Способ ускоренного формирования емкости закрытых никель-кадмиевых аккумуляторов при помощи заряда асимметричным током

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к способам формирования емкости химических источников тока. Сущность изобретения: заряд аккумуляторов ведут разнополярными импульсами тока со стабилизированными амплитудами разрядного и зарядного импульсов при соотношении амплитуд разрядного и зарядного импульсов 3÷4, при длительности зарядного импульса 200÷240 мс и разрядного импульса 10÷20 мс с паузами между ними 0÷2 мс, амплитуды зарядного импульса численно равны 0,2÷0,8 от минальной емкости, процесс заряда на первых циклах формирования емкости прекращают при сообщении аккумулятору 250÷500% номинальной емкости, процесс заряда на последующих циклах формирования емкости прекращают при сообщении аккумулятору 120÷250% номинальной емкости, причем процесс заряда на первом цикле формирования емкости прерывают при сообщении аккумулятору 100% номинальной емкости и производят смену электролита, после чего заряд продолжают. Технический результат: существенное сокращение числа заряд-разрядных циклов формирования емкости закрытых никель-кадмиевых аккумуляторов и аккумуляторных батарей.

 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способам формирования емкости химических источников тока, и может быть использовано для формирования емкости закрытых никель-кадмиевых аккумуляторов и аккумуляторных батарей перед вводом в эксплуатацию при изготовлении.

Известен способ ускоренного формирования и восстановления емкости закрытых никель-кадмиевых аккумуляторных батарей при помощи заряда асимметричным током [патент РФ №2313864, H01M 10/44, H02J 7/10, 2007], в котором с целью сокращения времени формирования и восстановления емкости никель-кадмиевых батарей формирование и восстановление емкости проводят, заряжая аккумуляторные батареи асимметричным током с чередованием зарядного и разрядного импульсов, заключающийся в проведении заряда разнополярными импульсами тока со стабилизированными амплитудами разрядного и зарядного импульсов 3÷4, при длительности зарядного импульса 220÷20 мс и разрядного импульса 15÷5 мс с паузами между ними 0÷2 мс. Амплитуды зарядного импульса численно равны 0,2÷0,6 от номинальной емкости. Процесс заряда прекращают при сообщении аккумулятору 120÷150% номинальной емкости, что прерывает основной процесс преобразования активной массы электродов. Это приводит к снижению прироста разрядной емкости от цикла к циклу, и как следствие, к увеличению числа зарядно-разрядных циклов, необходимых для набора номинальной емкости, т.е. увеличивается общее время формирования и восстановления емкости.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату является способ ускоренного формирования емкости закрытых никель-кадмиевых аккумуляторов [заявка на изобретение №2009112766/09, H01M 10/44, 2010], в котором заряд аккумулятора проводят асимметричным импульсным током с чередованием зарядного и разрядного импульсов, заключающийся в проведении заряда разнополярными импульсами тока со стабилизированными амплитудами разрядного и зарядного импульсов при соотношении амплитуд разрядного и зарядного импульсов 3÷4, при длительности зарядного импульса 200÷240 мс и разрядного импульса 10÷20 мс с паузами между ними 0÷2 мс, амплитуды зарядного импульса численно равны 0,2÷0,8 от номинальной емкости, процесс заряда на первых циклах формирования и восстановления емкости прекращают при сообщении аккумулятору 250÷500% номинальной емкости, процесс заряда на последующих циклах прекращают при сообщении аккумулятору 120÷250% номинальной емкости. Недостатком данного способа является отсутствие возможности замены электролита во время проведения первого цикла формирования емкости. Заряд первого цикла проводится с применением электролита, использующегося для пропитки аккумуляторов после изготовления. Однако плотность электролита, используемого для пропитки аккумуляторов после изготовления, ниже плотности электролита, применяемого во время формирования емкости. Это приводит к снижению прироста разрядной емкости от цикла к циклу. И, как следствие - к увеличению числа зарядно-разрядных циклов, необходимых для набора номинальной емкости, т.е. увеличивается общее время формирования и восстановления емкости.

Задачей заявленного изобретения является сокращение общего времени формирования емкости закрытых никель-кадмиевых аккумуляторов и аккумуляторных батарей.

Поставленная задача решается тем, что в известный способ ускоренного формирования емкости закрытых никель-кадмиевых аккумуляторов и аккумуляторных батарей при помощи заряда асимметричным током с чередованием зарядного и разрядного импульсов, заключающийся в проведении заряда аккумулятора разнополярными импульсами тока со стабилизированными амплитудами разрядного и зарядного импульсов при отношении амплитуд разрядного и зарядного импульсов 3÷4, при длительности зарядного импульса 200÷240 мс и разрядного импульса 10÷20 мс с паузами между ними 0÷2 мс, амплитуды зарядного импульса численно равны 0,2÷0,8 от номинальной емкости, процесс заряда на первых циклах формирования емкости прекращают при сообщении аккумулятору 250÷500% номинальной емкости, процесс заряда на последующих циклах прекращают при сообщении аккумулятору 120÷250% номинальной емкости, введены новые признаки: процесс заряда на первом цикле формирования емкости прерывают при сообщении аккумулятору 100% номинальной емкости и производят смену электролита, после чего заряд продолжают.

В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая получение технического результата - сокращение числа зарядно-разрядных циклов во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Сопоставительный анализ заявленного решения с прототипом показывает, что заявленный способ отличается от известного тем, что процесс заряда на первом цикле формирования и восстановления емкости прерывают при сообщении аккумулятору 100% номинальной емкости и производят смену электролита. Это дает возможность вести заряд первого цикла закрытых никель-кадмиевых аккумуляторов с применением электролита заданной плотности. Кроме этого смена электролита в условиях активного газовыделения, имеющего место при сообщении 100% номинальной емкости, способствует лучшей пропитке активной массы электродов, что создает эффект увеличения прироста разрядной емкости от цикла к циклу, вследствие чего число зарядно-разрядных циклов, необходимых для набора аккумулятором и аккумуляторными батареями номинальной емкости сокращается. Введение новых признаков позволяет получить эффект, который предусмотрен в задаче, а именно: сократить общее время, необходимое для набора аккумулятором номинальной емкости за счет сокращения числа зарядно-разрядных циклов.

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной области техники.

За счет реализации совокупности признаков, указанных в предложенном техническом решении, обеспечивается сокращение общего времени формирования емкости закрытых никель-кадмиевых аккумуляторов и аккумуляторных батарей.

Примеры.

Заявленный способ ускоренного формирования емкости закрытых никель-кадмиевых аккумуляторов и аккумуляторных батарей при помощи заряда асимметричным током проверяли на четырех группах аккумуляторов (по три аккумулятора в каждой группе) номинальной емкостью 20 А·ч при формировании свежеизготовленных аккумуляторов - группа один (аккумуляторы №1, 2 и 3) и группа два (аккумуляторы №4, 5 и 6); при восстановлении емкости аккумуляторов после длительного хранения - группа три (аккумуляторы №7, 8 и 9) и группа четыре (аккумуляторы №10, 11 и 12).

Формирование емкости первой группы аккумуляторов в количестве трех штук (№1, 2, 3) проводили при помощи заряда асимметричным током с чередованием зарядного и разрядного импульсов со средним значением 10 А при соотношении амплитуд разрядного и зарядного импульсов 3,3, с амплитудой зарядного импульса, численно равной 0,75 от номинальной емкости, при длительности зарядного импульса 220 мс, длительности разрядного импульса 15 мс, с паузой между ними 2 мс. Процесс заряда на первом цикле формирования прерывали после сообщения аккумулятору 100% номинальной емкости и проводили смену электролита, плотность электролита 1,20 г/см³. После чего процесс заряда продолжали до сообщения аккумулятору 450% номинальной емкости. Процесс заряда на последующих циклах формирования емкости прекращали при сообщении аккумулятору 200% номинальной емкости. Разряд аккумуляторов проводили постоянным током 10 А до конечного напряжения 1 В. Результаты формирования емкости первой группы аккумуляторов представлены в таблице 1.

Таблица 1
Результаты формирования емкости аккумуляторов №1, 2, 3
№ цикла	Заряд	Разряд
	Ток, А	Сзаряда, А·ч	Ток, А	Сразряда, А·ч
№1	№2	№3	Сср
1	10	20+70	10	16,24	17,57	16,81	17,82
2	10	40	10	19,32	21,38	20,40	21,17

Формирование емкости второй группы аккумуляторов в количестве трех штук (№4, 5, 6) проводили при помощи заряда асимметричным током с чередованием зарядного и разрядного импульсов со средним значением 10 А при соотношении амплитуд разрядного и зарядного импульсов 3,3, с амплитудой зарядного импульса, численно равной 0,75 от номинальной емкости, при длительности зарядного импульса 220 мс, длительности разрядного импульса 15 мс, с паузой между ними 2 мс. Процесс заряда на первом цикле формирования прекращали при сообщении аккумулятору 450% номинальной емкости. Процесс заряда на последующих циклах формирования емкости прекращали при сообщении аккумулятору 200% номинальной емкости. Разряд аккумуляторов проводили постоянным током 10 А до конечного напряжения 1 В. Результаты формирования емкости второй группы аккумуляторов представлены в таблице 2.

Таблица 2
Результаты формирования емкости аккумуляторов №4, 5, 6
№ цикла	Заряд	Разряд
	Ток, А	Сзаряда, А·ч	Ток, А	Сразряд, А·ч
№4	№5	№6	Сср
1	10	90	10	13,20	14,27	13,92	18,80
2	10	40	10	17,51	16,69	18,03	17,41
3	10	40	10	19,51	21,75	20,01	20,42

Сравнение результатов эксперимента показывает преимущество заявленного способа формирования емкости отдельных аккумуляторов и аккумуляторных батарей, выраженное в полуторакратном сокращении числа зарядно-разрядных циклов формирования по сравнению со способом-прототипом.

Способ ускоренного формирования емкости закрытых никель-кадмиевых аккумуляторов при помощи заряда асимметричным током с чередованием зарядного и разрядного импульсов, заключающийся в проведении заряда разнополярными импульсами тока со стабилизированными амплитудами разрядного и зарядного импульсов при соотношении амплитуд разрядного и зарядного импульсов 3÷4, при длительности зарядного импульса 200÷240 мс и разрядного импульса 10÷20 мс с паузами между ними 0÷2 мс, амплитуды зарядного импульса численно равны 0,2÷0,8 от номинальной емкости, процесс заряда на первых циклах формирования и восстановления емкости прекращают при сообщении аккумулятору 250÷500% номинальной емкости, процесс заряда на последующих циклах формирования и восстановления емкости прекращают при сообщении аккумулятору 120÷250% номинальной емкости, отличающийся тем, что процесс заряда на первом цикле формирования емкости прерывают при сообщении аккумулятору 100% номинальной емкости и производят смену электролита, после чего заряд продолжают.