Способ заряда никель-кадмиевого аккумулятора и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к технологии заряда никель-кадмиевых аккумуляторов. Цель изобретения - повысить скорость заряда никель-кадмиевых аккумуляторов и исключить газовыделение. Аккумулятор заряжают асимметричным током, при этом длительность зарядного импульса выбирают равной такой, при которой среднее значение напряжения на аккумуляторе за период становится равным 0,95 - 0,98 от напряжения газовыделения, которое рассчитывают по формуле U<SB POS="POST">г</SB> = 1,73-0,0025 T, где Т - температура электролита, °С. Длительность импульсов разрядного тока устанавливают равной времени уменьшения напряжения на аккумуляторе от уровня, которого это напряжение достигает в конце предшествовавшего импульса зарядного тока, до уровня 1,6 В. Амплитуды импульсов зарядного и разрядного токов выбирают равными току получасового и десятичасового разрядов аккумулятора соответственно. Заряд ведут до тех пор, пока монотонно возрастающая в ходе заряда длительность импульсов разрядного тока не станет равной 2 с. Устройство для реализации способа содержит силовую часть и систему управления. Силовая часть содержит два ключа, с помощью которых аккумулятор подключается к заряжаемому источнику тока или к нагрузке. Система управления осуществляет требуемый для реализации предложенного способа закон переключения ключей. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4636603/24-07 (22) 13. 01. 89 (46) 07, 12.90. Бюл. Р 45 (72) В.Л.Гераськов и А.В.Дуденко, (53) 621, 355. 163 (088, 8)

: (56) Багоцкий В.С. и др. Химические

:источники тока. M.: Энергоиздат, 1981 с. 137, 149.

Патент США Р 4413221, .кл. G 01 R 3i/36, 1983. (54) СПОСОБ ЗАРЯДА НИКЕЛЬ-КАДМИЕВОГО

АККУМУЛЯТОРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ .ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к электро технике, в частности к технологии заряда никель-кадмиевых аккумуляторов.

Цель изобретения — повысить скорость заряда никель-кадмиевых аккумуляторов и исключить газовыделение. Аккумулятор заряжают асимметричным током, при этом длительность зарядного импульса выбирают равной: такой,, при которой среднее значение напряжения на аккумуляторе за период становится равным 0,95- 0,98 от напряжения газоИзобретение относится к электротехнике и касается воспроса накопления электрической энергии с помощью злектрохимических аккумуляторов.

Цель изобретения — ускорение заря да аккумулятора, предотвращение газовыделения и повышение эффективности процесса.

На фиг.1 дана схема реализации способа; на фиг.2 — схема устройства . для реализации способа °

„„SU„„1612344 A 1 (51)5 H 01 М 10/48, Н 02 J 7/00, С 01 R 31/36

2 выделения, которое рассчитывают по формуле U 1,73-0,0025 Т, где Т . температура электролита, С. Длительность импульсов разрядного тока уста, навливают равной времени уменьшения напряжения на аккумуляторе от уровня, .которого это напряжение достигает в конце предшествуницего импульса зарядного тока, до уровня 1,6 В.Амплитуды импульсов зарядного и разрядного то- ков выбирают равными току получасового и десятичасового разрядов аккумулятора соответственно. Заряд ведут до тех пор, пока монотонно возрастающая в ходе заряда длительность им" пульсов разрядного тока не станет Ф

: равной 2 с. Устройство для реализации @ способа содержит силовую часть и систему управления. Силовая часть .содержат даа ключа, с полопаю которых ак- С кумулятор подключается к заряжаемому источнику тока или к,нагрузке. Система управления осуществляет требуемый для реализации предложенного способа закон переключения ключей. 2 с.п. . в ф-лы, 2 ил. ОЪ

Согласно способу заряда никелькадмиевых аккумуляторов на аккумулятор подают последбвательность чередующихся импульсов зарядного и раз--, рядного токов, при этом устанавливают амплитуду импульсов зарядного .тока 4 равной току получасового разряда аккумулятора, амплитуду импульсов разрядного .тока равной току десятичасового разряда аккумулятора, длительность импульсов разрядного тока рав161 2344

Ной времени уменьшения напряжения на аккумуляторе до 1,6 В и ведут заряд до тех пор, пока длительность импульсов разрядного тока не станет равной с, после чего разряд прекращают.

Ори этом в процессе заряда непрерывно

Измеряют температуру электролита и определяют соответствующее ей напряение газовыделения по формуле U, 1,73-0,0025Т а длительность упомяутых импульсов зарядного тока устаавливают такой, чтобы среднее значеие напряжения на аккумуляторе в теение каждого иэ этих импульсов нахо- 15 илось на уровне 0,95-0,98 от найденого напряжения газовыделения.

Способ осуществляют следующим обазом.

Аккумулятор 1 (фиг. 1) подключают источнику 2 постоянного тока и балластному резистору 3 через управляемые ключи 4 и 5 соответственно. При замкнутом ключе 4 и разомкнутом ключе аккумулятор заряжается от источни1са 2, когда же ключ 4 разомкнут, а люч 5 замкнут, он разряжается на реистор 3. Источник 2 настраивают таим образом, чтобы зарядный ток акку1 улятора 1 по величине был равен току 30 олучасового разряда аккумулятора.

Сопротивление резистора 3 подбирают

Из условия обеспечения разрядного

1ока, равного току десятичного разряда. Так, например,для аккумулятора с номинальной емкостью 25 А ч зарядНый ток устанавливают равным 50 А, а разрядный — 2,5 А.

Работой ключей 4, 5 управляют с помощью схемы, содержащей блок 6 фор- 40 мирования импульсов зарядного тока, блок 7 формирования импульсов разряд— ного тока, блок 8 контроля заряженности и логическое устройство 9. В блоке 6 на основании информации о мгновенном значении U1 напряжения на аккумуляторе и температуре Т электролита осуществляется определение среднего значения Ug на аккумуляторе в течение импульса зарядного

t 50 тока и его сравнение с напряжением,, рав ным (О 95... О, 98) Ur где U <— напряжение газовыделения, определяемое в зависимости от температуры Т по формуле U „=1,73-0,0025 l.. Уровень напряжения (0,95...0,98)U несколько еньший напряжения Ur газовыделения,, становлен экспериментально исходя

Из требования полного устранения газовыделения в аккумуляторе в процессе его заряда. Блок 7 производит сравнение мгновенного значения U напряжеA ния на аккумуляторе с опорным напряжением U =1,6 В. В блоке 8 осуществляется сравнение длительности импульсов разрядного тока с эталонным значением t =2 с.

Логическое устройство 9 на основе сигналов, поступающих с блоков 6-8, вырабатывает сигналы управления силовыми ключами 4, 5. При Пд ((0,95. ° .

0,98)Ur сигналы управления. таковы, что ключ 4 замкнут, а ключ 5 разомкнут, и аккумулятор 1 заряжается от источника 2. Среднее значение UA напряжения на аккумуляторе возрастает и при U> (0,95 ° ..0,98)U„, на выходе блока 6 появляется сигнал, по которому производится размыкание ключа 4 и замыкание ключа 5. При этом положении ключей аккумулятор разряжается на балластный резистор 3. В процессе разряда напряжение UA на аккумуляторе понижается и при U A < 1,6 В на выходе блока 7 появляется сигнал, который приводит к возвращению ключей 4, 5 в исходное положение, т. е. ключ 4 замыкается, а ключ 5 размыкается. Аккумулятор 1 снова подключается к источнику 2 и заряжается. Описанный процесс циклически повторяется, в результате чего формируется последовательность чередующихся импульсов зарядного и разрядного токов. По мере увеличения заряженности аккумулятора длительность t импульсов зарядного тока возрастает и для полностью заряженного аккумулятора составляет не менее 2 с, При условии t 2с на выходе блока 8 появляется сигнал, который независимо от сигналов на выходах блоков 6 и 7 приводит к размыканию обоих ключей 4, 5 и тем самым к прекращению процесса заряда аккумулятора 1.

Один из возможных принципиальных вариантов реализации способа представлен в виде схемы устройства на фиг.2. Это устройство содержит клемму

10 для подключения аккумулятора, с которой посредством ключей 11, 12 связаны соответственно источник 13 постоянного тока и балластный резистор 14, Для управления ключами служит схема, содержащая связанный с клеммой 10 своим первым входом первый компаратор 15, к второму входу кото5 161234 рого подключен источник 16 опорного напряжения. K выходу компаратора 15 своими R-axopa подключены первый 17 и второй 18 RS-триггеры, своим входом

5 инвертор 19 и своим синхронизирующим входом D-триггер 20, к информационному входу которого своим выходом подключен таймер 21, С выходом инвертора

19 своим первым входом связан первый логический элемент И 22, выход которого связан с S-входом триггера 18.

К клемме 10 своим входом подключен ( также измеритель 23 среднего значения напряжения, выход которого связан с первым, входом второго компаратора 24.

К второму входу этого компаратора своим выходом подключен функциональный блок 25, вход которого связан с датчиком 26 температуры электро- 20 лита.

Выход компаратора 24 связан с обнуляющим входом измерителя 23, — входом триггера 17, вторым входом логического элемента И 22, управляющим 25 входом таймера 21. С инверсным выходом триггера 17 своим первым входом связан второй логический элемент И 27, к второму входу которого своим первым входом подключен третий логический 30 элемент И 28 и своим инверсным выходом триггер 20; Выход логического элемента И 22 связан с -входом триггера 18, прямой выход которого связан с вторым входом логического элемента И 28. Выход логического элемен35 та И 27 связан с управляющим входом ключа 11, а выход логического элемента И 28 — с управляющим входом ключа 12.

Ключи 11, 12 могут быть выполнены, например, на тиристорах или транзисторах, компараторы, триггеры, логические элементы И, таймер и инвер- 45 тор — на стандартных интегральных микросхемах. Источник опорного напряжения может быть выполнен на стабилитронах. Измерителем среднего значения напряжения может служить интег- 50 ратор на основе операционного усилителя. Функциональный блок, реализующий функцию П =1,73-0,0025Т, может быть выполнен на операционном усилителе в виде сумматора. В качестве 55 датчика температуры электролита может быть использована термопара.

Устройство для осуществления способа используют следующим образом.

При включении устройства сигналы на прямых выходах триггеров 17, 18 и 20 равны логическому "0", а на инверсных выходах — логической "1".

Сигнал на выходе элемента И 27 равен логической ((1(, так как на его оба

1! (! входа поступают равные логическои 1 сигналы с инверсных выходов триггеров

17; 20. Этот сигнал, попадая на управляющий вход ключа 11, вызывает замыкание последнего, В то же время сигналы на входах элемента И 28 не одинаковы: на первый вход этого элемента с инверсного выхода триггера 20 поступает сигнал, равный логической

"1", а на его второй вход с прямого выхода триггера 18 — сигнал, равный логическому "0 . Поэтому сигнал на выходе элемента И 28 равен логическому 0".и, поступая на управляющий вход ключа 12, вызывает его размыкание. При указанном положении ключей

11, 12 клемма 10 подключенным к ней аккумулятором присоединяется к источнику 13 тока ° Через аккумулятор начинает протекать импульс зарядного тока и напряжение UA на нем возрастает.

Это напряжение, снимаемое с клеммы

10, сравнивается компаратором 15 с опорным напряжением U® =1,6 В, вырабатываемым источником 16. При Up = бо,! сигнал на выходе компаратора 15 равен логической 1, а при UA/U <> - логическому нулю. Напряжение UA аккумулятора поступает также на вход измерителя 23, который определяет среднее значение UA напряжения на аккумуляторе за время протекания импульса зарядного тока. Функциональный блок 25 для измеренного датчиком 26 значения

Т температуры электролита определяет напряжение U(- газовыделения по соотношению U„=1,73-0,0025Т.

Компаратор 24 сравнивает UA u U ..

При U =U< сигнал на выходе компаратоА Г ра 24 равен логической "1", а при

Б! ФБ„ — логическому "0". При протекании импульса зарядного тока U1

П,! ) U „поэтому сигналы на выходах компараторов 15, 24 равны логическому

"0" и триггеры 17, 18 и 20 находятся в исходном положении. Когда среднее значение U напряжения на аккумулято-.

А ре достигает значения U < напряжения газовыделения, сигнал на выходе компаратора 24 становится равным логической "1",. Он поступает на вход триггера 17 и переводит его в единич1612344 ное состояние, что вызывает размыка««ие ключа 11 и прекращение протекания импульса зарядного тока. Этот же

1:игнал поступает на второй вход элемента И 22. На его первый вход постулает также равный логической "1" cur«««azz с выхода инвертора 19, на вход

«<оторого с выхода компаратора 15 пофается сигнал, равный логическому 10, 0". В итоге на выходе элемента И 22 оявляется сигнал, равный логической 1" который поступает на S-вход

1 I риггера 18 и устанавливает.его в диничное состояние, что приводит к амыканию ключа 12, подключающего алластный резистор 14 к клемме 10, Й началу протекания импульса разряд1«ого тока. Тот же единичный сигнал выхода компаратора 24 обнуляет из- 20 еритель 23 и запускает таймер 21, который через заданный промежуток времени 2 с подает на информационный

Ьход триггера 20 сигнал, равный логи1«еской "1". 25

При протекании разрядного тока

Напряжение UA на аккумуляторе уменьается. Когда оно достигает уровня !, = U, на выходе компаратора 15 появг 0П

11 l I яется сигнал, равный логической 1. - 30

«Этот сигнал поступает íà R-входы риггеров 17, 18 и переводит их в улевое состояние, что вызывает замы кание ключа 11 и размыкание ключа 12.

В результате через аккумулятор снова

Начинает протекать зарядный ток. Этот

Процесс периодически повторяется, представляя собой последовательность

Нротекающих через аккумулятор чере дующихся импульсов зарядного и раз-. рядного токов.

По мере заряда аккумулятора длительность импульсов разрядного тока увеличивается. Пока она менее заданного значения 2г, сигналы с выхода компаратора 15, поступающие на синхронизирующий вход триггера 20, не приводят к переключению последнего, поскольку в момент их поступления сигнал на информационном входе этого триггера, снимаемь«й с выхода таймера

21, равен .логическому "0". Если же длительность импульсов разрядного тока начинает превышать " с, сигнал, равный логической "11", поступает на синхронизирующий вход триггера 20, конда на era информанионном входе

11 сигнал также равен логическои 1

При этом триггер 20 переходит в единичное состояние, и сигнал, равный логическому "0",. с его инверсного вьглода приводит к обнулению выходов элементов И 27, 28 и размыканию ключей 11 12. Заряд аккумулятора прекращается.

Предлагаемый способ с использованием предлагаемого устройства позволяет ускорить заряд никель-кадмиевых аккумуляторов на 10...127. и при этом полностью исключить газовыделение.

Формула из обретения

1. Способ заряда никель-кадмиевого аккумулятора, при котором на аккумулятор подают последовательность черег дующихся импульсов зарядного и разрядного токов, при этом устанавливают амплитуду импульсов зарядного тока равной току получасового разряда аккумулятора, амплитуду импульсов разрядного тока равной току десятичасового разряда аккумулятора, а длительность импульсов разрядного тока равной времени уменьшения напряжения на эа ряжаемом аккумуляторе до 1,6 В и ведут заряд до тех пор, пока длительность импульсов разрядного тока не станет равной 2 с, после чего заряд прекращают, отличающийся тем, что, с целью ускорения заряда аккумулятора и предотвращения газовыделения, в процессе заряда непрерывно измеряют температуру Т электролита и определяют соответствующее ей напряжение газовыделения U по формуле

UÄ=1,73-0,, 0025 Т, а длительность импульсов зарядного тока устанавливают ,такой,, -;тобы среднее значение напряжения на аккумуляторе в течение каждого из этих импульсов находилось на уровне 0,95...0,98 от найденного напряжения газовыделения.

2. Устройство для заряда никелькадмиевого аккумулятора, содержащее клемму для подключения аккумулятора, источник опорного напряжения и связанный с ними соответственно своим первым и вторым входами компаратор, свя-, занные. с его выходом своим входом инвертор и своим R-входом соответственно первый и второй КБ-триггеры, связанный с выходом этого инвертора своим первым входом и S-входом первого RS-триггера своим вторым входом логический элемент И, выход которого

1612344

10 связан с S-входом второго К$-триггера а также источник постоянного тока, связанный с ним своим силовым входом первый ключ, выход которого связан с клеммой для подключения аккумулятора, связанный с этой клеммой своим силовым входом второй ключ, связанный с выходом последнего балластный резистор, и таймер, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности, оно дополнительно содержит датчик температуры электролита, связанный с его выходом своим входом функциональный блок, ° реализующий функцию Бг=й(Т), связанный с клеммой для подключения аккумулятора своим входом измеритель среднего значения напряжения, связанный с его выходом своим первым входом и с выходом функционального блока своим вторым входом второй компаратор, выход которого связан с обнуляющим входом измерителя среднего значения,напряжения, S-входом первого

RS-триггера управлякщим входом таймера и вторым входом первого логического элемента И, связанный с инверсным выходом первого RS-триггера своим первым входом второй логический элемент И, выход которого связан с управляющим входом первого ключа, свя-, занный с выходом таймера своим информационным входом и с выходом первого компаратора своим синхронизирующим входом В-триггер, связанный с инверсным выходом этого триггера Й с вторым входом второго логического элемента И своим первым входом и с первым выходом второго КБ-триггера своим вторым входом третий логический эле20 мент И, выход которого связан с управляющим входом второго ключа.

1612344

Составитель И.Найдина

Редактор В.Данко Техред М.Дидык Корректор,M. Шар оши

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Заказ 3833 Тираж

8НИИПИ Государственного

113035, 1368 Подписное комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5