СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ АККУМУЛЯТОРОВ С НАИМЕНЬШЕЙ ЕМКОСТЬЮ ДЛЯ НЕГЕРМЕТИЧНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ НИКЕЛЬ-КАДМИЕВЫХ БАТАРЕЙ
IDENTIFICATION METHOD OF ACCUMULATORS WITH LOWEST CAPACITY FOR NON-TIGHT ACCUMULATORS OF NICKEL-CADMIUM STORAGE BATTERIES

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам диагностики химических источников тока.
Известен способ определения работоспособности никель-кадмиевой аккумуляторной батареи (заявка №93021762/07 от 26.04.1993 г.) путем измерения тока и напряжения в процессе ее эксплуатации. По результатам измерения зарядных и разрядных характеристик определяют параметры математических моделей аккумуляторов и оценивают работоспособность и остаточную емкость.
Однако на осуществление этого способа требуется несколько часов, быстрый оперативный контроль невозможен.
Наиболее близким по технической сущности является способ (патент US №6313607 от 09.01.1999 г.), по которому специальное устройство подает на аккумулятор напряжение или ток и по полученным ответным значениям тока или напряжения вычисляется значение емкости по эквивалентной схеме замещения.
Однако этот способ достаточно сложен, а также не позволяет проводить оперативный контроль состояния отдельных аккумуляторов в батарее.
Известно, что именно самый некачественный аккумулятор ограничивает емкость всей аккумуляторной батареи. Для восстановления емкости батареи надо или заменить некачественный аккумулятор на новый, или восстановить емкость некачественного аккумулятора специальными методами.
Перед авторами стояла задача упростить способ диагностики состояния отдельных негерметичных никель-кадмиевых аккумуляторов, собранных в батарею. Определение состояния отдельных аккумуляторов позволяет выявить аккумуляторы, обладающие наименьшей емкостью и ухудшающие эксплуатационные характеристики аккумуляторной батареи в целом.
Эта задача решена тем, что в предлагаемом способе диагностики негерметичных аккумуляторов никель-кадмиевых батарей на каждый аккумулятор батареи кратковременно, в течение 30-90 с, подают зарядное напряжение, на 0,05-0,50 В превышающее или напряжение разомкнутой цепи (НРЦ), или текущее зарядное («буферное») напряжение. Измеряют протекающий зарядный ток на каждом аккумуляторе, а затем сравнивают эти токи. При подаче такой величины постоянного зарядного напряжения (потенциостатический режим заряда) на аккумуляторе, имеющем наименьшую остаточную емкость, возникает наибольший ток, а на аккумуляторе с максимальной емкостью возникает самый малый ток. Сравнивая величины полученных зарядных токов всех аккумуляторов в батарее, выявляют аккумуляторы с наименьшей емкостью, которые и ограничивают емкость всей аккумуляторной батареи.
Особенно важна такая оценка емкости отдельных негерметичных аккумуляторов для батарей, много лет находящихся в эксплуатации в качестве источника тока постоянной готовности, находящихся в режиме постоянной подзарядки (в буферном режиме). В таких условиях эксплуатации идет постепенная незаметная деградация активной массы, снижение ее электрохимической активности. Определить степень деградации активных масс можно только разрядив аккумулятор, на что требуется от 3 до 10 часов. Предлагаемый нами способ позволяет в течение нескольких минут выявить в аккумуляторной батарее самые проблемные аккумуляторы и вовремя провести корректирующие мероприятия.
Были продиагностированы макеты аккумуляторных батарей, состоящих из 2-х, 4-х и 15-ти аккумуляторов. Аккумуляторы находились в режиме постоянного подзаряда при текущем зарядном «буферном» напряжении 1,40 В. На каждый аккумулятор подавали зарядное напряжение 1,46 В (превышение над подзарядным (текущим) напряжением 1,40 В составляло 0,06 В), время заряда - 60 с. Зарядное напряжение подавали с помощью стандартного выпрямительного зарядного устройства (ВЗУ). Напряжение контролировали с помощью стандартного вольтметра постоянного тока. На диагностику каждого аккумулятора затрачивалось до 1,5 минут времени. Например, на диагностику 15 аккумуляторов с номинальной емкостью 1,3 А·ч каждый ушло 18 минут. На сравнение полученных токов затрачено еще 3 мин и, таким образом, через 21 мин были выявлены два аккумулятора с наибольшим зарядным током, т.е. самые наихудшие (при проверке их емкость оказалась равной 0,62 и 0,65 А·ч).
Отличие между потенциостатическими зарядными токами «плохих» и «хороших» аккумуляторов в исследуемых батареях весьма существенное и составляет от 20% до 300%. Так для батареи негерметичных никель-кадмиевых аккумуляторов напряжением 18 В емкостью 0,8 А·ч потенциостатический зарядный ток был в пределах от 0,12 А до 0,10 А (т.е. они отличались на 20%). При контрольном разряде в гальваностатическом режиме током 0,25 А «хорошие» аккумуляторы отдавали емкость 0,75-0,78 А·ч, а выявленные «плохие» - 0,32-0,35 А·ч.
Для другой аккумуляторной батареи, состоящей из 4 никель-кадмиевых аккумуляторов, потенциостатический зарядный ток составил 0,04 А для «хороших» аккумуляторов, имевших разрядную емкость 0,32 А·ч, а у «плохих» аккумуляторов с разрядной емкостью 0,06 А·ч потенциостатический зарядный ток равнялся 0,12 А (потенциостатические зарядные токи отличались в 3 раза - 300%).
Заряд аккумуляторов при постоянном напряжении менее НРЦ+0,05 В и более НРЦ+0,50 В приводит к неочевидной зависимости между остаточной емкостью и зарядным током.
Кроме того, при напряжении заряда менее НРЦ+0,05 В токи заряда небольшие и не просматривается зависимость между зарядным током и остаточной емкостью.
При напряжении заряда более НРЦ+0,50 В токи заряда чрезвычайно большие (для аккумуляторов большой емкости они достигают сотен ампер) и тоже не просматривается зависимость между зарядным током и остаточной емкостью.
Таким образом, предлагаемый нами способ позволяет быстро и надежно выявить в батарее негерметичных никель-кадмиевых аккумуляторов аккумуляторы с наименьшей емкостью.
Проведенный патентно-информационный поиск позволяет судить о новизне, промышленной применимости и изобретательском уровне предлагаемого способа. Считаем, что описанный нами «Способ выявления аккумуляторов с наименьшей емкостью для негерметичных аккумуляторов никель-кадмиевых батарей» может быть признан изобретением и защищен патентом Российской Федерации.