Способ заряда батареи никель-кадмиевых герметичных аккумуляторов

Способ заряда батареи никель-кадмиевых герметичных аккумуляторов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советския

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ТЕЛЬСТВУ

<п775795 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) 3аявлено 11.10.78 (21) 2673419/24-07 (51)М. Кл.з

H 01 M 10/44 с присоединением заявки М—

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано301080. Бюллетень ¹40

Дата опубликования описания 03. 11. 80 (53) УДК 621 355..16 (088.8) (72) Авторы изобретения

A Г. Козлов, В. В. Коротких, О. N. Репин, В. В. Теньковцев, Г. Д. Эвенов и Б. Т. Сига (71) Заявитель (54) СПОСОБ ЗАРЯДА БАТАРЕИ НИКЕЛЬ-КАДМИЕВЫХ

ГЕРМЕТИЧНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ

Изобретение относится к области .электротехники, в частности к способам заряда батареи кадмий-никелевых герметичных аккумуляторов с комбинированным блоком электродов(КНГК)и дополнительным кислородным электродом.

Широкое распространение в промышленности, в автономных источниках питания нашли аккумуляторные батареи на основе герметичных кадмий-никелевых аккумуляторов с комбинированным блоком электродов(КНГК),обладающие более высокими удельными электрическими характеристиками по сравнению 15 с кадмий-никелевыми герметичными (КНГ) аккумуляторами.

Обычно, с целью снижения давления в герметичном аккумуляторе, в нем размещается дополнительный электрод 20 из активированного угля, замкнутый накоротко с отрицательным электродом.

Таким образом, внутри аккумулятора образуется коротко-замкнутая гальваническая пара уголь-кадмий, работающая за счет поглощения кислорода из газовой фазы углем и электрического окисления кадмия. Указанный процесс протекает со значительной скоростью и резко снижает давление, развиваю- 30 щееся при заряде внутри герметичного аккумулятора.

Известные способы заряда применительно к аккумуляторным батареям этого типа не обеспечивают высоких емкостных характеристик при длительной эксплуатации в буферном режиме.

Известен способ заряда герметичных аккумуляторов по конечному давлению внутри аккумулятора (1) .

Однако использование упомянутого способа для заряда аккумуляторов

КНГК при интенсивном циклировании приводит к наличию постоянного кислородного давления в аккумуляторах

Наличие этого давления ведет к возникновению неравномерности и заряженности отдельных участков электродов, что связано с технической невозможностью обеспечения равномерной скорости процесса поглощения по всей поверхности пластин. Неравномерность уровня заряженности различных участков исключает возможность полного заряда электрода, ведет к росту внутреннего сопротивления и потере емкости в процессе эксплуатации.

Известен способ автоматического заряда герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов по заданному конечному

775795 напряжению, контролируемому термозависимым датчиком напряжения, который обеспечивает заряд при отсутствии кислорода в газовой фазе(2 .

Однако, как показали результаты эксплуатации батареи по этому способу, длителный недозаряд приводит к росту внутреннего сопротивления аккумуляторов и, как следствие, к снижению емкости. B связи с этим способ заряда усовершенствован. С целью увеличения срока службы и повышения емкости аккумулятора КНГ ему после срабатывания датчика предельного напряжения сообщают дополнительную емкость (3). Переход на заряд дополнительной емкостью производят после 15 снижения емкости до 50-603 от номинальной. Однако применительно к аккумуляторам КНГК сообщение дополнительной емкости приводит к возникновению в аккумуляторах постоянного 2О кислородного давления. Наличие этого давления связано с возникновением неравномерности в заряженности отдельных участков электродов и, следовательно, невозможностью обеспечения равномерной скорости поглощения кислорода по всей поверхности пластин, что, в свою очередь, исключает возможность полного заряда электрода и ведет к росту внутреннего сопротивления„ к потере емкости в процессе эксплуатации.

Целью изобретения является повышение емкости батарей на базе аккумуляторов КНГК при длительной эксплуатации в буферном режиме. Поставленная цель достигается тем, что заряд батареи КНГК производят последовательностью поямоугольных импул:ьсов напряжении частотой 1-12 кГц, а амплитудой и длительностью соответствующих среднему зарядному току 0,10,15 от номинальной емкости, при достижении напряжения батареи, соответствуощего в среднем 1,43-1,45 B на каждый аккумулятор, и заряду батареи на величину номинальной емкости производят дополнительный заряд последовательностью импульсов, соответствующих среднему току 0,003-0,009 от номинальной емкости батареи. На фиг. 1 представлена зарядная характеристика аккумулятора; на фиг.

2,а,б — соответственно блок-схема устройства для реализации способа и его характеристика.

Экспериментально доказано, что при заряде батареи из КНГК аккумуляторов токами до 0,15 от номинальной емкости при нормальных температурных условиях кислорода газовыделение отсутствует вплоть до сообщения <аккумулятору 100Ъ номинальной емкости.

При этом зарядное напряжение аккумуляторов не превышает 1,43-1,45 В.

Превышение этого напряжения связано с началом газовыделения.

Чтобы избежать этого предлагается проводить заряд последовательностью прямоугольных импульсов напряжения постоянной амплитуды с периодом следования Т. Начальная длительность

<импульсов(или скважность)выбирается таким образом, что при напряжении аккумуляторов в батарее в среднем меньшем 1,43-1,45 В средний ток заря,qa не превышает 0,15 от номинальной емкости. Под средней величиной зарядного тока понимается среднее за период следования импульсов Т значение зарядного тока.

При приближении напряжения аккумулятора к значению 1,43 — 1,45 В, что соответствует сообщению ему практически номинальной емкости, длительность зарядных импульсов начинает сокраща- " ться(увеличивается скважность импульсов), при этом уменьшается средняя величина зарядного тока, При достижении напряжением аккумуляторов величины 1,43-1,45 В длительность зарядных импульсов устанавливается такой величины, что дополнительнач емкость аккумулятору(более 100Ъ С„ )сообщается импульсами меньшей длительности, соответствующими среднему зарядному току 0,003-0,009 от номинальной емкости.

В этом случае в течение зарядного импульса напряжение аккумулятора может превышать установленные 1,431,45 В и, как следствие, в аккумуляторе будет иметь место кислородное газовыделение. Однако благодаря тому, что вслед за зарядным импульсом следует интервал времени, в течение которого заряд не производится, на дополнительном кислородном электроде происходит интенсивное газопс лощение.

При длительности зарядных импульсов, соответствующих среднему току

0,003-0,009 С „ достигается динамическое равновесие между скоростью поглощения кислорода на дополнительном кислородном электроде и объемом кислорода, выделенного во время зарядного импульса. Экспериментально установлено, что оптимальные условия для возникновения динамического равновесия без существенного увеличения времени заряда соответствуют частоте следования импульсов 1-12 кГц.

Принципиальное отличие предлагаеого способа от известных заключается в том, что он позволяет эксплуатировать батареи из КНГК ак1<умуляторов при максимальном уровне заряженности при отсутствии постоянного кислородного давления.

Это позволяет значительно повысит емкость герметичных аккумуляторов при длительном сроке службы(2-3 года), Описанный способ заряда батареи из КНГК аккумуляторов последователь775795. ностью прямоугольных импульсов с ре- гулируемой в зависимости от напряжения батареи скважност96о импульсов реализуется транзисторным преобразователем — стабилизатором постоянного напряжения вольтодобавочного типа с двумя обратными связями по управлению: току заряда и напряжению батареи (cM.фиг.2,a).

В данном преобразователе часть зарядной мощности поступает непосредственно от источника входного напряжения. Добавочная мощность поступает от транзисторного преобразователя и регулируется схемой широтноимпульсной модуляции, состоящей из задающего 1 и ведомого 2 генераторов. 15

На выходе усилителя мощности 3 действует биполярное напряжение с интервалом между полупериодами, которое после выпрямителя 4 имеет вид последовательности прямоугольных им- 26 пульсов с периодом Т. Скважность импульсов определяется суммарным сопротивлением делителя 5 обратнои связи, которое -зависит от сигналов обратных связей по току и напряжению батарей.

На первом этапе заряда, когда напряжение батареи меньше 1,.43-1,45 В (из расчета на один аккумулятор)сопротивление делителя обратной связи определяется только сбратной связью по току заряда. При этом длительность (или скважность) импульсов устанавливается такой величины, чтобы средний ток заряда не превышал

0,15 С„о . При приближении напряже- 35 ния батареи к 1,43-1,45 В на сопротивление целителя обратной связи начинает оказывать влияние обратная связь по напряжению батареи. При этом скважность импульсов устанавливается 4О постепенно (по мере приближения к установленной величине напряжения батареи) такой величины,-чтобы средний ток заряда не превышал 0,0030,009 Сном °

На фиг. 2,б представлена практическая характеристика преобразователя, реализованного по блок-схеме на фиг, 2,а, при заряде батареи 23КНГК-90СА (частота следования импульсов 10 кГц, о амплитуда импульсов 37,5 В)

На фиг. 1 приведена зарядная характеристика I аккумулятора КНГК-90СА при нормальных температурных условиях и гладком токе заряда 10А. Под заряд- 55 ной кривой в координатах емкость-давление размещены кривые роста давления внутри аккумуляторов в случае заряда постоянным током II и импульсным током III реализованным преобразователем с двумя обратными связями по току 60 и напряжению(фиг.2,а).

Серия импульсов зарядного тока

1Ч иллюстрирует изменение длительности "мпульсов в зависимости от напряжения аккумулятора с целью получения 65 динамического равновесия между IIpogeccaav газовыделения и гаэопоглощения.

Сревнительные экспериментальные данные по эффективности заряда предлагаемым способом и зарядом постоянным током по конечному давлению показали, что эффективные емкости аккумуляторов при разряде одинаковы, однако разрядная емкость, полученная от аккумуляторов, заряженных по новому способу, не связана с наличием в аккумуляторах кислородного давления.

С учетом этого предлагаемый способ заряда обеспечивает длительную эксплуатацию аккумуляторов КНГК с сохранением разрядной емкости на высоком уровне.

Использование предлагаемого способа заряда аккумуляторных батарей на основе аккумуляторов КНГК обеспечивает отсутствие кислорода в газовой фазе при уровнях заряженности, соответствующих заряду по конечному давлению, высокое значение разрядной емкости на всем протяжении эксплуатации батареи, увеличение срока эксплуатации, расширение области применения аккумуляторов KHI K, особенно в автономных источниках питания.

Формула изобретения

Способ заряда батареи никель-кадмиевых герметичных аккумуляторов с дополнительным кислородным электродом, заключающийся в заряде батареи до заданного конечного зарядного напряжения с последующим сообщением батарее дополнительной емкости, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения емкости и срока службы батареи, сначала заряд батереи производят последовательностью прямоугольных импульсов напряжения частотой

1-12 кГц, а амплитудой и длительностью, соответствующих величине среднего зарядного тока в пределах 0,10,15 от номинальной емкости батареи, затем при достижении среднего значения напряжения величины 1,43-1,45 В из расчета на каждый аккумулятор,батарее сообщают дополнительную емкость путем заряда ее последовательностью импульсов тока, соответствующих величине среднего зарядного тока в пределах 0,003-0,009 от номинальной емкости батареи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 160211, кл. H 01 М 10/4Â, 1963.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 260714, кл. Н 01 М 10/44, 196В.

3. Авторское свидетельство СССР

У 532918, кл. Н 01 М 10/44, 1975.

1,97

1,Ч8

139

ЕНКОстЬ, Z0 SO г0 егг уесп Ае нач . 7д

0,008-00Ю

Сиен

Ж

07иг. 1

Риг. 80 зч яз зг

4 31

0 2 г Ю 8 10 12 1Ф 10 1В 80 N1е

Врегю заряда, v

Диг. М

Составитель И. Найдина

Редактор В. Левятов Техред T.Ìàòî÷êà Корректор Ю. Макаренко

Заказ 7776/65 Тираж 844 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауыская наб., д. 4/5

Филиал ППП"Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4