SU754535A1

SU754535A1 - Method of charging storage battery

Info

Publication number: SU754535A1
Application number: SU782598897A
Authority: SU
Inventors: Valerij N Filatov
Original assignee: Valerij N Filatov
Priority date: 1978-04-03
Filing date: 1978-04-03
Publication date: 1980-08-07

Description

Изобретение относится к эксплуатации аккумуляторных батарей и может найти применение для ускоренной зарядки, формовки и тренировки аккумуляторов.The invention relates to the operation of rechargeable batteries and can be used for accelerated charging, molding and training of batteries.

Известные способы зарядки, формовки и тренировки аккумуляторных батарей токами повышенной плотности, заключаются в подаче вначале постоянного сглаженного тока до какого-либо определенного момента, определяемого, например временем или уровнем зарядки, интенсивностью газовыделения, температурой или плотностью электролита и т.д., с последующей подачей кратковре.менных разрядных деполяризующих импульсов, параметры которых определяются, например частотной характеристикой и допустимым напряжением кратковременного разряда аккумуляторной батареи, а частота подачи задается либо постоянной, либо зависящей опять же от интенсивности газовыделения, температуры или плотности электролита, напряжения на клеммах аккумуляторной батареи и т.д. [1], [2], [3] и [4].Known methods of charging, forming and training batteries with high-density currents consist of first applying a constant smoothed current to a specific point, determined for example by time or charge level, gas evolution rate, temperature or electrolyte density, etc., followed by by applying short-term discharge depolarizing pulses, the parameters of which are determined, for example, by the frequency response and the permissible short-term battery discharge voltage th battery, and the supply frequency is set either constant or dependent again on the intensity of gas evolution, temperature or density of the electrolyte, the voltage at the battery terminals, etc. [1], [2], [3] and [4].

Недостатком известных способов заряда аккумуляторной батареи является пониженная эффективность процесса заряда вследствие неоптимальности начального момента иA disadvantage of the known methods of charging the battery is the reduced efficiency of the charging process due to the non-optimal initial moment and

22

режима последующей подачи деполяризующих импульсов в зависимости от вышеуказанных параметров, зависящих не только от режима зарядки, но и условий окружающей среды и индивидуальных различий аккуму₅ ляторных батарей.subsequently feeding mode depolarizing pulses depending on the above parameters depending not only on the charging mode, but also the environmental conditions and individual differences ACCUM ₅ Batery batteries.

Известен способ заряда аккумуляторнойThe known method of charging the battery

батареи постоянным током повышенной плотности и моментом начала и частотой подачи разрядных деполяризующих импульсов в функции напряжения на клеммах, заряжае¹⁰ мой аккумуляторной батареи [5].batteries with a constant current of increased density and the moment of onset and frequency of discharge of discharge depolarizing pulses as a function of the voltage at the terminals, charge ^{10 of} my rechargeable battery [5].

Недостатком этого способа заряда является пониженная эффективность процесса заряда, поскольку напряжение на клеммах аккумуляторной батареи имеет большой раз₁₅ брос вследствие индивидуальных различий аккумуляторных батарей и влияния на него помимо самого зарядного тока других факторов, таких как температура окружающей среды, условия ведения заряда и т.д.The disadvantage of this method of charge is the reduced efficiency of the charging process, since the voltage at the battery terminals has a large throw time of ₁₅ due to individual differences in the batteries and the influence on it, besides the charging current, other factors such as ambient temperature, charge conditions, etc. .

20 Цель изобретения — повышение эффективности процесса заряда путем оптимизации-конкретизации момента начала и частоты подачи кратковременных разрядных-деполяризующих импульсов.20 The purpose of the invention is to increase the efficiency of the charge process by optimizing the specification of the beginning point and the frequency of supplying short-term discharge-depolarizing pulses.

33

754535754535

Указанная цель достигается определением начала момента подачи деполяризующих импульсов по достижению ЭДС поляризации аккумуляторной батареи заданного порогового значения, а частоты их подачи — по скорости нарастания и спадения ЭДС поляризации. При этом частота подачи деполяризующих импульсов задается кратной частоте собственных электрических колебаний и*некратно отличной от частоты собственных механических колебаний аккумуляторной батареи.This goal is achieved by determining the beginning of the moment when the depolarizing pulses are delivered when the electromotive voltage of a battery has reached a predetermined threshold value, and the frequency of their supply is based on the rate of increase and decrease of the polarized voltage. At the same time, the frequency of supplying depolarizing pulses is set to a multiple of the frequency of natural electrical oscillations and * repeatedly differing from the frequency of natural mechanical oscillations of the battery.

На чертеже приведена блок-схема устройства, реализующая предлагаемый способ заряда.The drawing shows the block diagram of the device that implements the proposed method of charge.

Блок-схема зарядного устройства содержит источник 1 постоянного тока, источник 2 деполяризующих импульсов, систему 3 автоматического управления, датчик 4 контроля ЭДС поляризации и аккумуляторную батарею 5.The block diagram of the charger contains a DC source 1, a source of 2 depolarizing pulses, an automatic control system 3, a polarization EMF sensor 4 and a battery 5.

При ускоренном заряде аккумуляторной батареи 5 постоянным током повышенной плотности от источника 1 постоянного тока, по мере ее заряда происходит снижение коэффициента использования зарядного тока за счет начинающихся постепенно проявлять себя таких, противодействующих процессов, как газовая и концентрированная поляризация. Обеднение электролита в приэлектродных слоях и в порах самих электродов приводит к пассивации самих электродов и т.д., проявляющей себя в общем случае в повышении противоэдс аккумуляторной батареи на величину ЭДС поляризации.With the accelerated charging of the battery 5 with a constant current of increased density from the source 1 of the direct current, as it charges, the utilization rate of the charging current decreases due to progressive processes like gas and concentrated polarization that begin to manifest themselves. Depletion of electrolyte in the near-electrode layers and in the pores of the electrodes themselves leads to passivation of the electrodes themselves, etc., which manifests itself, in general, in an increase in the counter-emf of a storage battery by the magnitude of the polarization emf.

Возрастание ЭДС поляризации приводит к возрастанию напряжения на клеммах аккумуляторной батареи, складывающегося из собственной ЭДС, ЭДС поляризации и падения напряжения от протекающего постоянного тока повышенной плотности. Это дополнительное увеличение напряжения на клеммах аккумуляторной батареи приводит к снижению ватт-часовой отдачи аккумуляторов, повышению интенсивности газовыделения и т.д. и именно эта ЭДС поляризации наиболее точно характеризует поляризационные процессы, происходящие в аккумуляторной батарее и препятствующие «усвоению» ею зарядного тока повышенной плотности.An increase in polarization EMF leads to an increase in voltage at the battery terminals, which is made up of its own EMF, polarization voltage and voltage drop from a flowing DC current of increased density. This additional increase in voltage at the battery terminals leads to a decrease in the watt-hour output of batteries, an increase in the intensity of gas evolution, etc. and it is this polarization EMF that most accurately characterizes the polarization processes occurring in the battery and preventing it from “assimilating” the charging current of increased density.

Исходя из указанного, именно величиной ЭДС поляризации и должен определяться момент начала подачи кратковременных деполяризующих импульсов, предназначенных для снижения указанных поляризационных процессов, поэтому по мере заряда аккумуляторной батареи 5 постоянным током повышенной плотности от источника 1 контролируют возрастание ЭДС поляризации, например с помощью датчика 4, и по достижении ею заранее определенного допустимого порогового значения, источник 2 деполяризующих импульсов по команде системы 3 автоматического управления начинаетOn the basis of this, it is the polarization EMF value that should determine when the short-term depolarizing pulses start to be applied, designed to reduce the polarization processes indicated, therefore as the battery 5 is charged with a constant high-density current from source 1, the polarization EMF increases, for example, using sensor 4, and when it reaches a predetermined acceptable threshold, the source of 2 depolarizing pulses at the command of the automatic control system 3 achinaet

подавать на аккумуляторную батарею 5 разрядные-деполяризующие импульсы тока.supply 5-bit depolarizing current pulses to the battery.

Допустимая ЭДС поляризации является относительной величиной, зависящей от типа аккумуляторной батареи и конструктивного ее исполнения. Например, для герметичной аккумуляторной батареи допустимая ЭДС поляризации выбирается меньшей, чем для открытой батареи.Permissible EMF of polarization is a relative value, depending on the type of battery and its structural performance. For example, for a sealed battery, the allowable polarization emf is chosen less than for an open battery.

Последующая подача деполяризующих импульсов тока приводит к перемешиванию электролита, снижению газовой и концентрационной поляризации и т.д., соответственно, и к снижению ЭДС поляризации аккумуляторных батарей. Однако на эффективность процесса заряда влияет форма, длительность, амплитуда и частота подачи деполяризующих импульсов.Subsequent supply of depolarizing current pulses leads to mixing of the electrolyte, reduction of gas and concentration polarization, etc., respectively, and a decrease in the emf of polarization of batteries. However, the efficiency of the charge process is affected by the shape, duration, amplitude and frequency of the supply of depolarizing pulses.

Если наиболее оптимальными формой и длительностью разрядных импульсов тока является полусинусоида с частотой, соответствующей частотной характеристике аккумуляторной батареи, а амплитуда максимальная, но в пределах минимально допустимого напряжения кратковременного разряда аккумуляторной батареи, то частота подачи деполяризующих импульсов в оптимальном варианте также должна определяться параметрами, объективно характеризующими состояние аккумуляторной батареи. В качестве такого параметра берут скорость нарастания ЭДС поляризации. Контролируя датчиком 4 ЭДС поляризации заряжаемой аккумуляторной батареи, производят одновременно в системе 3 автоматического управления дифференцирование указанной ЭДС поляризации и тем самым определяют скорость ее нарастания, в зависимости от величины которой и задают начальную частоту подачи деполяризующих импульсов.If the most optimal form and duration of discharge current pulses is a half-sine with a frequency corresponding to the frequency response of the battery, and the amplitude is maximum, but within the minimum allowable short-term battery discharge voltage, then the frequency of supplying depolarizing pulses should also be optimally determined by parameters objectively characterizing battery status. As such a parameter, we take the rate of increase of the EMF polarization. Controlling the polarized electromotive voltage sensor 4 of a rechargeable battery, they simultaneously differentiate said polarization emf in system 3 of automatic control and thereby determine its rate of increase, depending on the magnitude of which they set the initial frequency of supply of depolarizing pulses.

После подачи каждого из деполяризующих импульсов происходит снижение ЭДС поляризации с последующим ее нарастанием под воздействием зарядного тока. По величине скорости последующих возрастаний ЭДС поляризации проводят последующее кор ректирование частоты подачи деполяризующих импульсов.After the filing of each of the depolarizing pulses, a decrease in the emf of polarization occurs with its subsequent increase under the influence of the charging current. According to the magnitude of the rate of subsequent increases in the emf of polarization, subsequent correction of the frequency of the supply of depolarizing pulses is carried out.

Поскольку аккумуляторная батарея как элемент электрической зарядно-разрядной цепи в переходных режимах представляет собой двухполюсник с собственной нелинейной частотной характеристикой и относительно низкими внутренними потерями, подача разных импульсов приводит к резонансным явлениям — затухающим колебаниям тока внутри самой аккумуляторной батареи, продолжающимся и после прекращения разрядного-деполяризующего тока. При частоте подачи деполяризующих импульсов тока, соизмеримой с временем протекания переходных процессов внутри аккумуляторной батареи, в последней может проявляться явление интерференции волн — наложение волн электрических колебаний (тока), мо5Since a battery as an element of an electric charge-discharge circuit in transient conditions is a two-port network with its own non-linear frequency response and relatively low internal losses, the supply of different pulses leads to resonant phenomena — damped current oscillations inside the battery itself, continuing after the discharge-depolarizing current. When the frequency of supplying depolarizing current pulses, commensurate with the time of transients inside the battery, the latter may show the phenomenon of wave interference - the imposition of waves of electrical oscillations (current), 5

754535754535

гущее либо усиливать, либо ослаблять действие ^разрядного импульса тока в зависимости от фазы переходного процесса, в момент которой подается очередной разрядный-деполяризующий импульс тока. Наибольший эффект от воздействия деполяризующего импульса при совпадении момента подачи деполяризующего импульса с отрицательной полуволной внутреннего переходного колебательного процесса аккумуляторной батареи, возникшего от предыдущего разрядного. импульса, выявляется за счет наложе- ,о ния предыдущего и нового колебательных переходных процессов.thicker either strengthen or weaken the action of the discharge current pulse, depending on the phase of the transient process, at the moment of which the next discharge depolarizing current pulse is applied. The greatest effect from the impact of a depolarizing impulse is the coincidence of the moment when the depolarizing impulse is applied to the negative half-wave internal transient oscillatory process of the battery arising from the previous discharge. impulse is detected due to the imposition of the previous and new oscillatory transients.

Поскольку внутренний переходный процесс идет с частотой, соответствующей частоте собственных электрических колебаний аккумуляторной батареи, частоту подачи де- ¹⁵поляризующих импульсов необходимо задавать кратной частоте собственных электрических колебаний. Это позволит воспользоваться явлением интерференции волн и либо снизить мощность деполяризующих импуль- 20 сов, либо повысить эффективность их воздействия.Since the inner transition process occurs with a frequency corresponding to the natural frequency of the electrical battery oscillation frequency supply ¹⁵ de polarizing pulses necessary to set a multiple frequency of the electrical oscillations. This will make it possible to use the phenomenon of wave interference and either to reduce the power of depolarizing pulses, or to increase the efficiency of their action.

Однако аккумуляторную батарею в процессе заряда необходимо рассматривать не только как электрический двухполюсник, но и как механическую систему с собственной ²⁵частотой колебания электродных блоков, воздействие на которую разрядных импульсов тока, сопровождающего электродинамическим ударом, приводит к возникновению механических колебаний, требующих дополни- ₃₀тельного усиления токоведущих частей и электродных пластин в части их механической прочности.However, during battery charge must be considered not only as an electric bipole, but also as a mechanical system ²⁵ with its own oscillation frequency electrode units, which impact on discharge current pulses accompanying electrodynamic impact, gives rise to mechanical vibrations, requiring additional ₃₀ amplification Tel'nykh current-carrying parts and electrode plates in terms of their mechanical strength.

Для снижения амплитуды (и силы) механических колебаний, исходя из того же явления интерференции волн, частота элект- ³⁵родинамических ударов, вызванных разрядными-деполяризующими импульсами тока, должна быть некратно отличной от собст-венной частоты механических колебаний системы электродов аккумуляторной батареи. Именно явлением интерференции вынужденных волн от электродинамических ударов и собственных механических колебаний можно объяснить противоречивость литературных иTo reduce the amplitude (and strength) mechanical vibrations, based on the same effect of wave interference, frequency electron rodinamicheskih ³⁵ strokes caused by bit-depolarizing current pulses must be different from the non-multiple-governmental sobst-frequency mechanical oscillations battery electrode system. It is the phenomenon of interference of forced waves from electrodynamic shocks and natural mechanical vibrations that can explain the inconsistency of the literature and

экспериментальных данных гю влиянию разрядных импульсов тока на осыпание электродных пластин и срок службы аккумуляторов.Experimental data on the effect of discharge current pulses on the shedding of electrode plates and the service life of batteries.

Наиболее эффективно применение предлагаемого способа для заряда аккумуляторных батарей с ярко выраженной частотной характеристикой.The most effective application of the proposed method for charging batteries with a pronounced frequency response.

Claims

Claim

1. The method of charging a battery with a constant current of increased density with periodic supply of short-term discharge-de-polarizing current pulses, characterized in that, in order to increase the efficiency of the charging process, the moment of the beginning of the supply of depolarizing pulses is determined by the achievement of the emf of polarization of the battery of a given threshold value.

2. The method according to π. 1, characterized in that the frequency of the supply of depolarizing current pulses is determined by the rate of increase of the polarized voltage.

3. The method according to claim 1, characterized in that the frequency of the supply of depolarizing pulses is set to a multiple of the frequency of natural electric oscillations of the battery.

4. The method according to π. 1, characterized in that the frequency of the supply of depolarizing pulses is set differently than the frequency of natural mechanical oscillations of the battery electrode system.

And soto n and to and and nf form a qi and, taken into account in the examination

1. US patent number 3597673. cl. 320 -5. 1971.

2. US patent No. 3622867, cl. 320-14, 1971.

3. French application number 2068759, cl. H 02 L 7/00, 1971.

4. Copyright witness of the USSR on the application number 2451533/07, cl. H 01 No. 10/44, 1977.

5. U.S. Patent No. 3,617,851. Cl. 320-22. 1971.

Have