SU877657A1 - Способ зар да аккумул торной батареи - Google Patents

Description

Изобретение относитс  ко вторичны источникам тока и может быть исполь зовано в отрасл х промьплленности, изготавливающих и эксплуатирующих аккумул торные батареи и аккумул то ры. Известен способ зар да при посто  нном напр жении, который  вл етс  длительным и приводит к. недозар ду батарей открытой конструкции в св зи с резким уменьшением тока во второй половине зар да, что снижает разр дную емкость и надежность эксплуатации батарей 1 и 2. В способах, реализующих регулирование зар дного тока по скорости газовыделени , основным недостатком  вл етс  .повышенный зар дный ток как в начале, так и в конце зар да, что приводит к перегреву батарей, члижению КПД зар да и выплескиванию электролита, что, в свою очередь, снижает надежность эксплуатации и срок их службы (3). Известны способ и система зар да, в которых управление процессом осуществл ют по температуре аккумул тора и скорости ее роста. В такой системе ток зар да уменьшают до тех пор, пока не установитс  тепловое равновесие между аккумул тором и окружающей средой. При этом температура аккумул тора становитс  близкой к предельно допустимой, а ток остаетс  на сравнительно высоком уровне/ что снижает качество зар да, которое про вл етс  в интенсивном газовыделении, выплескивании электролита , снижении емкости и срока службы аккумул тора 4. Известен также способ, согласно которому с целью ускорени  процесса зар д осуществл ют вначале повышенН з1М током, регулируемым в зависимости от заданных значений скорости роста температуры электролита и скорости газовыделени , а прекргицают зар д после получени  аккумул тором заданных ампер-часов 5. Регулирование зар дного тока повышенной плотности по скорости роста температуры до установлени  отношени  скорости газовыделени  к зар дному току, равного 0,7-0,8,  вл етс  неэффективным, что обусловлено следующими причинами. Повышение температуры в аккумул торах, например/ никель-кадмиевых или. никель-железных происходит, в основном, за счет джоулевого тепла, а тепловой эффект

реакций на элект эодах близок к нулю. Рост температуры электролита начинаетс  сразу после включени  тока и замедл етс  .с увеличением разности температур между аккумул то| ом и окружающей средой вследствие повышени  :геплового потока в окружающую среду. Дл  поддержани  посто нной скорости роста температуры необходимо увеличивать зар дный ток при наличии теплообмена с окружающей средо или поддерживать его посто нным пои отсутствии теплообмена. Как извес но одновременное действие повышенных плотности тока и температуры приводит к снижению восприимчивости зар да электродами и к повышенному газовыделению . Переход на вторую стадию зар да выбран таким, при котором 70-80% зар дного тока повышенной плотности расходуетс  на газовыделение , что ведет к быстрому вымыванию активной массы, выплескиванию электролита .

Согласно указанному способу на второй стадий зар да регулирование тока осуществл ют по заданной скорости газовыделени , которую измен ют в зависимости от .полученных аккумул тором ампер-часов, а прекращают зар д после получени  аккумул тором заданных ампер-часов. Следовательно, реализуетс  программа изменени  заданой скорости газовыделени  от полученной емкости, при этом дол  зар дного тока, идущего на газовыделение , растет, приближа сь к 100%.Тем не менее, аккумул тору сообщают заданную зар дную емкость. Очевидно, что в заключительной- стадии процесса не учитывают фактическую зар женность аккумул тора, что ведет к излишнему расходованию электроэнергии и бесполезному электролизу электролита. При регулировании зар дного тока по заданным скорост м роста температуры и газовьщелени  создаютс  благопри тные услови  дл  сн-ижени  качества зар да и интенсивного газовыделени  даже при сравнительно высокой эффективности полезного использовани  зар дного ток что вызывает высокую степень наполнени  пористых электродов и сепарадни выдел ющимс  газом. Это приводи к подъему уровн  электролита и его выплескиванию из аккумул тора, блокированию Поверхности электродов газом, повьошенйю истинной плотности тока и еще большему газовыделению. Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому  вл етс  способ, согласно которому в процессе зар да контролируют состав выдел ющегос  газа с помощью газоанализатора, определ ют соотношение содержащихс  в нем кислорода и водорода и при достижении этим соотношением заданного значени , установленного в диапазоне О - 0,5, подают сигнал рассогласовани  в зар дное устройство и обеспечивают регулирование зар дного тока, поддержива  это соотношение неизменным до полного зар да батареи 6.

Известно, что электрохимические реакции на обоих электродах открытого аккумул тора протекают изолированно (не счита  вли ни  конвекции электролита и поглощени  кислорода, растворенного в электролите, отрицательным электродом), не оказыва  взаимного вли ни  на скорости основного и побочного процессов. Последние определ ютс  температурой электролита и зар женностью активных ма-. териалов. При этом токи газовыделени , например, на отрицательных электродах сильно завис т от конструкции и состава их активных материалов . Токи газовыделени  существенно завис т также от температуры и величины зар дного тока, и, кроме того, отношение содержани  кислорода VQ к содержанию водорода Уц, например, никель-кадмиевого {металлокерамические электроды) и никельжелезного аккумул торов при их зар де измен етс , -как показывает практика , в пределах от бесконечности до нул , т.е. в значительно большем диапазоне, чем указано выше. В первой половине зар да указанные соотношени  могут принимать как близкие к нулю. Так и во много раз большие значени , что делает невозможным применение известного способа к различным типам аккумул торов.

Кроме того, известный способ не учитывает раздельного состо ни  положительнь1х и отрицательных электродов , токов газовыделени  на них, что,в свою очередь,ведет к интенсивному газовыделению, выплескиванию электролита, снижает КПД зар да.

В заключительной наиболее ответственной стадии зар да соотношение содержани  кислорода и водорода медленно стремитс  к 0,5, поэтому в этот период оно  вл етс  малоинформативным параметром управлени . Тем не менее, батарее сообщают заданное количество ампер-часов. Очевидно, что в заключительной стадии процесса не учитывают фактическую зар женност аккумул тора и его электродов, что ведет к излишнему расходованию электроэнергии , бесполезному электролизу электролита и снижению срока службы батареи.

Таким образом, известный способ зар да вследствие неэффективности регулировани  по соотношению содержани  кислорода и водорода приводит к перезар ду аккумул торов, интенсивному газовыделению, выплескиванию электролита. Это свидетельствует о низком кпд зар да, вызывает вымы вание активной массы из электродов снижение уровн  электролита ниже допустимого, быстрое образование К через вымытую активную массу, нахо щуюс  между электродами, что обусловливает дополнительный саморазр  через внешнюю цепь, образованную борнами и выплеснутым электролитом коррозию батарейных  щиков,.необхо димость в трудовых и материальных затратах по регул рной очистке аккумул торов и батарей от выплеснуто го электролита после зар да, пониже ные емкостные, характеристики и срок службы батарей, низкий КПД процесса зар да. Цель изобретени  - повышение КПД зар да и срока службы батареи. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в процессе зар да контролируют токи газовыделени  кислорода и водорода, сравнивают эти токи меж ду собой и регулируют зар дный ток по большему значению тока газовыделени  на соответствующем электроде до тех пор, пока разность между токами газовыделени  не изменит знак, после чего регулирование зар дного тока осуществл ют по току газовыделени  на противоположном электроде. При этом регулирование зар дного то ка осуществл ют с коррекцией по мен шему току газовыделени , а заканчивают зар д тогДа,когда разности между зар дным током и Каждым из то ков газовыделени  достигнут заданны значений. На чертеже приведена структурна  схема системы регулировани  зар дного тока. Схема содержит задатчик 1, регул тор 2, зар дное устройство 3, блок 4 измерени  токов газовыделени , ло гический блок 5, аккумул торную батарею- 6. Способ осуществл етс  следующим образом. С помощью задатчика 1 устанавливают начальное значение зар дного тока в зависимости от исходных параметров аккумул торной батареи, посту пившей на зар д. В процессе зар да регул тор 2 вырабатывает регулирующее воздействие на зар дное устройство 3, измен ющее величину зар дного тока. Это происходит при изменении токов газовыделени  на электро дах, которые измер ют с помощью блока 4, состо щего, например, из вспомогательных газопоглотительных электродов, установленных в самом аккумул торе или в его газоотводном устройстве, либо включающего расходе мер и газоанализаторы кислорода и водорода. Сигналы об изменении токов газовыдёлени  кислорода и водорода поступают на вход логического блока 5, который сравнивает их между собой Регулирование зар дного тока осуществл етс  по большему значению тока газовыделени  на соответствующем электроде. Электрический сигнал, пропорциональный этому току, с выхода логического блока 5 поступает на один из входов регул тора 2. Дл  повышени  качества и КПД процесса зар да на обоих электродах коррекци  зар дного тока выполн етс  по сигналу,.соответствующему току газовыделени  на противоположном электроде , который поступает на другой Ьход регул тора 2. При изменении знака разности между токами газовыделени  логический блок 5 осуществл ет соответствующее переключение сигналов у правлени , воздействующих на регул тор 2. Одновременно в процессе зар да блока 5 сравнивает зар дный токс токами газовыделени  кислорода и водорода. При достижении между током зар да и каждым из токов газовыделени  заданных значений разности прекращают зар д. Измерение токов выделени  газа на электродах во врем  зар да и регулирование зар дного тока по этим параметрам -улучшает точность и качество регулировани .Значительно повышает эффективность зар да осуществление коррекции по току выделени  газа на противоположном электроде , что позвол ет одновременно учитывать интенсивность газовыделени  на обоих электродах аккумул тора. В процессе зар да не допускают больших скоростей газовыделени  на каждом из электродов. Как известно, интенсивность газовыделени  на различных электродах растет неодинаково , что приводит к изменению величин токов газовьщелени . Ограничение скоростей газовыделени  достигаетс  путем измерени  токов газовыделени  на положительных и отрицательных электродах, сравнени  этих-токов, нахождени  большего из них по изменению знака их разности и регулировани  по большему току газовыделени . Это ослабл ет вымывание активной массы, выплескивание электролита, повышает качество и КПД зар да и срок службы аккумул торных батарей. Одной из основных задач в процессе зар да  вл етс  выбор признаков и определение конца зар да. Осуществение зар да до сообщени  заданной мкости ведет к перезар ду аккумул ора , излишнему газовыделению. Наиолее объективным и достоверным ризнаком окончани  полезного проесса на электроде  вл етс  достижеие током газовыделени  величины. лизкой или равной величине зар дого тока. Окончание зар да при досижении токами газовыделени  на отельных электродах заданных значений беспечивает требуемую зар женность

аккумул тора,исключает,перезар д,а следовательно,снижает до минимума вымывание активной массн и потребность в доливке электролита и повышает срок службы аккумул торной батареи.

Пример. В соответствии с номинальной емкостью никель-кадмиевого

аккумул тора батареи 20 НКБН-25, равной 25 А.ч, степенью зар женности 20% и начальной температурой 26°С устанавливают начальное значение зар дного тока, равное 45 А. Дальнейший режим зар да аккумул тора приведен в таблице.

1,0- 2,4 3,9 4,5 5

О О

О 00 0,2 5 +0,1 +2,4 +3,9+4,3 О

Как видно из данных таблицы, в начальной стадии зар да ток выделени  кислорода незначителен (1,0 А) и вызывает уменьшение величины зар дного тока на 2,0 А. Ток выделени  водорода.в первой половине зар да отсутствует. По мере зар да ток выделени  кислорода растет и : ызывает значительное уменьшение зар д , ного тока. Так, при 80% зар дной емкости TO, 3,9А, а Г 24 А, т.е. зар дный ток снижаетс  на 21,0 А по сравнению с начальным. Дальнейшее повышение зар женности аккумул тора приводит к образованию водорода на кадмиевых электродах и быстрому росту тока его выделени  (до этого момента разность () 70и управление зар дным током осущест л етс  по log) . При по влении 1ц вводитс  коррекци  по этому току, который вызывает дополнительное снижение величины зар дного тока. Например , при 90% зар дной емкости 1, 0,2 А, 1о2, f А, 1 18 А. При достижении зар дной емкости 98% токи выделени  кислорода и водорода станов тс  равны, а разность loj. Цо 0. При дальнейшем зар де батареи IQ,- и последующее регулирование зар дного тока выполн ют по току выделени  водорода, а коррек ,цию осуществл ют по iQiЗар д заканчивают, когда разНости между зар дным током и каждым из токов газовыделени  достигают заданных значений (в рассматриваемом примере не более 0,1 А).

Таким образом, предлагаемый способ зар да аккумул торной батареи повышает эффективность, точность и

4,1 4,1 4,5

5,5 6,0 4,6 -1,4 -1,9 -0,1

качество регулировани  в процессе зар да , снижает вымывание активной массы из электродов, дополнительный саморазр д через внешнюю цейь, образованную борнами и выплеснутым электролитом , коррозию батарейных  щиков и потребность в регул рной очистке аккумул торов от выплеснутого электролита после зар да и доливке в них электролита, позвол ет по объектив ,ным параметрам определ ть окончательные зар да, исключает перезар д батаРеи .

Предлагаемый способ легко реализовать на стандартных элементах и приборах электроавтоматики, например с помощью электрической унифицированной системы приборов автоматического регулировани  Каскад, что не требует больших материальных затрат.

Экономический эффект от внедрени  предлагаемого способа может быть получен за счет повышени  КПД зар да, снижени  затрат электроэнергии, сокращени  времени на обслуживание аккумул торных батарей после зар да, повышени  надежности эксплуатации и срока службы.

Claims (5)

1.Авторское свидетельство СССР № 423209, кл. Н 01 М 10/44, 1972.

2.Романов В.В., Хащев Ю.М. Химические источники ока. - Советское радио

М., 1978, с. 262.

3.Авторское свидетельство СССР № 156207, кл. Н 01 М 10/48, 1962.

4.Патент США № 3852652, кл, Н 02 J 7/06, 1977.

5.Авторское свидетельство СССР 431589, кл. Н 01 М 10/44, 1972.

6 Авторское свидетельство СССР № 657479, кл. Н 01 М 10/44, 1977.