Способ эксплуатациии никель-водородной аккумуляторной батареи

 

Сущность изобретения: управление заряд-разрядными циклами проводят по двухуставочному датчику давления с разницей уставок давления Д Р и температуре, а разряд оканчивают по минимальному напряжению. При достижении на разряде аккумуляторами минимального значения напряжения периодически повышают уставки датчика давления, причем нижнюю уставку повышают до уровня.верхней, а верхнюю - на величину А Р. 1 з.п.ф-лы. 2 ил. I С Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ys Н 01 М 10/44, 12 /06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4810632/07 (22) 05.04.90 (46) 07.07,92. Бюл №25 (71) Научно-производственное объединение прикладной механики (72) В.В.Коротких и А,А.Перебаев (53) 621.355.9 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР №- 539270, кл. Н 01 М 10/44; 1974.

Авторское свидетельство СССР

¹ 669436, кл. Н 01 М 10/44, 1974.

Авторское свидетельство СССР

¹ 862903, кл. Н 01 М 10/44, 1980.

А.Б.Шохор, Б,И.Центер и др. Исследование кинетики электрохимического окисления никелевой основы металлокерамического окисно-никелевого электрода в атмосфере водорода при высоких давлениях. — Сб. работ по химическим источникам тока, вып.9, Л., Энергия, 1974.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в составе космических летательных аппаратов.

Известны герметичныв никель-водородные аккумуляторные батареи, применяемые, в частности, в автономных системах энергоснабжения ИСЗ.

При заряде никель-водородного аккумулятора.имеет место основная токообразую. щая реакция

Ni (ОН )г — „- ;; Nl ООН +1 2Н2, из которой видно, что при заряде выделяется водород Высвобождающийся в результаТе реакции заряда водород накапливается в свободном объеме аккумулятора и создает избыточное давление. Величина давления.. Ж „1746443 А1 (54) СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ НИКЕЛЬВОДОРОДНОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ (57) Сущность изобретения; управление заряд-разрядными циклами проводят по двухуставочному датчику давления с разницей уставок давления Л P и температуре, а-разряд оканчивают по минимальному напряжению, При достижении на разряде аккумуляторами минимального значения напряжения периодически повышают уставки датчика давления, причем нижнюю уставку повышают до уровня. верхней, а верхнюю — на величину Ь P. 1 з.п.ф-лы. 2 ил. : Я

° àâÝ пропорциональна степени заряженности аккумулятора. Это свойство никель-водо- фь родного аккумулятора используется для ин- . О дикации окончания заряда.

Известен способ .заряда никель-водородной аккумуляторной батареи, основанный на зависимости зарядной емкости от давления в аккумуляторе и заключающийся в том, что отключение батареи производят с ф» помощью датчика давления при возрастании последнего до заданного значения.

Для учета влияния температуры, при которой ведется заряд, на величину зарядной емкости датчик давления настраивают заранее на значение, соответствующее максимальной рабочей температуре аккумулятора. т,е..идут на заведомое уменьшение зарядной (разрядной) емкости при температурах, меньших максимальной.

1746443

Недостатком данного способа является необходимость ограничения зарядной емкости.

Известен также способ заряда никель. водородной аккумуляторной батареи, при котором заряд производят до достижения в аккумуляторе 40 — 100 от давления, соответствующего максимальной заряженности, и затем продолжают до повышения температуры аккумулятора до 10 — 400C, после чего заряд прекращают и возобновляют вновь при снижении температуры на 5—

20 С от уровня, установленного для конца заряда.

Известный способ позволяет в широком диапазоне условий эксплуатации (температур и токов заряда) обеспечить гарантированный заряд аккумуляторной батареи на требуемую емкость независимо от температуры аккумуляторов и.поддержание температурного режима аккумуляторов.

Однако в конкретных условиях эксплуатации применение его связано с некоторыми ограничениями. Для поддержания аккумуляторной батареи в состоянии максимальной заряженности необходимо уменьшить диапазон температур (Л t) между подключением аккумуляторной батареи на заряд и отключением ее от заряда, что приводит к частотному циклированию батареи, большому количеству срабатываний элементов автоматики и времени работы зарядного устройства и снижению в конечном итоге надежности системы.

При стремлении уменьшить частоту циклирования аккумуляторных батарей и количество срабатываний автоматики необходимо расширять диапазон температур между подключением и отключением батареи от заряда, Но в этом случае за время снижения температуры аккумулятора до величины, установленной для подключения батареи на заряд, вследствие саморазряда батарея может потерять значительную часть емкости (до 40%).

Известен. способ, основанный на. заряде, который прекращается по комбинированному сигналу от датчиков давления.и ,температуры, В зависимости от температуры аккумуляторной батареи, контролируемой датчиком температуры, производят отключение батареи от заряда по одному из двух датчиков давления, каждый из которых настроен на определенную степень заряженности, Сигнал от датчика температуры преобразуют в команду на работу по одному или другому датчику давления с тем, чтобы отключение от заряда при более низкой температуре происходило по датчику давления, настроенному на более высокую степень заряженности, Данный способ позволяет полностью зарядить батарею в определенном диапазоне температур.

Однако приведенные способы не учитывают особенности никель-водородного аккумулятора, заключающиеся в том, что s процессе его эксплуатации наблюдается снижение разрядной емкости из-за фикси10 рованной установки давления, вызванное коррозией никелевой основы окисно-нике- ., левого электрода, происходящее по суммарной реакции

Ni + 2НгО-+Й1(ОН)г + Нг,1 с небольшим выделением избыточного водорода

30 процессе эксплуатации периодически повышают уставки датчика давления, причем нижнюю уставку повышают до уровня верхней, а верхнюю — на величину Л P. Повышение уставок проводят после достижения на

1 разряде аккумуляторами минимального значения напряжения.

Заряд батареи осуществляют по двухуставочному датчику давления и температуре, При этом отключение заряда проводят по верхнему уровню давления в заданном температурном диапазоне или по нижнему уровню датчика давления при температуре выше- заданного температурного диапазона, С течением времени давление водорода в аккумуляторах возрастает и батарея отключается от заряда по одному из уровней датчика давления, не набрав при этом требуемой емкости.

При прохождении теневого участка орбиты батарея разряжается до его окончания, не обеспечивая Оитанием работу сеансной аппаратуры ИСЗ. Разряд батареи прекращается по достижении на батарее минимального напряжения или по достижении минимального напряжения на любом аккумуляторе батареи. По одному из этих сигналов формируется сигнал отключения нагрузки (ОН) сеансной аппаратуры. flo этому сигналу происходит переключение выхоЭто приводит к тому, что датчики давления, настроенные на определенный уровень, соответствующий максимальной степени заряженности при заданнсй темйе20 ратуре, будут отключать батарею от заряда в то время, когда батарея не набрала требуемой емкости, что, в свою очередь, приведет к снижению разрядной емкости, а следовательно, снизит энергетические возможно25 сти СЭП и уменьшит срок службы ИСЗ.

Целью изобретения является повышение ресурсных характеристик никель-водородной аккумуляторной батареи;

Указанная цель достигается тем, что в

1746443 дов датчика давления на новый уровень. То Работа схемы (фиг,2) показана на приесть уставка, соответствующая верхнему мере работы автономной системы электроуровню заряженности батареи при задан- питания, которая состоит из .следующих ной температуре, становится уставкой, со- функциональных узлов. Для питания нагруэответствующей нижнему уровню 5 ки 4 на освещенном участке орбиты и для заряженности, и отключает батарею от за- заряда аккумуляторной батареи 3 служит ряда лри температуре выше заданного тем- солнечная батарея 1. Параллельно солнечпературного диапазона. Новая уставка ной батарее 1 подключены соединенные в соответствует верхнему уровню эаряженно- последовательную цепь зарядное устройстстибатареивзаданномдиапазонетемпера- 10 во 2 и аккумуляторная батарея 3 с многотур уровневыми датчиками давления. Для . На фиг.1 приведено устройство датчика управления режимами работы аккумулятордавления никель-водородного аккумулято- .ной батареи зарядное устройство 2 снабжера, с помощью которого можно реализовать но устройством управления зарядом 5. Для предлагаемый способ; на фиг.2 — схема пе- 15 стабилизации напряжения на нагрузке 4 реключения уставок в исходном состоянии при работе от солнечной батареи служит на начало штатной эксплуатации.. Датчик сериесный преобразователь, выполненный давления укреплен на корпусе аккумулято- на транзисторном ключе Т1, при работе от ра 1 и состоит из диэлектрического корпуса аккумуляторной батареи — разрядный пре-. . 2, в котором закреплен набор контактных 20 образователь, выполненный на транзисторпар, Каждая контактная пара состоит из не- ном ключе Т2. Для управления ключами Т1, подвижных контактов3,1 — 3.5и подвижных Т2 предусмотрено устройство 6, представконтактов 4 1 — 4.5 с толкателями 5;1 — 5.5 ляющее собой широтноимпульсный модуляКорпус 2 датчика давления сопряжен с кор- тор с двумя выходными номиналами по пусом аккумулятора 1, который снабжен 25 управлению. герметичной мембраной 6 со штоком 7. С При заряде замыкается пара i контактов целью обеспечения максимального хода . датчика давления, которая соответствует штока 7 мембрана 6 выполнена из гофриро- нижнему уровню заряженности аккумуляванного материала., торной батареи. Этот сигнал через нормальКаждый подвижный контакт имеет вы- 30 но замкнутые. контакты 1, 2 реле Р1 вод наружу корпуса 2. Неподвижные кон- . поступаетвустройствоуправлениязарядом такты имеют один общий вывод наружу 5, где формируется сигнал о срабатывании корпуса 2. датчика нижнего давления аккумуляторной

В процессе заряда давление в корпусе батареи (СДНБ). При выходе температуры аккумулятора 1 возрастает и через мембра- 35 за допустимые пределы в устройстве управ-. ну 6 перемещает шток 7. Шток 7. в свою ления зарядом 5формируетсясигнал осра- очередь, давит натолкатель5,5 подвижного батывании . датчика температуры контакта 4.5. соответствующего нижнему аккумуляторной батареи (СДТБ). Наличие уровню заряженности аккумулятора, Кон- сигналов СДНБ и СДТБ выключает зарядтакты 4.5 и 3.5 замыкаются. Если темпера- ное устройство 2. Заряд прекращается, тура аккумулятора находится в заданном 40 Если сигнал СДГБ отсутствует, то заряд диапазоне, то заряд продолжается. продолжается до замыкания пары il контак° Давлениегазаваккумуляторевозраста- тов. Через нормально замкнутые контакты ет, шток 7 передвигается мембраной 6, да- 1, 2 реле Р2 и контакты 5, 6 реле Р1 в устройвит на толкатель 5.4 следующего стве управления зарядом 5 формируется подвижного контакта 4.4, соответствующе- 45 сигнал о срабатывании датчика верхнего

ro верхнему уровню заряженности аккуму- давления аккумуляторной батареи прекралятора. Контакты 4.4 и 3.4 замыкаются, щается.

Заряд прекращается. При необходимости перехода на следуС течением времени возрастает балла- ющий уровень давления выдают команду стное давление водорода в аккумуляторе и 50 РК1(на космических аппаратах — это радиодля обеспечения полного заряда необходим команда). Нормально замкнутые контакты 1, заряд до большего давления. Первый по- 2 и 5, 6 реле Р1 размыкаются, нОрмально движный контакт 4.5 при этом исключают из разомкнутые контакты 3, 4 реле Р1 эамыкасхемы контроля давления путем его отклю- ются. Теперь при замыкании пары tii контакчения. 55 тов датчика давления сигнал СДНБ

Описанный процесс продолжается с ис- формируется через замкнутые контакты 1, 2 пользованием следующей пары контактов и реле Р2 и контакты 3, 4 реле Р1, При замытакдотехлорпоканебудет задействована кании пары Н! контактов датчика давления последняя лара контактов, сигнал СДВБ формируется через замкнутые

1746443

8 контакты 1, 2 реле Р3 и контакты 5, 6 реле

Р2;

При переходе на очередной уровень давления выдают команду РК2 и т.д., а для приведения схемы переключения уставок в 5 исходное состояние — команду PKO.

Переход на последующие уставки давления может происходить как Ilo радиокомандам, так и автоматически, например по срабатыванию датчика минимального на- 10 пряжения батареи или по срабатыванию датчика минимального напряжения на любом аккумуляторе батареи.

Изобретение может быть реализовано также другими устройствами. 15

Эффективность изобретения заключается в том, что оно позволяет полностью использовать потенциальные энергетические возможности никель-водородной аккумуляторной батареи и таким образом повысить ее 20 ресурсные характеристики.

Формула изобретения

1. Способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи, заключающийся в проведении заряд-разрядных циклов с управлением зарядом по двухустановочному датчику давления с разницей уставок давления Л P и температуре, а заряд ограничивают по минимальному напряжению аккумуляторов, о т л и ч. а ю шийся тем, что, с целью повышения ресурсных характеристик аккумуляторной батареи, в процессе эксплуатации периодически повышают уставки давления, причем нижнюю уставку повышают до уровня верхней, а верхнюю на величину Ь P.

2. Способ по п.1, от л и ч а ю шийся тем, что повышение уставок проводят после достижения на разряде аккумуляторами минимального значения напряжения.

1746443

Составитель A.À.Ïåðåáàåâ

Редактор А.Алексеенко Техред М.Моргентал Корректор 3.Лончакова

Заказ 2399 Тираж Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

11ЗОЗ5, Москва, Ж-З5, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат" Патент", г,ужгород,уд. Гагарина, 101