway electrochemical reactions in alkaline batteries // Journal of the electrochemical society. - 2015. - V. 162. - P. А2044-А2050].
2. Способ позволяет устранять дендриты и короткозамкнутые элементы не только их пережиганием большими токами, но и их растворением и перемещением внутрь пористого электрода и окислением при заряде.
Таким образом, данное изобретение позволяет уменьшить коэффициент теплового разгона аккумулятора в 2-3 раза.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент РФ №2043678, МПК Н01М 10/48, Н01М 10/26, 1995.
2. Патент РФ №231095, МПК Н01М 10/34, Н01М 10/48, 2005.
3. Galushkin N.E., Yazvinskaya N.N., Galushkin D.N. The mechanism of thermal runaway in alkaline batteries // J. Electrochem. Soc., 2015, Vol. 162, Is. 4, P. A749-A753.
4. Галушкин H.E., Кудрявцев Ю.Д. Исследование глубины проникновения электрохимического процесса в пористых электродах // Электрохимия. - 1994. - Т. 30, №3. - С. 382-387.
5. Кукоз Ф.И., Кудрявцев Ю.Д., Галушкин Н.Е. Распределение количества прошедшего электричества в пористом электроде при поляризации переменным асимметричным током // Электрохимия. - 1989. - Т. 35, №7. - С. 759-765.
6. Galushkin N.E., Yazvinskaya N.N., Galushkin D.N. Study of thermal runaway electrochemical reactions in alkaline batteries // J. Electrochem. Soc., 2015, Vol. 162, Is. 10, P. A2044-A2050.
Claims (1)
- Способ уменьшения коэффициента теплового разгона в никель-кадмиевом аккумуляторе переменным асимметричным током, заключающийся в проведении циклирования аккумулятора до снижения коэффициента теплового разгона менее 10%, отличающийся тем, что заряд аккумулятора проводят прямоугольным асимметричным током при соотношении амплитуд разрядного и зарядного токов, равном 5, и при соотношении длительностей разрядного и зарядного импульсов, равном 0,1, разряд выполняют постоянным током, при этом среднее значение переменного асимметричного тока заряда равно току заряда аккумулятора, при этом амплитуда зарядного импульса в 2,2 раза больше среднего тока, длительность зарядного импульса составляет 50 мс, а длительность разрядного импульса - 5 мс, после чего процесс заряда прекращают при сообщении необходимого количества электричества аккумулятору.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016140814A RU2658859C2 (ru) | 2016-10-17 | 2016-10-17 | Способ уменьшения коэффициента теплового разгона в никель-кадмиевом аккумуляторе переменным асимметричным током |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016140814A RU2658859C2 (ru) | 2016-10-17 | 2016-10-17 | Способ уменьшения коэффициента теплового разгона в никель-кадмиевом аккумуляторе переменным асимметричным током |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016140814A RU2016140814A (ru) | 2018-04-18 |
| RU2658859C2 true RU2658859C2 (ru) | 2018-06-25 |
Family
ID=61974623
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016140814A RU2658859C2 (ru) | 2016-10-17 | 2016-10-17 | Способ уменьшения коэффициента теплового разгона в никель-кадмиевом аккумуляторе переменным асимметричным током |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2658859C2 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5698963A (en) * | 1995-09-12 | 1997-12-16 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Battery charging circuit with charging rate control |
| US5764030A (en) * | 1997-03-14 | 1998-06-09 | International Components Corporation | Microcontrolled battery charger |
| US20040135551A1 (en) * | 2001-04-19 | 2004-07-15 | Hoff C. Michael | Method and system for charging a NiMH or NiCd battery |
| RU2265268C1 (ru) * | 2004-04-06 | 2005-11-27 | Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ") | Автоматизированное устройство для ускоренного заряда аккумуляторной батареи асимметричным током |
| RU2310953C2 (ru) * | 2005-12-28 | 2007-11-20 | ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) | Способ анализа никель-кадмиевого аккумулятора на предрасположенность к тепловому разгону |
| RU2319275C1 (ru) * | 2006-08-15 | 2008-03-10 | Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ") | Автоматизированное устройство для ускоренного заряда аккумуляторных батарей асимметричным током |
-
2016
- 2016-10-17 RU RU2016140814A patent/RU2658859C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5698963A (en) * | 1995-09-12 | 1997-12-16 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Battery charging circuit with charging rate control |
| US5764030A (en) * | 1997-03-14 | 1998-06-09 | International Components Corporation | Microcontrolled battery charger |
| US20040135551A1 (en) * | 2001-04-19 | 2004-07-15 | Hoff C. Michael | Method and system for charging a NiMH or NiCd battery |
| RU2265268C1 (ru) * | 2004-04-06 | 2005-11-27 | Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ") | Автоматизированное устройство для ускоренного заряда аккумуляторной батареи асимметричным током |
| RU2310953C2 (ru) * | 2005-12-28 | 2007-11-20 | ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) | Способ анализа никель-кадмиевого аккумулятора на предрасположенность к тепловому разгону |
| RU2319275C1 (ru) * | 2006-08-15 | 2008-03-10 | Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ") | Автоматизированное устройство для ускоренного заряда аккумуляторных батарей асимметричным током |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016140814A (ru) | 2018-04-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101897859B1 (ko) | 리튬 석출 탐지 방법, 이를 이용한 이차전지 충전 방법과 장치 및 이차전지 시스템 | |
| CN103344917B (zh) | 一种锂电池循环寿命快速测试方法 | |
| CN109546248B (zh) | 一种锂离子电池充电策略的优化方法 | |
| CN106067560B (zh) | 内短路锂离子动力电池的制备方法 | |
| Kirchev | Battery management and battery diagnostics | |
| US20150060290A1 (en) | Dynamic Formation Protocol for Lithium-Ion Battery | |
| CN106450536A (zh) | 一种锂离子电池快速充电方法 | |
| CN109941147A (zh) | 一种用于延长动力电池使用寿命的方法和电子设备 | |
| CN101640296B (zh) | 一种提高蓄电池比容量的快速充电方法 | |
| CN111164824B (zh) | 电池组的管理装置和电池组系统 | |
| KR20210129097A (ko) | 고용량 유지율 리튬 이온 전지의 충방전 방식 | |
| Yifeng et al. | Study on the fast charging method of lead-acid battery with negative pulse discharge | |
| CN1251953A (zh) | 提高充电电池循环使用寿命的充电方法 | |
| CN102723534A (zh) | 可充电电池的一种快速充电方法 | |
| JP6797438B2 (ja) | バッテリーの充電方法およびバッテリーの充電装置 | |
| CN111366863B (zh) | 一种基于低温循环的锂离子电池寿命加速预判方法 | |
| US10559862B2 (en) | Method of forming a negative electrode for a lithium-ion cell | |
| CN109884542B (zh) | 磷酸铁锂动力电池并联模组内微短路故障单体的检测方法 | |
| Roy et al. | The effect of fast charging and equalization on the reliability and cycle life of the lead acid batteries | |
| JP2009212038A (ja) | 鉛蓄電池の電槽化成方法 | |
| RU2658859C2 (ru) | Способ уменьшения коэффициента теплового разгона в никель-кадмиевом аккумуляторе переменным асимметричным током | |
| CN206060307U (zh) | 一种蓄电池充放电平衡装置 | |
| Hato et al. | Degradation predictions of lithium iron phosphate battery | |
| JP2017103896A (ja) | 二次電池の制御方法 | |
| CN115774200A (zh) | 一种锂离子电池串联模组微/内短路检测方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181018 |