UA123017C2

UA123017C2 - METHOD OF PULSE CHARGING AND DESULPHATION (RESTORATION) OF THE BATTERY, DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Info

Publication number: UA123017C2
Application number: UAA201810746A
Authority: UA
Inventors: Микола Ігоревич Ревякін
Original assignee: Микола Ігоревич Ревякін
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2021-02-03

Abstract

Винахід належить до електротехнічної промисловості, а саме до способів і пристроїв для заряду та відновлення акумуляторів. Спосіб імпульсного заряду і десульфатації (відновлення) акумулятора асиметричним імпульсним струмом з чергуванням зарядного та розрядного імпульсів, збудженням в акумуляторі механічних коливань. На акумулятор подають імпульс заряду, тривалість якого становить 1-2 с, після чого подають імпульс розряду з тривалістю 0,1- 0,35 с. При цьому періодичність імпульсів заряд/розряд складає 1,1-2,3 с, величина струму заряду, який подається, дорівнює 0,1 С від номінальної ємності акумулятора. Величина струму розряду становить 0,01 С від номінальної ємності акумулятора. Пристрій для реалізації вищезазначеного способу імпульсного заряду і відновлення акумулятора складається з генератора імпульсів (центрального процесора), ланцюга заряду, ланцюга розряду, імпульсного зворотноходового блока живлення, інформаційних виходів, системи індикації, компенсатора навантаження на акумуляторі, ланцюга захисту акумулятора, має систему термостабілізації напруги заряду (зовнішнім терморезистором для контролю температури акумуляторної батареї). При цьому всі компоненти пристрою являють собою керуючу плату, яка поміщена в корпус.The invention relates to the electrical industry, namely to methods and devices for charging and recharging batteries. Method of pulse charge and desulfation (recovery) of battery by asymmetric pulse current with alternation of charging and discharging pulses, excitation of mechanical oscillations in battery. The battery is supplied with a charge pulse lasting 1-2 s, after which a discharge pulse with a duration of 0.1-0.35 s is applied. The frequency of the charge / discharge pulses is 1.1-2.3 s, the magnitude of the charge current supplied is equal to 0.1 C from the nominal capacity of the battery. The magnitude of the discharge current is 0.01 C from the nominal capacity of the battery. Device for implementing the above method of pulse charging and battery recovery consists of a pulse generator (CPU), charge circuit, discharge circuit, pulse reverse power supply, information outputs, display system, battery load compensator, battery protection circuit, has a battery protection system, has a battery voltage system (external thermistor to control the temperature of the battery). In this case, all components of the device are a control board, which is placed in the housing.

Description

подається, дорівнює 0,1 С від номінальної ємності акумулятора.provided is equal to 0.1 C from the nominal capacity of the battery.

Величина струму розряду становить 0,01 С від номінальної ємності акумулятора.The value of the discharge current is 0.01 C from the nominal capacity of the battery.

Пристрій для реалізації вищезазначеного способу імпульсного заряду і відновлення акумулятора складається з генератора імпульсів (центрального процесора), ланцюга заряду, ланцюга розряду, імпульсного зворотноходового блока живлення, інформаційних виходів, системи індикації, компенсатора навантаження на акумуляторі, ланцюга захисту акумулятора, має систему термостабілізації напруги заряду (зовнішнім терморезистором для контролю температури акумуляторної батареї). При цьому всі компоненти пристрою являють собою керуючу плату, яка поміщена в корпус.The device for implementing the above-mentioned method of pulse charging and battery recovery consists of a pulse generator (central processor), a charge circuit, a discharge circuit, a pulse reversing power supply unit, information outputs, an indication system, a battery load compensator, a battery protection circuit, and has a charge voltage thermal stabilization system (an external thermistor to control the battery temperature). At the same time, all the components of the device represent a control board that is placed in the case.

Винахід належить до електротехнічної промисловості, а саме до способів і пристроїв для заряду та відновлення акумуляторів.The invention belongs to the electrical industry, namely to methods and devices for charging and recharging batteries.

Відомий "Спосіб заряду свинцевого акумулятора", оснований на чергуванні імпульсів зарядного і розрядного струму, який відрізняється тим, що частоту імпульсів зарядного струму вибирають зі значень 1/п, де ї - частота мережі змінного струму, п - коефіцієнт розподілу (п-1, 2, 3,...) і тривалість цих імпульсів дзаг. менше або дорівнює чверті періоду коливань в мережі змінного струму при тривалості імпульсів розрядного струму (дОйрдз-Пп/І-йзає). Крім цього, величину струму в розрядному імпульсі вибирають в межах Ірдз--0,1-0,4 Іо, де Іо - ефективний постійний струм заряду, залежний від амплітуди імпульсів зарядного струму і їх шпаруватості (Патент РФ Мо 2180460).The well-known "Method of charging a lead-acid battery" is based on alternating charge and discharge current pulses, which differs in that the frequency of the charge current pulses is chosen from the values 1/n, where и is the frequency of the alternating current network, n is the distribution coefficient (n-1, 2, 3,...) and the duration of these impulses. is less than or equal to a quarter of the period of oscillations in the alternating current network with the duration of discharge current pulses (dOyrdz-Pp/I-yzaye). In addition, the value of the current in the discharge pulse is chosen within the range of Irdz--0.1-0.4 Io, where Io is the effective constant current of the charge, which depends on the amplitude of the pulses of the charging current and their gap (Patent RF Mo 2180460).

Відомий "Спосіб імпульсного заряду акумуляторів та пристрій (система) для його реалізації".The known "Method of impulse charge of batteries and device (system) for its implementation".

Спосіб передбачає заряд акумуляторної батареї від батареї, що розряджається, та випрямленого струму джерела, де для інтенсифікації процесів в батареях через обидві батареї проводиться асиметричний струм. Пристрій заряду-розряду містить дві акумуляторні батареї, мостовий випрямляч-формувач асиметричного струму, батарея, що заряджається, включена на виході, а батарея що, розряджається, - на вході моста послідовно з джерелом змінного струму (Патент РФ Мо 2088000).The method involves charging a battery from a discharging battery and a rectified source current, where an asymmetric current is passed through both batteries to intensify the processes in the batteries. The charge-discharge device contains two rechargeable batteries, a bridge rectifier-former of asymmetric current, the charging battery is connected at the output, and the discharging battery is connected at the input of the bridge in series with the alternating current source (RF Patent Mo 2088000).

Відомий "Спосіб заряду та відновлення акумулятора", згідно з яким заряд акумулятора проводять асиметричним імпульсним струмом з чергуванням зарядного та розрядного імпульсів, а збудження в акумуляторі механічних коливань здійснюють за рахунок формування зарядного імпульсу у вигляді серії імпульсів високої частоти. Частоту зарядних імпульсів вибирають в межах 3-30 кГц. Імпульси струму високої частоти приводять до механічної вібрації акумулятора, що інтенсифікує електрохімічні процеси, покращує доступ електроліту до активної маси електродів, покращує умови руху газів для здійснення процесу рекомбінації. Завдяки імпульсам розряду відбувається подрібнення крупнокристалічних структур на поверхнях елементів акумулятора, що сприяє виникненню в акумуляторі механічних коливань. (Патент РФThe well-known "Method of charging and restoring the battery", according to which the battery is charged with an asymmetric pulsed current with alternating charging and discharging pulses, and the excitation of mechanical vibrations in the battery is carried out due to the formation of a charging pulse in the form of a series of high-frequency pulses. The frequency of charging pulses is selected in the range of 3-30 kHz. High-frequency current pulses lead to mechanical vibration of the battery, which intensifies electrochemical processes, improves the access of the electrolyte to the active mass of electrodes, and improves the conditions for the movement of gases for the recombination process. Thanks to the discharge pulses, coarse crystal structures on the surfaces of the battery elements are crushed, which contributes to the occurrence of mechanical vibrations in the battery. (Patent of the Russian Federation

Мо 2226019).Mo 2226019).

Недоліками відомих технічних рішень є можливість заряду тільки акумуляторних батарей зі свинцевими пластинами, неможливість контролювати температурний режим акумулятора під час зарядки, що не дозволяє вибрати оптимальну напругу заряду. Відновлення акумуляторних батарей у відомих технічних рішеннях або відсутнє, або дозволяє відновлювати батареї з втратою початкової ємності. Також відомі технічні рішення мають вузьку область використання і працюють тільки в режимах відновлення та заряду батареї, при цьому до них неможливо підключити споживачів енергії та використовувати їх як блок безперебійного живлення.The disadvantages of known technical solutions are the possibility of charging only rechargeable batteries with lead plates, the inability to control the temperature of the battery during charging, which does not allow choosing the optimal charging voltage. Recovery of batteries in known technical solutions is either absent, or allows recovery of batteries with a loss of initial capacity. Also, known technical solutions have a narrow field of use and work only in recovery and battery charging modes, while it is impossible to connect energy consumers to them and use them as an uninterruptible power supply unit.

Поставлено задачу вдосконалити спосіб заряду та відновлення акумуляторних батарей, розширити типи батарей, що заряджаються за способом, що заявляться (не тільки батареї зі свинцевими пластинами), розробити пристрій для реалізації способу з підтримкою функції блока безперебійного живлення.The task is to improve the method of charging and restoring storage batteries, to expand the types of batteries charged according to the method that will be announced (not only batteries with lead plates), to develop a device for implementing the method with support for the function of the uninterruptible power supply unit.

Поставлена задача вирішується таким чином.The task is solved as follows.

Спосіб імпульсного заряду і десульфатації (відновлення) акумулятора асиметричним імпульсним струмом з чергуванням зарядного та розрядного імпульсів, збудженням в акумуляторі механічних коливань відповідно до винаходу на акумулятор подають імпульс заряду, тривалість якого становить 1-2 с, після чого подають імпульс розряду з тривалістю 0,1- 0,35 с, при цьому періодичність імпульсів заряд/розряд складає 1,1-2,3 с, величина струму заряду, який подається, дорівнює 0,1 С від номінальної ємності акумулятора, а величина струму розряду становить 0,01 С від номінальної ємності акумулятора. При цьому величини струму заряду і струму розряду залежать від ступеня зарядженості (напруги) акумулятора.The method of pulse charging and desulfation (restoration) of the battery by asymmetric pulse current with alternating charge and discharge pulses, excitation of mechanical vibrations in the battery according to the invention, a charge pulse is applied to the battery, the duration of which is 1-2 s, after which a discharge pulse is applied with a duration of 0, 1- 0.35 s, while the periodicity of charge/discharge pulses is 1.1-2.3 s, the value of the supplied charge current is equal to 0.1 C of the nominal capacity of the battery, and the value of the discharge current is 0.01 C from the nominal capacity of the battery. At the same time, the values of the charge current and the discharge current depend on the degree of charge (voltage) of the battery.

Пристрій для реалізації способу імпульсного заряду і відновлення акумулятора складається з генератора імпульсів (центрального процесора), ланцюга заряду, ланцюга розряду, імпульсного зворотноходового блока живлення, інформаційних виходів, системи індикації, компенсатора навантаження на акумуляторі, ланцюга захисту акумулятора, має систему термостабілізації напруги заряду (зовнішнім терморезистором для контролю температури акумуляторної батареї), при цьому всі компоненти пристрою являють собою керуючу плату, яка поміщена в корпус.The device for implementing the method of pulse charging and battery recovery consists of a pulse generator (central processor), a charge circuit, a discharge circuit, a pulse reversing power supply unit, information outputs, an indication system, a battery load compensator, a battery protection circuit, and has a charge voltage thermal stabilization system ( an external thermistor to control the temperature of the battery), while all the components of the device are a control board that is placed in the case.

Технічний результат.Technical result.

Використання способу і пристрою, що заявляється, дозволяє заряджати акумулятори різного типу та конструкції, відновлювати працездатність акумулятора практично до рівня нової акумуляторної батареї. Спосіб, що заявляється, більш ефективний і економічний, за рахунок більш досконалої генерації імпульсів заряду і розряду, також під час заряду є можливість 60 контролю температури акумулятора, завдяки чому можна коригувати режим заряду. Невеликі габарити пристрою, що заявляється, дозволяють здійснювати заряд або відновлення акумуляторних батарей, не демонтуючи їх з місця установки. Також пристрій можна використовувати як зарядний пристрій або як безперебійний блок живлення, застосовуючи дану схему в різних системах, таких як охоронні системи, системи відеоспостереження та інших, де потрібна постійна подача живлення.The use of the claimed method and device allows you to charge batteries of various types and designs, to restore the performance of the battery almost to the level of a new battery. The claimed method is more efficient and economical, due to more perfect generation of charge and discharge pulses, also during charging there is a possibility of controlling the temperature of the battery, thanks to which it is possible to adjust the charge mode. The small size of the claimed device allows you to charge or restore the batteries without removing them from the place of installation. Also, the device can be used as a charger or as an uninterruptible power supply, applying this circuit in various systems, such as security systems, video surveillance systems, and others where a constant power supply is required.

Винахід пояснюється графічним зображенням.The invention is explained graphically.

На фігурі зображено схему пристрою. 1 - імпульсний зворотноходовий блок живлення. 2 - генератор імпульсів (центральний процесор).The figure shows the diagram of the device. 1 - pulse reversing power supply unit. 2 - pulse generator (central processor).

З - ланцюг заряду. 4 - ланцюг розряду. 5 - компенсатор навантаження в акумуляторі. б - ланцюг захисту акумулятора. 7 - інформаційні виходи. 8 - система індикації.C - charge chain. 4 - discharge circuit. 5 - load compensator in the battery. b - battery protection circuit. 7 - information outputs. 8 - display system.

Принцип роботи способу, пристрою імпульсного заряду та відновлення акумулятора.The principle of operation of the method, the device of pulse charging and battery recovery.

Заряд акумулятора здійснюється наступним чином: пристрій підключають до мережі перемінного струму 110-220 В без додаткового навантаження, після чого до пристрою підключають клеми акумулятора. Через струмообмежувальний транзистор на клеми акумулятора подається напруга 14,1 В (для 24 В-х схем - 28,2 В) протягом 1-2 с, в ланцюгу заряду формується імпульс заряду, після імпульсу заряду струмообмежувальний транзистор відключається і акумулятор автоматично підключається на 0,1-0,3 с до ланцюга розряду, який формує імпульс розряду. Струм заряду дорівнює 0,1 С від номінальної ємності акумулятора, струм розряду дорівнює 0,01 С від номінальної ємності акумулятора. Час заряду залежить від ступеня розрядження акумулятора.The battery is charged as follows: the device is connected to an AC network of 110-220 V without additional load, after which the battery terminals are connected to the device. Through the current-limiting transistor, a voltage of 14.1 V is applied to the battery terminals (for 24 V circuits - 28.2 V) for 1-2 s, a charge pulse is formed in the charge circuit, after the charge pulse, the current-limiting transistor is turned off and the battery is automatically connected to 0 ,1-0.3 s to the discharge circuit, which forms a discharge pulse. The charge current is equal to 0.1 C of the nominal capacity of the battery, the discharge current is equal to 0.01 C of the nominal capacity of the battery. The charging time depends on the degree of discharge of the battery.

Для десульфатації (відновлення) акумулятор підключають до пристрою без навантаження та підключають пристрій до мережі перемінного струму 110-220 В. Вмикається вбудований генератор імпульсів заряду/розряду. На підключений до пристрою акумулятор послідовно подаються імпульси заряду з силою струму 0,1 С від номінальної ємності акумулятора (10 95 відFor desulfation (restoration), the battery is connected to the device without load and the device is connected to an alternating current network of 110-220 V. The built-in charge/discharge pulse generator is turned on. Charge pulses with a current of 0.1 C from the nominal capacity of the battery (10 95 from

Зо ємності, для акумулятора 7А/ч - сила струму дорівнює 0,5-0,7 А), тривалістю 1-2 сек., після закінчення імпульсу заряду акумулятор підключається до резистивного навантаження з силою струму 0.01С від номінальної ємності акумулятора (195 від ємності акумулятора, для акумулятора 7А/ч - сила струму дорівнює 0,07А) та тривалістю 0,1-0,35 сек. Залежно від ступеня сульфатації пластин та ємності акумулятора процес відновлення ємності батареї (десульфатації) може відбуватися від 24 годин до тижня. Десульфатація пластин акумулятора здійснюється в постійному режимі при наявності на вході пристрою перемінного струму 110-220of capacity, for a 7A/h battery - the current strength is 0.5-0.7 A), lasting 1-2 seconds, after the end of the charge pulse, the battery is connected to a resistive load with a current strength of 0.01C from the nominal battery capacity (195 battery capacity, for a 7A/h battery - the current is 0.07A) and lasts 0.1-0.35 seconds. Depending on the degree of sulfation of the plates and the capacity of the battery, the process of restoring the battery capacity (desulfation) can take from 24 hours to a week. Desulfation of the battery plates is carried out in a constant mode when there is an alternating current of 110-220 at the input of the device

В та підключенні його до пристрою акумулятора. Відновленню не підлягають акумулятори з закороченими банками або з обривом у внутрішньому ланцюзі.In and connecting it to the battery device. Batteries with shorted banks or an open circuit in the internal circuit are not subject to recovery.

При використанні пристрою як безперебійного блока живлення.When using the device as an uninterruptible power supply unit.

Пристрій підключають до мережі перемінного струму 110-220 В, потім до пристрою підключається джерело навантаження. Підключення акумуляторної батареї відбувається після подачі перемінного струму на вхід пристрою. При роботі від мережі 110-220 В пристрій автоматично заряджає акумуляторну батарею до 13,8 В / 27,6 В, після закінчення заряду струм, що споживає акумулятор, знижується до 20-100 мА в залежності від типу та ємності батареї. У разі короткого замикання банок акумулятора або зменшення напруги батареї (через внутрішню несправність) нижче 9 В, переполюсування при підключенні батареї або короткого замикання між контактами кабелю акумуляторної батареї, така батарея до пристрою не підключається, пристрій переходить у режим захисту ланцюга заряду від перевантаження з автоматичним відновленням заряду, після усунення несправності - у разі аварії, червоний світлодіод включається із прогальністю 0,5. Для запуску пристрою без наявності мережі 110-220 В (від акумуляторної батареї) короткочасно натискається кнопка 5МУ1. Пристрій не запускається, якщо контакти батареї підключено невірно (переполюсування), якщо напруга акумуляторної батареї нижче 10,6 В / 21,2 В, якщо струм на навантаження вище номінального струму, зазначеного у даному описі. Акумуляторна батарея автоматично відключається від навантаження (при роботі без мережі 110-220 В), якщо напруга опускається нижче 10,0-10,6 В/20,8-21,2 В. Заряд акумуляторної батареї здійснюється автоматично при відновленні живлення від мережі 110-220The device is connected to the 110-220 V alternating current network, then the load source is connected to the device. The battery is connected after applying alternating current to the input of the device. When working from a 110-220 V network, the device automatically charges the battery to 13.8 V / 27.6 V, after the end of the charge, the current consumed by the battery decreases to 20-100 mA, depending on the type and capacity of the battery. In the event of a short-circuit of the battery banks or a decrease in the battery voltage (due to an internal fault) below 9 V, a reversal of polarity when connecting the battery or a short circuit between the contacts of the battery cable, such a battery is not connected to the device, the device switches to the charging circuit protection mode from overload with automatic by restoring the charge, after eliminating the malfunction - in the event of an accident, the red LED turns on with a delay of 0.5. To start the device without a 110-220 V network (from the battery), press the 5MU1 button for a short time. The device does not start if the battery contacts are connected incorrectly (reverse polarity), if the battery voltage is below 10.6 V / 21.2 V, if the load current is higher than the rated current specified in this description. The battery is automatically disconnected from the load (when working without a 110-220 V network) if the voltage drops below 10.0-10.6 V/20.8-21.2 V. The battery is charged automatically when the power is restored from the 110 V network -220

В. Вбудована схема термостабілізації напруги заряду дозволяє контролювати напругу заряду в залежності від температури корпусу акумуляторної батареї. Для цього закріпляється зовнішній терморезистор на корпусі акумуляторної батареї з бічної або нижньої сторони. Неправильне 60 встановлення терморезистора (біля нагрівальних елементів або поблизу радіаторів блока живлення) призводить до значного зниження напруги заряду акумуляторної батареї. Індикація напруги на акумуляторні батареї відбувається червоним світлодіодом. Блоки живлення повністю автоматизовані і не потребують обслуговування.B. The built-in thermostabilization circuit of the charge voltage allows you to control the charge voltage depending on the temperature of the battery case. For this, an external thermistor is attached to the battery case from the side or bottom. Incorrect 60 installation of the thermistor (near the heating elements or near the radiators of the power supply unit) leads to a significant decrease in the battery charge voltage. Battery voltage is indicated by a red LED. The power supply units are fully automated and do not require maintenance.

Наведені показники сили струму вказані як приклад та не обмежують винахід.The indicated current strength indicators are given as an example and do not limit the invention.

Claims

FORMULA OF THE INVENTION

1. The method of pulse charging and desulfation (restoration) of the battery by asymmetric pulsed current with alternating charging and discharging pulses, excitation of mechanical vibrations in the battery, which differs in that a charge pulse is applied to the battery, the duration of which is 1-2 s, after which the pulse is applied discharge with a duration of 0.1-0.35 s, while the periodicity of charge/discharge pulses is 1.1-2.3 s, the value of the supplied charge current is equal to 0.1 C of the nominal capacity of the battery, and the value of the discharge current is 0.01 C from the nominal capacity of the battery.

2. A device for implementing the method of pulse charging and battery recovery according to claim 1, consisting of a pulse generator (central processor), a charge circuit, a discharge circuit, a pulse reversing power supply unit, information outputs, an indication system, a battery load compensator, a battery protection circuit , has a system of thermal stabilization of the charge voltage (an external thermistor to control the temperature of the battery), while all the components of the device are a control board that is placed in the case. and ! and rennia Sh b rt od V