Способ восстановления тяговых свинцово-кислотных аккумуляторных батарей
Изобретение относится к области электротехники, а именно к способу восстановления утраченной емкости аккумуляторных батарей (АКБ) и продления срока их службы. Способ восстановления тяговых свинцово-кислотных АКБ включает демонтаж АКБ, вскрытие каждого элемента, устранение повреждений, очистку корпуса и положительных и отрицательных пластин элементов от шлама, сборку элементов с проверкой на герметичность опрессовкой, заправку новым электролитом и проведение контрольно-тренировочных циклов (КТЦ), при этом КТЦ проводят на специализированных зарядных/разрядных устройствах, имитирующих нагрузку по стандарту С5, по меньшей мере, из трех циклов заряда в режиме восстановления емкости и разрядов постоянным током по стандарту С5, при этом подбор восстановленных элементов осуществляют по падению напряжения под постоянной нагрузкой при условии не более 0,05 между элементами и производят сборку АКБ из подобранных элементов. Повышение надежности и эффективности способа восстановления утраченной емкости АКБ является техническим результатом изобретения. 2 з.п. ф-лы.
Область техники
Заявленное изобретение относится к области электротехники, а более конкретно - к способам восстановления утраченной емкости аккумуляторных батарей (АКБ) и продления срока их службы.
Уровень техники
За 2015 год в Российской Федерации, по данным статистического наблюдения, было утилизировано 283,43 т АКБ (при образовании 1156,54 т). Согласно этим данным, лишь 1/4 часть образованных отходов подлежала утилизации (см., например, Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям ИТС 15-2016, Москва, Бюро НТД, 2016, с. 44). Данное обстоятельство свидетельствует о несовершенстве существующих технологий по утилизации и нехватке соответствующих производственных мощностей.
Опасность утилизации АКБ обусловлена содержанием практически во всех батареях токсичных веществ в виде различных металлов и химикатов, которые при разрушении корпусов батарей попадают в окружающую среду.
Кроме того, зачастую решение по утилизации АКБ принимается без анализа возможности восстановления потребительских свойств продукта. В отношении тяговых АКБ проблема возможности восстановления потребительских свойств и продления срока службы стоит особенно остро, поскольку данные АКБ являются существенно материалоемкими и дорогими.
Таким образом, в уровне техники существует потребность в разработке эффективного способа восстановления тяговых АКБ с учетом анализа целесообразности такого восстановления.
В качестве наиболее близкого аналога заявленного изобретения рассмотрен способ восстановления тяговых АКБ, включающий этапы, на которых: осуществляют демонтаж АКБ и вскрытие каждого элемента; производят устранение повреждений, очистку корпуса и положительных и отрицательных пластин элементов от шлама, подбирают восстановленные элементы, и собирают АКБ, при этом восстановленные элементы заправляют новым электролитом и АКБ заряжается (US 20160240898 А1, 18.08.2016).
В качестве недостатков прототипа можно отметить отсутствие этапа анализа целесообразности продолжения процесса восстановления, что может приводить к излишним трудозатратам. Также в известном решении отсутствует этап подтверждения восстановленной емкости, что в дальнейшем может приводить к выпуску бракованного продукта.
Заявленное изобретение направлено как на преодоление отмеченных выше недостатков прототипа, так и на достижение других технических результатов, которые будут ясны для специалиста из нижеследующего описания.
Раскрытие изобретения
Для достижения указанных, а также иных, раскрытых в данной заявке технических результатов, предлагается способ восстановления тяговых свинцово-кислотных аккумуляторных батарей (АКБ), включающий этапы, на которых осуществляют:
- демонтаж АКБ и вскрытие каждого элемента;
- осмотр элементов с определением их внутреннего состояния и оценкой целесообразности продолжения процесса восстановления, при этом, в случае подтверждения такой целесообразности, осуществляют:
- устранение повреждений, очистку корпуса и положительных и отрицательных пластин элементов от шлама;
- сборку элементов с проверкой на герметичность опрессовкой;
- заправку новым электролитом и передачу на этап контрольно-тренировочных циклов (КТЦ);
при этом этап КТЦ проводят на специализированных зарядных/разрядных устройствах, имитирующих нагрузку по стандарту С5, указанный этап состоит, по меньшей мере, из трех циклов заряда в режиме восстановления емкости и разрядов постоянным током по стандарту С5 (общая емкость АКБ/5), в течение каждого цикла показания напряжения на каждом элементе АКБ вносят в протоколы разряда, а финальный цикл заряда-разряда имитирует характеристики оборудования конечного пользователя для подтверждения восстановленной емкости;
далее осуществляют подбор восстановленных элементов по падению напряжения под постоянной нагрузкой по стандарту С5 при условии не более 0,05 В между элементами и производят сборку АКБ из подобранных элементов.
Как следует из приведенных выше признаков заявленного изобретения, оно включает этап оценки целесообразности продолжения процесса восстановления, при этом последующие этапы способа осуществляют только в случае подтверждения такой целесообразности. Данное обстоятельство позволяет исключить трудозатраты на попытки восстановления принципиально невосстанавливаемых АКБ. Такие АКБ далее могут быть направлены на утилизацию в установленном порядке.
Также заявленное изобретение включает этап проверки элементов на герметичность опрессовкой, что позволяет повысить качество восстановленного продукта.
Для подтверждения восстановленной емкости предложенный способ включает этап КТЦ на специализированных зарядных/разрядных устройствах, имитирующих нагрузку по стандарту С5, что позволяет снизить выход бракованного продукта.
В заявленном изобретении осуществляют подбор восстановленных элементов по падению напряжения под постоянной нагрузкой по стандарту С5 при условии не более 0,05В между элементами. Это необходимо для обеспечения продолжительной работоспособности восстановленной АКБ с исключением дальнейшего регулярного перезаряда отдельных элементов АКБ и их переполюсовки при разряде.
Кроме того, существенным признаком заявленного изобретения является имитация характеристики оборудования конечного пользователя в цикле заряда/разряда. Данный этап обеспечивает гарантию того, что восстановленная АКБ может использоваться по тому назначению, для которого она предназначалась на этапе ее производства.
Следующий раздел описания предназначен для раскрытия возможности осуществления заявленного изобретения специалистом в данной области техники.
Осуществление изобретения
Дальнейшие сведения приведены в описании в иллюстративных целях при описании осуществления изобретения и не должны служить для ограничения испрашиваемой правовой охраны, поскольку специалисту будет понятно, что степень обобщения терминов и понятий, включенных в настоящее описание, включает в себя также и любые частные варианты такой реализации с учетом известных да дату подачи заявки технических средств и методов.
Перед началом осуществления предложенного способа специализированным предприятием может быть осуществлен прием партии бракованных или бывших в использовании АКБ.
В качестве аппаратно-программного оснащения предприятия могут быть применены известные из прототипа средства с их минорными изменениями.
Оценку целесообразности продолжения процесса восстановления АКБ осуществляют на этапе осмотра после демонтажа и вскрытия элементов. Критерием оценки может служить, например, степень сульфатации элементов, при которой восстановление АКБ является нецелесообразным или невозможным в принципе. Однако это не исключает применение и иных критериев оценки (например, степень повреждений). В случае подтверждения указанной целесообразности переходят к последующим этапам способа. При выводе о нецелесообразности дальнейших операций АКБ может быть в установленном порядке направлена на утилизацию или возвращена заказчику. Следует отметить, что прекращение процесса восстановления АКБ может быть также осуществлено на любом из перечисленных этапов способа в случае обнаружения неустранимых повреждений.
Далее осуществляют устранение повреждений, очистку корпуса и положительных и отрицательных пластин элементов от шлама известными из уровня техники средствами.
Этап проверки на герметичность может быть осуществлен следующим образом. Для проверки герметичности сварного шва каждый элемент АКБ после сборки подвергается опрессовке с помощью сжатого воздуха и пеносодержащего раствора, нанесенного на шов. Сжатый воздух давлением не более 1,5 бар кратковременно подается в отверстие, предназначенное для установки пробки или клапана системы Акваматик (Aquamatic), далее визуально осуществляется контроль качества сварного шва на отсутствие выходящего воздуха. В случае обнаружения повреждения, данный участок сварного шва повторно запаивается и проверяется опрессовкой.
После успешной проверки элементы заправляют электролитом и передают на этап контрольно-тренировочных циклов (КТЦ). Циклы этапа КТЦ проводят на специализированных зарядных/разрядных устройствах, имитирующих нагрузку по стандарту С5. Стандарт С5 подразумевает разряд АКБ током 0,2 С А, где С заявленная производителем емкость батареи в А/ч. Продолжительность разряда 5 часов, либо до достижения конечного напряжения в 1,70 В на каждом элементе АКБ, в зависимости от того, что наступит ранее (см., например, ГОСТ Р 52846-2007). Данный этап также позволяет подтвердить восстановленную емкость элементов АКБ.
В течение каждого цикла показания напряжения на каждом элементе АКБ вносят в протоколы разряда, а финальный цикл заряда-разряда имитирует характеристики оборудования конечного пользователя, что позволяет гарантировать использование тяговой АКБ по ее прямому назначению. Сведения о характеристиках оборудования также могут быть предоставлены заказчиком. Например, финальный цикл заряда проводится на оборудовании, позволяющим имитировать стандартную кривую заряда Wa (заряд падающим током), либо зарядных устройствах с запрограммированной зарядной кривой Wa. Данная кривая заряда используется в 90% зарядных устройств, используемых конечными пользователями.
Последующий подбор восстановленных элементов по падению напряжения под постоянной нагрузкой по стандарту С5 (не более 0,05 В между элементами) позволяет обеспечить стабильную работу восстановленной АКБ с максимальным приближением ее характеристик к серийно выпускаемым батареям. В частности, во время каждого контрольного разряда АКБ проводится проверка напряжения на каждом элементе, данные вносятся в протокол разряда. Временной интервал снятия показаний - каждый час, до достижения напряжения 1,85В на каждом элементе АКБ. Далее показания снимаются каждые 10 минут до достижения конечного напряжения 1,70В на элемент, либо окончания процесса разряда по времени. После проведения финального цикла разряда, восстановленные элементы АКБ подбираются таким образом, чтобы разница по конечному напряжению между элементами не превышала 0,05В. Например так, чтобы напряжение всех 12 элементов батареи 24В находилось в границах 1,72-1,77В.
Указанные операции на этапе КТЦ могут быть осуществлены в автоматическом режиме посредством применяемого программного обеспечения.
По окончании обозначенных выше операций производят сборку тяговой АКБ, ее маркировку и передачу заказчику.
На основании изложенного выше специалисту в данной области техники будет очевидно, что осуществление заявленного изобретения возможно путем использования средств и методов, известных из уровня техники, а содержащая в формуле изобретения совокупность признаков позволит обеспечить достижение перечисленных технических результатов.
1. Способ восстановления тяговых свинцово-кислотных аккумуляторных батарей (АКБ), включающий этапы, на которых осуществляют:
- демонтаж АКБ и вскрытие каждого элемента;
- осмотр элементов с определением их внутреннего состояния и оценкой целесообразности продолжения процесса восстановления, при этом в случае подтверждения такой целесообразности осуществляют:
- устранение повреждений, очистку корпуса и положительных и отрицательных пластин элементов от шлама;
- сборку элементов с проверкой на герметичность опрессовкой;
- заправку новым электролитом и передачу на этап контрольно-тренировочных циклов (КТЦ);
при этом этап КТЦ проводят на специализированных зарядных/разрядных устройствах, имитирующих нагрузку по стандарту С5, указанный этап состоит, по меньшей мере, из трех циклов заряда в режиме восстановления емкости и разрядов постоянным током по стандарту С5 (общая емкость АКБ/5), в течение каждого цикла показания напряжения на каждом элементе АКБ вносят в протоколы разряда, а финальный цикл заряда-разряда имитирует характеристики оборудования конечного пользователя для подтверждения восстановленной емкости;
далее осуществляют подбор восстановленных элементов по падению напряжения под постоянной нагрузкой по стандарту С5 при условии не более 0,05 В между элементами и производят сборку АКБ из подобранных элементов.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно включает оценку целесообразности продолжения процесса восстановления АКБ на каждом их указанных этапов, при этом в случае вывода о нецелесообразности продолжения процесса восстановление АКБ прекращают.
3. Способ по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что в случае отрицательной оценки о целесообразности продолжения восстановления АКБ направляют на утилизацию.
