СПОСОБ УСКОРЕННОГО ФОРМИРОВАНИЯ ЕМКОСТИ ЗАКРЫТЫХ НИКЕЛЬ-КАДМИЕВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ ПРИ ПОМОЩИ ЗАРЯДА АСИММЕТРИЧНЫМ ТОКОМ
METHOD OF ACCELERATED GENERATION OF CAPACITANCE OF CLOSED NICKEL-CADMIUM ACCUMULATORS BY CHARGING WITH ASYMMETRICAL CURRENT

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).
3
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/см. 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
С<sub>заряда</sub>, А·ч
Ток, А
С<sub>разряда</sub>, А·ч
№1
№2
№3
С<sub>ср</sub>
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
С<sub>заряда</sub>, А·ч
Ток, А
С<sub>разряд</sub>, А·ч
№4
№5
№6
С<sub>ср</sub>
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.