Генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей та спосіб

Реферат: Генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей та спосіб забезпечують почергове прикладання позитивної імпульсної напруги та негативної імпульсної напруги до виводів батареї. Метою генератора біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей та способу є підвищення циклічного терміну служби та ємності батарей, таких як свинцевокислотні батареї. Тривалості часу наростання передніх фронтів позитивних імпульсів напруги та задніх фронтів негативних імпульсів напруги є короткими порівняно з іонним часом релаксації електрохімічного розчину. Чергування позитивних та негативних імпульсів надає кожному новому імпульсу рівну початкову умову без реалізації будь-яких ефектів запам'ятовування, які, навпаки, можуть виникнути, якщо останній прикладений імпульс був тієї ж полярності, що зменшує величину підвищеної напруги, яка може бути прикладена до батареї, та знижує найбільші допустимі значення імпульсної циклічної частоти, які досягаються без практичного перекривання імпульсів. Форма, тип та синхронізація імпульсів можуть бути налаштовані для створення імпульсів підвищеної напруги, які мають велику тривалість та амплітуду. UA 114278 C2 (12) UA 114278 C2 UA 114278 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Цей винахід стосується біполярного генератора імпульсів підвищеної напруги для батарей та способу для підвищення циклічного терміну служби та ємності батарей. Батарея, що перезаряджається, це електрохімічне джерело струму, яке накопичує електроенергію, постачаючи цю енергію при розряді у вигляді електричного струму, який визначається потребою електричного пристрою. Батарея, що перезаряджається, може бути перезаряджена за допомогою пропускання через батарею електричного струму у протилежному струму розряду напрямку. Загальною проблемою батарей, що перезаряджаються, є втрата енергетичної ємності батареї в ході послідовних циклів перезаряджання, що проявляється у зменшенні часу використання батареї до наступного циклу перезаряджання. Наприклад, втрата властивості утримання повної енергетичної ємності батареї може статися після циклу заряджання, якому передував період використання, під час якого батарея не була повністю розряджена. Втрата властивості утримання повної енергетичної ємності батареї може збільшуватись, коли перед циклом заряджання повторюються цикли невеликих розрядок. Щоб знизити величину втрати властивості утримання повної енергетичної ємності батареї попереджаючи у майбутньому швидке зменшення доступної енергетичної ємності після циклу заряджання, виробники рекомендують повністю розряджати батарею, що перезаряджається, перед її перезарядкою. Є багато явищ, які можуть призвести до таких втрат властивості батареї утримувати повну ємність заряду, відомо, що причиною може бути погіршення властивості активного компонента відновлюватися на аноді або катоді, або ж і на катоді, і на аноді. Наприклад, повідомлялось, що зниження ємності свинцево-кислотної батареї пов'язане з прогресуючими змінами у природі активних речовин катода та анода, що призводить до зниження терміну служби батареї, а також властивості батареї утримувати ємність. У вихідному стані структура поверхні катода та анода є пористою, що дає змогу більшій кількості активної речовини діяти на оточуючий електроліт батареї. Коли батарея проходить декілька циклів розряджання та заряджання, структура поверхні катода та анода прогресивно і все у більшій мірі визначається агрегованими кристалічними структурами, які зменшують загальний поверхневий контакт активної речовини з електролітичним розчином батареї. Спроби у відомих технічних рішеннях зменшити ці явища в батареї були направлені на покращення циклів заряду батареї і включали в себе забезпечення глибокого розряду батареї перед зарядом батареї до рекомендованого робочого рівня. Інші зарядні пристрої для батарей у відомих технічних рішеннях контролюють порядок заряджання та, у деяких випадках, можуть включати в себе невелику послідовність розряджання в ході заряджання батареї. Наприклад, в американському патенті № 5,633,574 Сейджа повідомляється, що послідовність заряджання для батареї, яка включає в себе повторюване застосування послідовності, яка складається з 1000 мс заряджання, 2 мс без заряджання, 5 мс розряджання та 10 мс без заряджання, може знизити ступінь втрати властивості батареї утримувати повну ємність заряду. В патенті США № 5,998,968 Пітмана та ін. повідомляється про застосування розряджання, заряджання і періоду спокою до батареї у попередньо визначеній послідовності поки батарея не буде повністю заряджена. В патенті США № 5,777,453 Іманаги представлена зовсім інша стратегія послідовності заряджання, де під час послідовності заряджання до батареї застосовують імпульси напруги, за якими йде період спокою, коли до батареї в ході послідовності заряджання не прикладають напруги. Повторювані втрати у властивості батареї утримувати повну ємність заряду в ході кількох циклів заряджання можуть призвести до повного зниження терміну служби батареї. Тобто, відомо, що втрати у властивості батареї утримувати ємність не є повністю необоротними та можуть накопичуватися в ході терміну служби батареї, призводячи до повного зниження терміну служби батареї. Протягом циклу заряджання електроди або пластини притягують іони: негативні іони - до позитивної пластини та позитивні іони - до негативної пластини, які перешкоджають подальшому переходу іонів до пластин. Як тільки батарея зарядилась, виникає підвищений імпеданс у результаті зростаючого опору заряджанню батареї. В решті решт, в результаті заряджання та зняття будь-якої підвищеної напруги на аноді та катоді встановиться рівновага так, що потік іонів до електродів буде дорівнювати потоку іонів таких же типів від електродів. Рівняння Больцмана, представлене рівнянням 1, та Нернста, представлене рівнянням 2, описують термодинамічну рівновагу (стабільний стан), яка встановлюється в електрохімічній системі, в показниках співвідношення щільності іонів у об'ємі електрохімічного розчину Dse, до щільності іонів таких же типів, які присутні у поверхневому шарі електрода Dme, залежно від різниці потенціалів, (Vse-Vme), яка існує між електрохімічним розчином та електродом, та її 1 UA 114278 C2 взаємною залежністю від зазначеного показника Dse/Dme. Див., наприклад, Крістіан Герхен та Гелмут Фогель: Фізика Герзена, Шпрінгер Ферлаг, Берлін та Нью-Йорк. (1) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 (2) де: q = заряд електрона, Кулон k = константа Больцмана, Джоуль/Кельвін T = абсолютна температура, Кельвін Dse/Dme = відношення щільності іонів електрохімічного розчину до щільності іонів поверхневого шару електрода при рівновазі (Vse-Vme) = різниця потенціалів між електрохімічним розчином та електродом у рівновазі, Вольт В умовах рівноваги система є стабільною, тобто, не виникає формування, зростання або розкладу або фазового переходу. При рівновазі потік іонів будь-якого типу до поверхневого шару електроду буде компенсуватися потоком рівної кількості іонів такого самого типу від поверхневого шару електрода в електрохімічний розчин. В усіх хімічних системах існує тенденція змінюватися до стану рівноваги. Див., наприклад, Джеймс Е. Бреді: Загальна хімія – Принципи та структура, Джон Вілі та сини, Нью-Йорк. Якщо існуючу рівновагу порушено, наприклад, внесенням зміни у потенціал на електроді, то відношення щільності іонів електрохімічного розчину до щільності іонів поверхневого шару електрода буде змінюватися, поки не буде досягнуто нової умови рівноваги. Час релаксації визначається як кількість часу, необхідного системі для досягнення нової умови рівноваги. Константа часу релаксації, яка характеризує зміну відношення щільності іонів в залежності від часу, визначається як ділення спеціальної діелектричної константи на спеціальну електричну провідність, обидві є властивостями електролітичного розчину. Сприятливі умови для фазових переходів, тобто, для іонів з електролітичного розчину, які розряджаються на поверхні електрода, виникають, коли розчин перенасичений і система виходить зі своєї умови рівноваги. Наприклад, перенасичення виникає, коли потенціал Vs іонів електрохімічного розчину більший за потенціал рівноваги Vme на електроді, як показано у рівнянні (3). (Vs-Vme) > 0 (3) Існує дві можливості досягнення цієї умови перенасичення. Одна можливість – це прикласти потенціал до електрода Vm, який більш негативний або нижчий, ніж потенціал електрода при рівновазі Vme, поки потенціал електрохімічного розчину підтримують у значенні рівноваги, як показано у рівнянні (4). (Vse-Vm) > 0 (4) Різниця між потенціалом електрода при рівновазі та потенціалом електрода в умовах, які описані вище, відома як електрохімічний підвищений потенціал або електрохімічна підвищена напруга, як показано в рівнянні (5). (Vme – Vm) > 0 (5) Іншою можливістю досягнення умови перенасичення є прикладення до електрохімічного розчину потенціалу Vs, вищого за потенціал електрохімічного розчину у рівновазі Vse, підтримуючи потенціал електрода Vm у його значенні рівноваги Vme. Таким чином, умови підвищеної напруги показані у рівнянні (3). Обидва параметри: умова перенасичення та підвищена напруга, можна розглядати як засоби відходу від стану стабільної термодинамічної рівноваги. Одначе, сам факт того, що система перенасичена та присутня підвищена напруга необов'язково створять фазовий перехід. Скоріше, такі умови збільшують ймовірність того, що може відбутися фазовий перехід. Дивіться, наприклад, Олександр Мільчев: Електрокристалізація – Основи кристалізації та ріст, Академічне видавництво Клувера, Нью-Йорк. В техніці існує необхідність у пристрої та способі для зменшення втрати здатності батареї утримувати енергію в часі та збільшення загального терміну служби батареї під час всього циклу експлуатації батареї, тобто, навіть поза періодом, коли батарея заряджається. Винахід стосується пристроїв та способів для підвищення циклічного терміну служби та ємності батареї. Без наміру обмежуватись теорією, біполярний генератор імпульсів підвищеної напруги для батареї та технологічні прийоми згідно винаходу підтримують ємність батареї та збільшують термін служби батареї. 2 UA 114278 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Згідно одному аспекту винахід пропонує біполярний генератор імпульсів підвищеної напруги для батарей, який містить у собі генератор імпульсів, який виробляє позитивні та негативні імпульси напруги, перетворювач позитивних імпульсів напруги, який перетворює позитивні імпульси напруги в позитивні імпульсні коливання напруги, перетворювач негативних імпульсів напруги, який перетворює негативні імпульси напруги в негативні імпульсні коливання напруги, та розподільник імпульсів напруги, який об'єднує позитивні імпульсні коливання напруги та негативні імпульсні коливання напруги в імпульсні коливання напруги, які прикладають до виводів батареї. В одному варіанті реалізації винаходу генератор імпульсів біполярного генератора імпульсів підвищеної напруги для батарей сконфігурований у мікроконтролері. В іншому варіанті реалізації винаходу імпульсний генератор біполярного генератора імпульсів підвищеної напруги для батарей має генератор позитивних імпульсів, який генерує позитивні імпульси напруги, та генератор негативних імпульсів, який генерує негативні імпульси напруги. У ще одному варіанті реалізації винаходу, імпульсний генератор має комутатор з можливістю інвертування, в якому генератор імпульсів генерує імпульсну напругу, комутатор з можливістю інвертування почергово перетворює імпульсну напругу в прохідну імпульсну напругу та інвертовану імпульсну напругу, де прохідною імпульсною напругою є будь-яка позитивна імпульсна напруга або негативна імпульсна напруга, а інвертованою імпульсною напругою є або позитивна імпульсна напруга, або негативна імпульсна напруга, протилежна прохідній. В одному варіанті реалізації винаходу перетворювач позитивної імпульсної напруги і перетворювач негативної імпульсної напруги біполярного генератора імпульсів підвищеної напруги для батарей, кожен, має формувач імпульсів і генератор синхронізації, які сконфігуровані для перетворення імпульсної напруги в імпульсні коливання напруги. В деяких варіантах реалізації винаходу підсилювач позитивної напруги та підсилювач негативної напруги підсилюють, відповідно, позитивні та негативні імпульсні коливання напруги. В деяких інших варіантах реалізації винаходу підсилювач напруги підсилює імпульсні коливання напруги. В одному варіанті реалізації винаходу імпульсні коливання напруги біполярного генератора підвищеної напруги для батарей мають, щонайменше, один позитивний імпульс напруги, визначений переднім фронтом та позитивною імпульсною амплітудою, за яким слідує, щонайменше, один негативний імпульс напруги, визначений заднім фронтом та негативною або інвертованою імпульсною амплітудою. Відповідно до цього варіанту реалізації винаходу тривалість часу наростання переднього фронту, щонайменше, одного позитивного імпульсу напруги та тривалість часу наростання заднього фронту, щонайменше, одного негативного імпульсу напруги, кожна, менша, ніж час релаксації електролітичного розчину батареї. Наприклад, тривалість часу наростання переднього фронту та тривалість часу наростання заднього фронту можуть становити приблизно одну третю частину часу релаксації. У деяких варіантах реалізації винаходу амплітуда позитивного імпульсу, щонайменше, одного позитивного імпульсу напруги та амплітуда негативного імпульсу, щонайменше, одного негативного імпульсу напруги більші, ніж напруга батареї, наприклад, щонайменше, приблизно вдвічі. В одному варіанті реалізації винаходу імпульсна циклічна частота імпульсного коливання напруги є такою, що ширина імпульсу, щонайменше, одного позитивного імпульсу напруги та ширина імпульсу, щонайменше, одного негативного імпульсу напруги не перекриваються. В іншому варіанті реалізації винаходу і ширина імпульсу, щонайменше, одного позитивного імпульсу напруги і ширина імпульсу, щонайменше, одного негативного імпульсу напруги перевищують час релаксації. В іншому варіанті реалізації винаходу біполярний генератор імпульсів підвищеної напруги для батарей додатково містить у собі контролер та вимірювальний пристрій, який вимірює напругу батареї. Відповідно до цього варіанту реалізації винаходу контролер визначає стан батареї використовуючи напругу батареї та активує біполярний генератор імпульсів підвищеної напруги для батарей виходячи зі стану батареї. В одному варіанті реалізації винаходу біполярний генератор імпульсів підвищеної напруги для батарей використовують для обслуговування свинцево-кислотної батареї. В іншому варіанті реалізації винаходу біполярний генератор імпульсів підвищеної напруги для батарей може обслуговувати інші типи батарей (наприклад, не свинцево-кислотні батареї). У деяких варіантах реалізації винаходу біполярний генератор імпульсів підвищеної напруги для батарей згідно винаходу безпосередньо інтегрований у батарею. Іншим предметом винаходу є способи обслуговування батареї. В одному варіанті реалізації винаходу спосіб обслуговування батареї містить крок, де використовують біполярний генератор 3 UA 114278 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 імпульсів підвищеної напруги для батарей згідно винаходу для підвищення циклічного терміну служби батареї та здатності батареї утримувати ємність. В іще одному варіанті реалізації винаходу спосіб для обслуговування множини батарей, в якому кожна батарея з множини батарей має біполярний генератор імпульсів підвищеної напруги для батарей згідно винаходу, включає крок управління кожним з біполярних генераторів імпульсів підвищеної напруги для батарей так, щоб у будь-який момент часу не більше, ніж від одного біполярного генератора імпульсів підвищеної напруги для батарей надходила підвищена напруга. В одному варіанті реалізації винаходу спосіб обслуговування батареї включає в себе кроки надання позитивного імпульсного коливання напруги, яке має одинарний позитивний імпульс, та негативного імпульсного коливання напруги, яке має одинарний негативний або інвертований імпульс, та почергового прикладання позитивного імпульсного коливання напруги та негативного імпульсного коливання напруги до виводів батареї. Відповідно до цього варіанту реалізації винаходу спосіб обслуговування батареї може, крім того, включати в себе крок об'єднання позитивного імпульсного коливання напруги та негативного імпульсного коливання напруги перед прикладанням коливань до виводів батареї. В іншому варіанті реалізації винаходу одинарний позитивний імпульс задають переднім фронтом та амплітудою позитивного імпульсу, а негативний або інвертований імпульс задають заднім фронтом та амплітудою негативного імпульсу. У деяких варіантах реалізації винаходу тривалість часу наростання переднього фронту і тривалість заднього фронту, кожна, менша, ніж час релаксації електролітичного розчину батареї. В одному варіанті реалізації винаходу спосіб включає в себе кроки генерування позитивної імпульсної напруги та негативної імпульсної напруги, перетворення позитивної імпульсної напруги в позитивне імпульсне коливання напруги та негативної імпульсної напруги в негативне імпульсне коливання напруги, об'єднання позитивного імпульсного коливання напруги та негативного імпульсного коливання напруги в імпульсне коливання напруги та прикладання імпульсного коливання напруги до виводів батареї. В іншому варіанті реалізації винаходу спосіб може додатково включати в себе крок підсилення позитивного імпульсного коливання напруги та негативного імпульсного коливання напруги або, в іншому варіанті реалізації винаходу, підсилення імпульсного коливання напруги, яке містить у собі об'єднання позитивного та негативного імпульсного коливання напруги. У деяких варіантах реалізації винаходу крок генерування в способі включає в себе кроки генерування імпульсної напруги та перетворення імпульсної напруги, почергово, в прохідну імпульсну напругу та інвертовану імпульсну напругу, де прохідною імпульсною напругою є будьяка позитивна імпульсна напруга або негативна імпульсна напруга, а інвертованою імпульсною напругою є позитивна імпульсна напруга або негативна імпульсна напруга, протилежна прохідній. У деяких варіантах реалізації винаходу крок перетворення в способі включає в себе кроки формування позитивної імпульсної напруги та негативної імпульсної напруги, відповідно, в форму позитивної імпульсної напруги та в форму негативної імпульсної напруги, розподіл форми позитивної імпульсної напруги та форми негативної імпульсної напруги, відповідно, в позитивне імпульсне коливання напруги та негативне імпульсне коливання напруги. Інші аспекти та варіанти реалізації будуть представлені в ході подальшого опису, доповненого відповідними рисунками. Крім того, винахід детально описаний у доданій формулі винаходу. Таким чином, описавши винахід у загальних термінах, тепер будуть зроблені посилання на супровідні рисунки, які необов'язково зображені в масштабі, і на яких: Фіг. 1 - графік, на якому порівнюють типовий імпульсний цикл підвищеної напруги, прикладений до виводів батареї згідно винаходу, із співвідношенням щільності іонів у електрохімічному елементі; Фіг. 2 - структурна схема, яка ілюструє варіант реалізації генератора біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей згідно винаходу; Фіг. 3А - електрична схема, яку використовують у варіанті реалізації мікроконтролера генератора біполярних імпульсів підвищеної напруги згідно винаходу; Фіг. 3В - електрична схема варіанта реалізації перетворювача напруги генератора біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей згідно винаходу; Фіг. 3С - електрична схема варіанта реалізації підсилювача напруги і розподільника імпульсної напруги генератора біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей згідно винаходу; 4 UA 114278 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Фіг. 3D - електрична схема варіанта реалізації генератора біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей згідно винаходу, який містить мікроконтролер, перетворювач напруги та підсилювач напруги; Фіг. 4 - зовнішній вигляд варіанта реалізації генератора біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей згідно винаходу, інтегрованого з батареєю; Фіг. 5 - структурна схема варіанта реалізації винаходу з множиною генераторів біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей, інтегрованих з відповідною кількістю батарей; Фіг. 6 - графік, який показує час розряджання батареї, яку обслуговували згідно з варіантом реалізації винаходу, в порівнянні з часом розряджання зарядки батареї, яку таким чином не обслуговували; та Фіг. 7 - графік, який показує час розрядження батареї в залежності від кількості циклів заряджання/розряджання батареї, яку обслуговують відповідно до реалізації винаходу, в порівнянні зі часом розрядження батареї залежності від кількості циклів заряджання/розряджання батареї, яку не обслуговували. Винахід буде описаний нижче більш детально з посиланнями на відповідні рисунки, в яких показані деякі, але не всі варіанти реалізації винаходу. Можуть бути описані бажані варіанти реалізації, але цей винахід може бути реалізований у інших формах і не обмежується набором варіантів реалізації, наведених нижче. Скоріше, ці варіанти реалізації представлені так, щоб таке описання було повним і завершеним, а також повністю описувало рамки винаходу для всіх спеціалістів у цій галузі. Варіанти реалізації винаходу ніяким чином не можуть бути інтерпретовані як обмеження винаходу. Скрізь одні і ті ж номери позначають одні і одні і ті самі елементи. І в описі, і в формулі винаходу, що додається, форми однини включають і посилання на форми множини, якщо тільки контекст чітко не вказує на протилежне. Наприклад, посилання на "батарею" включає множину таких батарей. Буде зрозуміло, що відносні терміни, такі як "попередній" або "за яким слідує" або подібні, можуть бути використані тут для опису взаємозв'язку одного елемента з іншим, як показано на рисунках. Буде зрозуміло, що такі терміни можуть використовуватися для опису відповідних позицій елемента або елементів винаходу без обмежень, поки контекст чітко не вкаже протилежне. Варіанти реалізації винаходу описані тут з посиланнями на різні види, які містять види у перспективі, які є схематичними відображеннями ідеалізованих варіантів реалізації винаходу. Спеціалістам в галузі, до якої належить винахід, зрозуміло, що для реалізації винаходу можливо використовувати варіанти або модифікації форм, показаних на рисунках. Такі варіанти та/або модифікації можуть бути результатом технік виробництва, дизайнерських рішень і т.п., а також такі варіанти будуть включені тут в рамки цього винаходу та у формулу винаходу, наведену нижче. Пункти цього винаходу та відповідні їм компоненти, показані на рисунках, не призначені для відображення точної форми компонента пункту та не призначені для обмеження рамок цього винаходу. Хоч тут застосовуються спеціальні терміни, вони використовуються тільки у загальному та описовому сенсі, а не з метою обмеження. Всі терміни, включаючи технічні та наукові терміни, які використані тут, мають значення, яке зрозуміле всім спеціалістам в галузі, до якої належить винахід, якщо тільки термін не визначений інакше. Надалі буде зрозуміло, що терміни, які визначені у загальних словниках, мають інтерпретуватися такими значеннями, які зрозумілі всім спеціалістам в галузі, до якої належить винахід. Надалі буде зрозуміло, що терміни, які визначені у загальних словниках, мають інтерпретуватися відповідно до значення у контексті релевантності та поточного опису. Такі терміни загального використання не будуть інтерпретуватися у ідеалізованому або занадто формальному сенсі, якщо тільки в описі точно не вказане протилежне. Предметом винаходу є генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей. В загальному випадку, генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей містить у собі генератор імпульсів, який генерує позитивну та негативну імпульсну напругу, перетворювач імпульсів напруги, який перетворює позитивну та негативну імпульсну напругу в позитивне та негативне імпульсне коливання напруги, розподільник імпульсної напруги, який об'єднує позитивне імпульсне коливання напруги та негативне імпульсне коливання напруги в імпульсне коливання напруги, яке прикладають до виводів батареї, та, як опція, підсилювач, який може підсилювати позитивне та негативне імпульсне коливання напруги або імпульсне коливання напруги. В одному варіанті реалізації винаходу генератор імпульсів може бути сконфігурований в мікроконтролері. В іншому варіанті реалізації винаходу генератор імпульсів містить у собі 5 UA 114278 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 генератор позитивних імпульсів та генератор негативних імпульсів. В інших варіантах реалізації винаходу генератор імпульсів може мати перемикач з можливістю інвертування, який почергово перетворює імпульсну напругу в позитивну імпульсну напругу та негативну імпульсну напругу. Не обмежуючись цим, винайдений пристрій, зокрема, корисний для збільшення циклічного терміну служби батареї та покращення здатності батареї утримувати ємність. Якщо імпульси напруги прикладають до електродів батареї, то виникає зміна потенціалу між електрохімічним розчином та електродами. У всіх хімічних системах, наприклад, без наміру обмеження, в свинцево-кислотній батареї існує тенденція змінюватися до рівноважного стану. Якщо існуюча рівновага порушена, наприклад, зміною потенціалу електрода, то відношення щільності іонів електрохімічного розчину до щільності іонів поверхневого шару на електроді буде змінюватися, поки не будуть досягнуті нові умови рівноваги. Час релаксації визначається як кількість часу, необхідна системі, щоб досягти нового стану рівноваги. Постійна часу релаксації, яка характеризує зміну відношення щільності іонів в залежності від часу, визначається спеціальною діелектричною константою, діленою на спеціальну величину електропровідності, обидві вони є властивостями електролітичного розчину. Імпульс позитивної напруги, який прикладають до електрохімічної системи, імпульс типу A, визначається тривалістю часу наростання фронту імпульсу, який відповідає кількості часу, необхідного для переходу переднього краю імпульсу напруги від моменту часу, коли імпульс починає зростати, до часу, коли він досягає максимального піку імпульсу. Якщо тривалість часу наростання імпульсу типу A менша за час релаксації електрохімічної системи, то до електрохімічної системі прикладаються умови підвищеної напруги, співвідношення значень щільності іонів зміниться на нове значення під час релаксації, що базується на новій прикладеній різниці потенціалів відповідно до закону розподілення Больцмана, рівняння (1). Позитивний імпульс напруги, який викликає підвищену напругу в електрохімічній системі, призведе до збільшення співвідношення щільності іонів електрохімічного розчину до щільності іонів поверхневого шару на електроді, поки цей позитивний імпульс напруги не буде знятий, що дозволить електрохімічній системі повернутися в попередній стан або релаксувати до її звичайного стану рівноваги. З іншого боку, умова підвищеної напруги також може бути створена за допомогою використання негативного імпульсу напруги, або імпульсу типу B, який має протилежну від імпульсу позитивної напруги типу A полярність. Протягом часу прикладання імпульсу типу B співвідношення значень щільності іонів зменшиться, але після закінчення імпульсу типу B, співвідношення значень щільності іонів повернеться до значення, яке задовольняє розподіленню Больцмана відповідно до рівняння (1). Тривалість часу наростання негативного імпульсу напруги відповідає кількості часу, необхідного для переходу спаду імпульсу напруги від моменту часу, коли задній фронт імпульсу починає змінюватися, до часу, коли імпульс вже не прикладають. Якщо тривалість часу наростання заднього фронту імпульсу негативної напруги менший за час релаксації системи, то до електрохімічної системи прикладаються умови підвищеної напруги. Також було виявлено, що при прикладанні до електрохімічної системи таких же імпульсів позитивної напруги, або імпульсів типу A, з високою частотою, один за одним, досягається менше підвищення напруги від другого імпульсу в результаті нездатності відношення щільності іонів електрохімічного розчину до щільності іонів поверхневого шару повертатися до його стану рівноваги. Пізніше було виявлено, що такий "ефект запам'ятовування" можна усунути за допомогою включення негативного імпульсу напруги, імпульсу типу B, між двома позитивними імпульсами напруги, імпульсами типу A, кожен з яких почергово прикладають до електродів батареї. На практиці прикладання імпульсу типу B працює як "скидання" ефекту, який спричиняє імпульс типу A, та, навпаки, попереджує виникнення такого "ефекту запам'ятовування". Також було виявлено, що в ході "часу очікування" або часу релаксації після закінчення імпульсу, виключаючи перекривання імпульсів, частота імпульсів типу A та B може бути збільшена, що також створює сприятливий ефект за допомогою збільшення часу перебування електрохімічної систему у неврівноваженому стані. Зменшення тривалості часу наростання переднього фронту позитивного імпульсу напруги та заднього фронту негативного імпульсу напруги збільшить тривалість підвищеної напруги, яка може бути прикладена до батареї. Підвищена напруга, прикладена до батареї, також дозволить імпульсам підвищеної частоти значно довше підтримувати електрохімічну систему в неврівноваженому стані. Під час умов рівноваги нічого не відбувається, тобто, немає чистого ефекту змін в електрохімічній системі. Зміни в електрохімічній системі можуть викликатися для переривання 6 UA 114278 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 стану рівноваги за допомогою прикладання імпульсів підвищеної напруги між електродом і "хмарою" іонів навколо електроду. Це призведе до періоду підвищеної напруги зі збільшеною силою електричного поля, яка діє на хмару іонів, що у більшій кількості та зі збільшеною енергією будуть притягуватися до електродів. У цей самий час, сила дифузії, або результуюча, що відштовхує іони від електрода, слабша, ніж електрична сила. Завдяки більшій швидкості та енергії, іони з прикріпленими іонами, які мають протилежну полярність, втратять ці прикріплені іони в результаті збільшення їх власної швидкості та енергії. + Іони з високою енергією, наприклад, позитивний іон водню Н 2 з розділеної молекули води може проникати крізь будь-які кристалічні структури, які можуть утворитись на негативному електроді. В прикладі, який не обмежує винахід, в свинцево-кислотній батареї позитивний іон водню може проникати крізь будь-який кристалічний шар сульфату свинцю PbSO4, який може сформуватися на негативному електроді, та розчинити кристалічний шар за допомогою утворення сірчаної кислоти Н2SO4, поповнюючи таким чином електрохімічний розчин, поки на електроді не залишить чистий свинець. В іншому прикладі, який не обмежує винахід, негативний іон оксиду з розділеної молекули води буде сприяти перебудові кристалів двоокису свинцю PbO2 на позитивному електроді. Практично, менше енергії необхідно, щоб побудувати з великих існуючих кристалів ще більші; через це, більш гомогенні кристали з великою кількістю двоокису свинцю, будуть утворюватись на позитивному електроді. Відповідно, в умовах, створених згідно винаходу, "народжуваність" нових кристалів збільшується пропорційно до значення прикладеної підвищеної напруги. На фіг. 1 представлені цикл імпульсної підвищеної напруги, прикладеної до контактів батареї, і співвідношення значень щільності іонів у електрохімічному елементі. Суцільна лінія 10 відображає напругу батареї, крива 12 відображає значення щільності іонів, 14, 16, 18 - стани підвищеної напруги, прикладені до електрохімічного елемента. Тривалості часу наростання позитивного імпульсу напруги та негативного імпульсу напруги позначені як Т r, а константа часу релаксації позначена як Тс. В свинцево-кислотній батареї, наприклад, ріст кристалів сульфату свинцю на негативному електроді та зменшення кількості кристалів двоокису свинцю на позитивному електроді можуть призвести до зниження загального терміну служби батареї. Також, встановлено, що зниження ефекту запам'ятовування збільшує ефект дії підвищеної напруги, і прикладання амплітуди імпульсу підвищеної напруги також призведе до збільшення загального терміну служби батареї. Прикладанням, що повторюється, позитивного імпульсу напруги до електродів батареї, яке створює умови підвищеної напруги на батареї, за яким слідує прикладання до електродів батареї негативного імпульсу напруги, яке створює схожі умови підвищеної напруги для нейтралізації ефектів попередніх умов підвищеної напруги, зменшується ефект запам'ятовування, притаманний батареї, збільшується термін служби батареї і здатність батареї утримувати ємність. У деяких варіантах реалізації винаходу термін служби батареї може бути збільшеним в 1.7-2.2 рази, як показано збільшенням циклічного терміну служби на фіг. 7. Наприклад, в одному варіанті реалізації винаходу спосіб згідно цього винаходу, такий як застосування генератора біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей збільшує циклічний термін служби батареї не менше, ніж приблизно на 10 % в порівнянні з такою ж батареєю, але без застосування цього винаходу. В наступному варіанті реалізації генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей згідно цього винаходу збільшує термін служби батареї не менше, ніж приблизно на 50 %. В ще одному варіанті реалізації генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей згідно цього винаходу збільшує термін служби батареї не менше, ніж приблизно на 70 %. В ще одному варіанті реалізації генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей згідно цього винаходу збільшує термін служби батареї не менше, ніж приблизно на 120 %. В ще одному варіанті реалізації генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей згідно цього винаходу збільшує термін служби батареї не менше, ніж приблизно на 200 %. В ще одному варіанті реалізації генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей згідно цього винаходу збільшує термін служби батареї не менше, ніж приблизно на 250 %. В інших варіантах реалізації винаходу спосіб згідно цього винаходу такий як використання генератора біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей, утримує ємність батареї, як мінімум приблизно на 10 % більшою, ніж утримувана ємність такої ж батареї без застосування винаходу. В іншому варіанті реалізації винаходу генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей згідно цього винаходу утримує ємність батареї, щонайменше, приблизно на 50 % більшою, ніж утримувана ємність такої ж батареї без застосування винаходу. В іншому варіанті реалізації винаходу генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей згідно цього винаходу утримує ємність батареї, щонайменше, приблизно на 100 % більшою, ніж 7 UA 114278 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 утримувана ємність такої ж батареї без застосування винаходу. В іншій реалізації винаходу генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей згідно цього винаходу утримує ємність батареї, щонайменше, приблизно на 150 % більшою, ніж утримувана ємність такої ж батареї без застосування винаходу. В деяких варіантах реалізації винаходу імпульсний цикл для збільшення циклічного терміну служби батареї та/або надання можливості батареї утримувати ємність може бути сформований пристроєм або апаратом відомим тут як генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей. На фіг. 2 показана структурна схема генератора біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей 1. В цьому варіанті реалізації винаходу, наведеному для прикладу, генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей 1 містить у собі генератор імпульсів 20 для генерування позитивних і негативних імпульсів напруги. У варіанті реалізації, показаному на фіг. 2, генератор імпульсів 20 сконфігурований в мікроконтролері 22, додатково мікроконтролер містить аналогово-цифровий перетворювач (АЦП) 24, блок моніторингу напруги 26, та блок управління вмиканням/вимиканням 28. Опціонально, світлодіод статусу 30 може показувати статус мікроконтролера 22 та/або генератора імпульсів 20. На фіг. 3А показана електрична схема генератора біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей 1, який має мікроконтролер 22, який містить у собі генератор імпульсів 20. Мікроконтролер 22 у цьому варіанті реалізації, є 8-бітним мікроконтролером, що базується на архітектурі з обмеженим набором команд (RISC). Мікроконтролер 22 може мати будь-яку кількість функцій, необхідних для підтримки здатності конфігурувати та забезпечувати роботу генератора імпульсів 20, включаючи, без обмеження, центральний процесор; робочі регістри; енергонезалежну пам'ять, яка можуть включати в себе, але не обов'язково обмежується, флеш пам'ять для зберігання програм, електрично програмовану постійну пам'ять, та вхідні/вихідні буфери; таймер/лічильник; осцилятор; аналогово-цифрові канали; послідовний інтерфейс; аналогово-цифровий перетворювач та переривання. Цифрове живлення VCC мікроконтролера 22 забезпечується за допомогою джерела живлення (5В) 100 та котушки індуктивності живлення 102. Напруга живлення для АЦП 24 для аналогового перетворювача ADCC надходить від джерела живлення (5В) 104, яким може бути джерело живлення 100 або інше джерело живлення 5В, через другу котушку індуктивності 106. Вхід скидання 108 розміщений на порту контролера РС6. Позитивний імпульс напруги 110 виводиться на вивід РВ1 мікроконтролера 22, а негативний імпульс напруги 112 виводиться на вивід РВ2 мікроконтролера 22. В іншому варіанті реалізації винаходу генератор імпульсів 20 може генерувати позитивну імпульсну напругу та негативну імпульсну напругу за допомогою додаткової електричної схеми. Для генерування позитивної імпульсної напруги і негативної імпульсної напруги може бути використана будь-яка схема, відома в цій галузі. В іще одному варіанті реалізації винаходу генератор імпульсів генерує імпульсну напругу, а комутатор з можливістю інвертування почергово перетворює вхідну імпульсну напругу в прохідну імпульсну напругу та інвертовану імпульсну напругу. Прохідна імпульсна напруга є або позитивною або негативною імпульсною напругою, а інвертована імпульсна напруга є протилежною вхідній – або позитивною або негативною імпульсною напругою. Як показано на фіг. 2, перетворювач позитивної імпульсної напруги 32 перетворює позитивну імпульсну напругу в позитивне імпульсне коливання напруги 34. Так само, перетворювач негативної імпульсної напруги 36 перетворює негативну імпульсну напругу в негативне імпульсне коливання напруги 38. Позитивне імпульсне коливання напруги 34 та негативне імпульсне коливання напруги 38 в загальному випадку описуються імпульсною циклічною частотою, шириною імпульсу, амплітудою імпульсу, тривалістю часу наростання переднього фронту позитивного імпульсу та тривалістю часу наростання заднього фронту негативного імпульсу, відповідно. У деяких варіантах реалізації винаходу і перетворювач позитивної імпульсної напруги 32, і перетворювач негативної імпульсної напруги 36 формують та надають необхідну синхронізацію для позитивного імпульсного коливання напруги 34 та негативного імпульсного коливання напруги 38, відповідно. В одному варіанті реалізації винаходу один з перетворювачів або обидва: і перетворювач позитивної імпульсної напруги 32, і перетворювач негативної імпульсної напруги 36 містять у собі формувач імпульсів та генератор синхронізації (не показаний). Формувач імпульсів і генератор синхронізації сконфігуровані для перетворення імпульсної напруги в імпульсні коливання напруги. На фіг. 3B показана електрична схема варіанта реалізації перетворювача блока імпульсної напруги 120 генератора біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей 1, де перетворювач позитивної імпульсної напруги 32 та перетворювач негативної імпульсної напруги 36 знаходяться в інтегральній мікросхемі 122. Позитивний імпульс напруги 110 та негативний 8 UA 114278 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 імпульс напруги 112 надходять, відповідно, на верхній логічний вхід HIN та нижній логічний вхід LIN інтегральної мікросхеми 122. Інтегральна мікросхема 122 живиться напругою 12В від джерела живлення 124, струм якого обмежується резистором 126. Ланцюг компенсаційного зворотного зв'язку, що містить діод 128 та компенсаційний конденсатор 130, використовується для живлення каскад високої напруги інтегрованої мікросхеми. Плаваюча опорна напруга 132 забезпечується інтегрованою мікросхемою 122 на вихідному виводі OUT. Позитивне імпульсне коливання напруги 134 та негативне імпульсне коливання напруги 136 виводяться з інтегрованої мікросхеми 22 на верхньому виході перетворювача HVG та на нижньому виході перетворювача LVG, відповідно. Час наростання сигналу на виходах верхньому та нижньому виходах перетворювача можна задавати ємністю навантаження. Відповідно до інших варіантів реалізації винаходу перетворювач позитивної та перетворювач негативної імпульсної напруги можуть бути реалізовувані в окремих конфігураціях, наприклад, за допомогою окремих інтегрованих мікросхем. Як показано на фіг. 2, позитивне імпульсне коливання напруги та негативне імпульсне коливання напруги можна підсилювати за допомогою підсилювача позитивної напруги 40 та підсилювача негативної напруги 42, які живляться від блоку живлення 44. Наприклад, напруги блоку живлення має бути достатньо для забезпечення того, щоб амплітуда позитивного імпульсного коливання напруги та інвертованого негативного імпульсного коливання напруги перевищувала напругу батареї. Позитивне імпульсне коливання напруги 46 та негативне імпульсне коливання напруги 48, сигнали яких підсилені, об'єднуються в імпульсне коливання напруги 52 за допомогою розподільника імпульсної напруги 50 або схеми розподілення імпульсної напруги. Розподільник імпульсної напруги 50 подає імпульсне коливання напруги 52, яке є комбінацією позитивного імпульсного коливання напруги 46 та негативного імпульсного коливання напруги 48, на виводи батареї 54. На фіг. 3C показана електрична схема варіанта реалізації підсилювача позитивної напруги 40, підсилювача негативної напруги 42 та розподільника напруги 50 генератора біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей, яка представляє вихідний каскад 140 варіанта генератора біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей. В іншому варіанті реалізації винаходу замість підсилення позитивного імпульсного коливання напруги та негативного імпульсного коливання напруги може бути підсилене саме імпульсне коливання напруги 52 (не показано). В іще одному варіанті реалізації винаходу перетворювач позитивної імпульсної напруги 32 та перетворювач негативної імпульсної напруги 36 сконфігуровані для забезпечення необхідного підсилення напруги позитивного імпульсного коливання напруги та негативного імпульсного коливання напруги і додаткове підсилення не потрібне. На фіг. 3D показана електрична схема варіанта реалізації генератора біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей згідно винаходу, який містить у собі мікроконтролер 22, який видає позитивну імпульсну напругу та негативну імпульсну напругу на перетворювач імпульсної напруги 120. Перетворювач імпульсної напруги 120 потім видає позитивне імпульсне коливання напруги та негативне імпульсне коливання напруги на вихідний каскад 140 генератора біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей. Підсилені та скомбіновані імпульсні коливання напруги з вихідного каскаду 140 подають на виводи батареї. Відповідно до фіг. 1 тривалість часу наростання позитивного імпульсу напруги та негативного імпульсу напруги, які подають на виводи батареї, позначені як Tr. Константа часу релаксації, яка означає час необхідний для того, щоб відношення значень щільності іонів повернулось до стану рівноваги, позначена як Т с. Ширина імпульсу імпульсів позитивного імпульсного коливання напруги та негативного імпульсного коливання напруги позначена як Т w. Час між переднім фронтом позитивного імпульсу та переднім фронтом негативного імпульсу позначений як Та-b. Період, обернений імпульсній циклічній частоті, позначений як Т а-а. Перетворювач позитивної імпульсної напруги 32 та перетворювач негативної імпульсної напруги 34 сконфігуровані для генерації позитивного імпульсного коливання 34 та негативного імпульсного коливання 38, де тривалість часу наростання переднього фронту позитивного імпульсу та тривалість часу наростання заднього фронту негативного імпульсу коротші, ніж значення константи часу релаксації електрохімічного елемента. У деяких варіантах реалізації винаходу тривалість часу наростання переднього фронту позитивного імпульсу напруги та заднього фронту негативного імпульсу напруги вибрані так, щоб становити не більше, ніж 3/4 значення константи часу релаксації. В іншому варіанті реалізації винаходу тривалість часу наростання переднього фронту позитивного імпульсу напруги та заднього фронту негативного імпульсу напруги вибрані так, щоб становити не більше, ніж 1/2 значення константи часу 9 UA 114278 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 релаксації. В іще одному варіанті реалізації винаходу тривалість часу наростання переднього фронту позитивного імпульсу напруги та заднього фронту негативного імпульсу напруги вибрані так, щоб становити не більше, ніж 1/3 значення константи часу релаксації. У деяких варіантах реалізації винаходу тривалість часу наростання переднього фронту позитивного імпульсу напруги та заднього фронту негативного імпульсу напруги вибрані так, щоб становити не більше, ніж 1/4 значення константи часу релаксації. У деяких варіантах реалізації винаходу тривалість часу наростання переднього фронту позитивного імпульсу напруги та заднього фронту негативного імпульсу напруги вибрані так, щоб становити не більше, ніж 1/8 значення константи часу релаксації. У деяких варіантах реалізації винаходу тривалість часу наростання переднього фронту позитивного імпульсу напруги та заднього фронту негативного імпульсу напруги вибрані так, щоб становити 1/10 значення константи часу релаксації. В інших варіантах реалізації винаходу тривалість часу наростання переднього фронту позитивного імпульсу напруги та заднього фронту негативного імпульсу напруги різні, але вибрані так, щоб кожен був меншим, ніж значення константи часу релаксації. В інших варіантах реалізації винаходу тривалість часу наростання переднього фронту позитивного імпульсу та тривалість часу наростання заднього фронту негативного імпульсу коротші, ніж час релаксації електрохімічного елемента. У деяких варіантах реалізації винаходу тривалість часу наростання переднього фронту позитивного імпульсу напруги та заднього фронту негативного імпульсу напруги вибрані так, щоб становити не більше, ніж 1/2 значення часу релаксації. В іншому варіанті реалізації винаходу тривалість часу наростання переднього фронту позитивного імпульсу напруги та заднього фронту негативного імпульсу напруги вибрані так, щоб становити не більше, ніж 1/3 значення часу релаксації. У наступних варіантах реалізації винаходу тривалість часу наростання переднього фронту позитивного імпульсу напруги та заднього фронту негативного імпульсу напруги вибрані так, щоб становити не більше, ніж 1/4 значення часу релаксації. В деяких інших варіантах реалізації винаходу тривалість часу наростання переднього фронту позитивного імпульсу напруги та заднього фронту негативного імпульсу напруги вибрані так, щоб становити не більше, ніж 1/8 значення часу релаксації. У ще інших варіантах реалізації винаходу тривалість часу наростання переднього фронту позитивного імпульсу напруги та заднього фронту негативного імпульсу напруги вибрані так, щоб становити не більше, ніж 1/10 значення часу релаксації. В інших варіантах реалізації винаходу тривалість часу наростання переднього фронту позитивного імпульсу напруги та заднього фронту негативного імпульсу напруги різні, але кожен з них вибраний так, щоб бути меншим, ніж значення часу релаксації. В одному варіанті реалізації винаходу імпульсна циклічна частота максимізована, але не має бути настільки високою, щоб почалося перекривання імпульсів позитивного імпульсного коливання напруги та негативного імпульсного коливання напруги. У деяких варіантах реалізації винаходу імпульсна циклічна частота знаходиться в діапазоні від приблизно 30 кГц до приблизно 100 кГц, що створює період тривалістю від приблизно 10 мкс до приблизно 35 мкс. В одному варіанті реалізації винаходу тривалість імпульсу перевищує час релаксації. Відповідно до одного варіанта реалізації винаходу тривалість імпульсу становить, щонайменше, 5 значень часу релаксації. В іншому варіанті реалізації винаходу тривалість імпульсу становить, щонайменше, 10 значень часу релаксації. В іще іншому варіанті реалізації винаходу тривалість імпульсу становить, щонайменше, 20 значень часу релаксації. В ще іншому варіанті реалізації винаходу тривалість імпульсу становить, щонайменше, 30 значень часу релаксації. В наступному варіанті реалізації винаходу тривалість імпульсу становить, щонайменше, 40 значень часу релаксації. В наступному варіанті реалізації винаходу тривалість імпульсу становить, щонайменше, 50 значень часу релаксації. В наступному варіанті реалізації винаходу тривалість імпульсу становить, щонайменше, 100 значень часу релаксації. Час між переднім фронтом позитивного імпульсу та переднім фронтом негативного імпульсу становить деяку частину періоду. У одному варіанті реалізації винаходу кількість часу між переднім фронтом позитивного імпульсу та переднім фронтом негативного імпульсу обирається так, щоб не було перекриття між імпульсами позитивного імпульсного коливання напруги та негативного імпульсного коливання напруги. Згідно одному варіанту реалізації винаходу час між переднім фронтом позитивного імпульсу та переднім фронтом негативного імпульсу становить, щонайменше, 1/4 періоду. В іншому варіанті реалізації винаходу час між переднім фронтом позитивного імпульсу та переднім фронтом негативного імпульсу становить, щонайменше, 1/3 періоду. В іще одному варіанті реалізації винаходу час між переднім фронтом позитивного імпульсу та переднім фронтом негативного імпульсу становить, щонайменше, 1/2 періоду. В іншому варіанті реалізації винаходу час між переднім фронтом позитивного імпульсу та переднім фронтом негативного імпульсу становить, щонайменше, 3/4 періоду. 10 UA 114278 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Для того, щоб досягти підвищеної напруги, амплітуди імпульсів позитивного імпульсного коливання напруги та негативного імпульсного коливання напруги мають перевищувати напругу батареї. В одному варіанті реалізації винаходу амплітуда імпульсів позитивного імпульсного коливання напруги та негативного імпульсного коливання напруги, щонайменше, на 10 % більша, ніж напруга батареї. В іншому варіанті реалізації винаходу амплітуда імпульсів позитивного імпульсного коливання напруги та негативного імпульсного коливання напруги, щонайменше, на 20 % більша, ніж напруга батареї. В іншому варіанті реалізації винаходу амплітуда імпульсів позитивного імпульсного коливання напруги та негативного імпульсного коливання напруги, щонайменше, на 50 % більша, ніж напруга батареї. В іншому варіанті реалізації винаходу амплітуда імпульсів позитивного імпульсного коливання напруги та негативного імпульсного коливання напруги, щонайменше, на 100 % більша, ніж напруга батареї. В іншому варіанті реалізації винаходу амплітуда імпульсів позитивного імпульсного коливання напруги та негативного імпульсного коливання напруги, щонайменше, на 150 % більша, ніж напруга батареї. В іншому варіанті реалізації винаходу амплітуда імпульсів позитивного імпульсного коливання напруги та негативного імпульсного коливання напруги, щонайменше, на 200 % більша, ніж напруга батареї. У деяких варіантах реалізації винаходу амплітуда імпульсів позитивного імпульсного коливання напруги та негативного імпульсного коливання напруги знаходиться в діапазоні на 75 % – 125 % більшому, ніж напруга батареї. В іншому варіанті реалізації винаходу амплітуда імпульсів позитивного імпульсного коливання напруги та негативного імпульсного коливання напруги знаходиться в діапазоні на 80 % - 120 % більшому, ніж напруга батареї. В іншому варіанті реалізації винаходу амплітуда імпульсів позитивного імпульсного коливання напруги та негативного імпульсного коливання напруги знаходиться в діапазоні на 90 % – 110 % більшому, ніж напруга батареї. В інших варіантах реалізації винаходу амплітуда імпульсів позитивного імпульсного коливання напруги та негативного імпульсного коливання напруги вдвічі більша, ніж напруга батареї. У деяких варіантах реалізації винаходу амплітуди імпульсів позитивного імпульсного коливання напруги та негативного імпульсного коливання напруги не однакові. В ще інших варіантах реалізації винаходу і тривалості, і амплітуди імпульсів позитивного імпульсного коливання напруги та негативного імпульсного коливання напруги встановлюють так, щоб забезпечити найбільше можливе значення підвищеної напруги, яке прикладають до батареї, та/або найбільше збільшення циклічного терміну служби батареї. В одному варіанті реалізації винаходу вимірювальний пристрій забезпечує вимірювання напруги батареї та пересилає результат вимірювання на контролер, який сконфігурований для скидання амплітуд імпульсів позитивного імпульсного коливання напруги та негативного імпульсного коливання напруги, які видає генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей, для досягнення бажаного значення підвищеної напруги або бажаного діапазону підвищеної напруги. У деяких варіантах реалізації винаходу генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей також може містити у собі контролер та вимірювальний пристрій, який забезпечує вимірювання напруги батареї. Вимірювання напруги батареї може використовуватися контролером для ідентифікації та визначення стану батареї. Наприклад, якщо напруга батареї нижча за визначене значення, то контролер може бути логічно сконфігурований, щоб ідентифікувати, що батарея знаходиться в стані зарядки. Якщо напруга батареї перевищує визначене значення, то контролер може бути логічно сконфігурований, щоб ідентифікувати, що батарея повністю заряджена. Інші ідентифікації станів можуть конфігуруватися базуючись не тільки на напрузі батареї, а також на напрямі та/або швидкості зміни напруги батареї. Інші вимірювання також можуть залучатися до визначення стану, наприклад, температура батареї. Контролер може бути сконфігурований для активації та деактивації генератора біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей в залежності від стану батареї, який ідентифікується контролером базуючись на напрузі батареї та/або інших вимірюваннях. Генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей може бути окремим пристроєм, не інтегрованим зі спеціальною батареєю. В інших варіантах реалізації винаходу генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей може бути інтегрованим з батареєю. На фіг. 4 показаний зовнішній вигляд варіанта реалізації винаходу, на якому представлений генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей, інтегрований з батареєю. Такий приклад реалізації винаходу представляє генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей 1, який конструктивно суміщений з свинцево-кислотною батареєю 200. Генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей 1 ізольований від електроліту свинцево-кислотної батареї 200, наприклад, за допомогою пластикової 11 UA 114278 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 перегородки. В цьому прикладі реалізації генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей внутрішньо підключений до позитивного виводу батареї 202 та негативного виводу батареї 204. Хоч в цьому варіанті реалізації винаходу показаний генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей 1, який інтегрований з свинцево-кислотною батареєю 200, використання генератора біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей не обмежується тільки цим типом батарей. Генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей також можна використовувати та/або інтегрувати з іншими типами батарей, що перезаряджаються. В одному варіанті реалізації винаходу спосіб та пристрій згідно винаходу може бути використаний для роботи зі свинцево-кислотними батареями. Явище, на якому базується пристрій та спосіб згідно винаходу, може бути корисним при роботі з іншими типами батарей, не свинцево-кислотних, ці батареї можуть збільшити розмір ємності батарей, яку вони здатні утримувати, та загальний термін служби батареї за допомогою застосування пристрою та способу згідно винаходу. Звичайно, імпульсні специфікації, а також інші параметри, пов'язані з пристроєм та способом згідно винаходу, для таких інших батарей мають бути адаптованими до властивостей матеріалів, притаманних таким батареям інших типів. Одначе, в іншому варіанті реалізації винаходу спосіб та пристрій згідно винаходу можуть бути застосовані для інших типів батарей (тобто, не свинцево-кислотних батарей). Необмежені приклади типів не свинцево-кислотних батарей, з якими можуть бути використані спосіб та пристрій згідно винаходу, включають літій-іонні батареї, літій-полімерні батареї, батареї на сульфаті літію, літій-титанові батареї, батареї на літій-фосфаті заліза, тонкоплівкові батареї, що перезаряджаються, батареї нікель-гідриду металу, нікель-кадмієві батареї, нікель-цинкові батареї, нікель-залізні батареї, нікель-водневі батареї, лужні батареї, що перезаряджаються, батареї на окису срібла, натрій-сірчані батареї, ванадієві редокс батареї, та будь-які інші типи батарей, що перезаряджаються, які відомі зараз, або будуть пізніше винайдені, для яких підходить винахід. Показаний на фіг. 5 варіант реалізації винаходу, як видно на структурній схемі, ілюструє, як множина генераторів біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей може бути інтегрована з відповідною кількістю батарей в одне джерело живлення або блок батарей. Кожна з батарей 320, 322, 324, 326 блока батарей 310 має відповідний генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей 310, 312, 314, 316. Батареї 320, 322, 324, 326 блока батарей 310 перезаряджаються заряджаючим пристроєм 330. Генератори біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей 310, 312, 314, 316 оснащені контролером 340. Контролер 340 циклічно активує, а потім дезактивує кожен з генераторів біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей 310, 312, 314, 316 в ході їх роботи з батареями 320, 322, 324, 326 для того, щоб в будь-який момент часу забезпечити при роботі дію високої вивідної напруги від не більше, ніж одного генератора біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей 310, 312, 314, 316. Інший аспект винаходу пропонує спосіб для збільшення циклу тривалості служби батареї та/або надання можливості батареї утримувати ємність. Варіант реалізації винаходу включає спосіб обробки батареї за допомогою генератора біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей згідно винаходу. Інший варіант реалізації винаходу надає спосіб для обробки множини батарей в блоці батарей, кожна батарея має генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей згідно винаходу, який включає в себе контроль генератора біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей так, що в будь-який момент часу видавати підвищену напругу може не більше, ніж один генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей. Один варіант реалізації винаходу включає в себе спосіб, який передбачає формування позитивного імпульсного коливання напруги і негативного імпульсного коливання напруги і почергового прикладання позитивного імпульсного коливання напруги та негативного імпульсного коливання напруги до виводів батареї. Згідно цього варіанту реалізації спосіб додатково включає в себе об'єднання позитивного імпульсного коливання напруги та негативного імпульсного коливання напруги в імпульсне коливання напруги перед тим, як об'єднані коливання будуть прикладені до виводів батареї. В деяких варіантах реалізації винаходу позитивне імпульсне коливання напруги має одинарний позитивний імпульс напруги, а негативне імпульсне коливання має одинарний негативний імпульс напруги. В іншому варіанті реалізації винаходу спосіб додатково включає підсилення позитивного імпульсного коливання напруги та негативного імпульсного коливання напруги. В іще одному варіанті реалізації винаходу спосіб включає додаткове підсилення імпульсного коливання 12 UA 114278 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 напруги або, як альтернатива, підсилення позитивного імпульсного коливання напруги та негативного імпульсного коливання напруги. В іншому варіанті реалізації винаходу спосіб додатково містить генерацію імпульсної напруги. Згідно з цим варіантом реалізації винаходу імпульсна напруга може містити будь-який один імпульс або комбінацію позитивного імпульсу напруги та негативного імпульсу напруги. В іншому варіанті реалізації винаходу генерація імпульсної напруги включає в себе генерацію імпульсної напруги та перетворення імпульсної напруги, почергово, на прохідну імпульсну напругу та інвертовану імпульсну напругу, де прохідна імпульсна напруга є або позитивною імпульсною напругою або негативною імпульсною напругою, а інвертована імпульсна напруга є протилежною прохідній позитивною імпульсною напругою або негативною імпульсною напругою. В іншому варіанті реалізації винаходу генерація імпульсної напруги включає в себе формування позитивної імпульсної напруги та негативної імпульсної напруги, відповідно, в позитивну імпульсну форму напруги та в негативну імпульсну форму напруги і синхронізацію розподілення позитивної імпульсної форми напруги та розподілення негативної імпульсної форми напруги, відповідно, в позитивне імпульсне коливання напруги та негативне імпульсне коливання напруги. На фіг. 6 графічно показаний час розряджання свинцево-кислотної батареї, яку обробляли відповідно до способів та/або пристрою згідно винаходу 400 в порівнянні з часом розряджання свинцево-кислотної батареї, яку не обробляли таким способом 410. Як видно з графіка, при використанні способу та/або пристрою згідно винаходу час розряджання свинцево-кислотної батареї збільшився більше, ніж на 150 %, що призводить до збільшення ємності батареї. На фіг. 7 графічно представлений час розряджання в порівнянні з кількістю циклів заряджання/розряджання свинцево-кислотної батареї, яку обробляли відповідно до способу та/або пристрою згідно винаходу 420 в порівнянні з часом розрядження в порівнянні з кількістю циклів заряджання/розряджання свинцево-кислотної батареї, яку не обробляли 430 таким способом. Графік показує, що загальний термін служби свинцево-кислотної батареї, обробленої відповідно до способу та/або пристрою згідно винаходу, був подовжений у 1.7-2.2 рази порівняно зі свинцево-кислотною батареєю, яку не обробляли таким способом. Хоч ці тести показують, що пристрій та спосіб згідно винаходу ефективні у збільшенні циклічного терміну служби та покращують утримання ємності свинцево-кислотної батареї, теорія, на якій базується винахід, також прийнятна і для інших, не свинцево-кислотних батарей, не обмежуючі приклади яких були тут наведені. Багато модифікацій та інші варіанти реалізації винаходу, крім описаних тут, спадуть на думку спеціалістам в цій галузі, до якої належить винахід, які матимуть вигоду від вивчення ідей, представлених в описах та на рисунках, що додаються. Спеціалістам в цій галузі зрозуміло, що зміни, внесені у варіанти реалізації, описані тут, не виходять за межі ідеї винаходу. Тому зрозуміло, що цей винахід не обмежений окремими описаними варіантами реалізації, але включає в себе модифікації згідно ідеї та в рамках цього винаходу, як зазначено у формулі винаходу, що додається. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 55 1. Генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей, який містить у собі: генератор імпульсів (20), сконфігурований для генерації позитивної імпульсної напруги та негативної імпульсної напруги; перетворювач позитивної імпульсної напруги (32), сконфігурований для перетворення позитивної імпульсної напруги в позитивне імпульсне коливання напруги (34); перетворювач негативної імпульсної напруги (36), сконфігурований для перетворення негативної імпульсної напруги в негативне імпульсне коливання напруги (38); та розподільник імпульсної напруги (50), сконфігурований для об'єднання позитивного імпульсного коливання напруги (34) та негативного імпульсного коливання напруги (38) в імпульсне коливання напруги (52) та для прикладання імпульсного коливання напруги до виводів батареї, в якому імпульсне коливання напруги (52) містить у собі щонайменше один позитивний імпульс напруги, який має передній фронт та амплітуду позитивного імпульсу, за яким іде щонайменше один негативний імпульс напруги, який має задній фронт та амплітуду негативного імпульсу, де тривалість часу наростання переднього фронту та тривалість часу наростання заднього фронту, кожна, менша, ніж час релаксації електролітичного розчину батареї. 13 UA 114278 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 2. Генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей за п. 1, який додатково містить у собі мікроконтролер (22), в якому генератор імпульсів (20) сконфігурований в мікроконтролері (22). 3. Генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей за п. 1, в якому генератор імпульсів (20) включає в себе генератор позитивних імпульсів для генерації позитивної імпульсної напруги та генератор негативних імпульсів для генерації негативної імпульсної напруги. 4. Генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей за п. 1, в якому генератор імпульсів (20) містить у собі перемикач з можливістю почергового інвертування, в якому перемикач з можливістю почергового інвертування почергово перетворює імпульсну напругу в прохідну імпульсну напругу та інвертовану імпульсну напругу, в якому прохідна імпульсна напруга є або позитивною імпульсною напругою або негативною імпульсною напругою, а інвертована імпульсна напруга є протилежною прохідній: або позитивною імпульсною напругою, або негативною імпульсною напругою. 5. Генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей за п. 1, в якому перетворювач позитивної імпульсної напруги та перетворювач негативної імпульсної напруги, кожен, включає в себе: формувач імпульсів; та тактовий генератор, в якому формувач імпульсів і тактовий генератор сконфігуровані для перетворення імпульсної напруги в імпульсне коливання напруги. 6. Генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей за п. 1, крім того, містить у собі: підсилювач позитивної напруги (40), сконфігурований для підсилення позитивного імпульсного коливання напруги (34); та підсилювач негативної напруги (48), сконфігурований для підсилення негативного імпульсного коливання напруги (38). 7. Генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей за п. 1, в якому тривалість часу наростання переднього фронту та тривалість часу наростання заднього фронту становлять приблизно одну третину часу релаксації. 8. Генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей за п. 1, в якому амплітуда позитивного імпульсу і амплітуда негативного імпульсу, кожна, більша, ніж напруга батареї. 9. Генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей за п. 8, в якому амплітуда позитивного імпульсу і амплітуда негативного імпульсу, кожна щонайменше вдвічі більша, ніж напруга батареї. 10. Генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей за п. 9, в якому імпульсне коливання напруги (52) має таку імпульсну циклічну частоту, щоб ширина імпульсу щонайменше одного позитивного імпульсу напруги та ширина імпульсу щонайменше одного негативного імпульсу напруги не перекривались. 11. Генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей за п. 1, в якому ширина імпульсу щонайменше одного позитивного імпульсу напруги і ширина імпульсу щонайменше одного негативного імпульсу напруги, кожна, перевищує час релаксації. 12. Генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей за п. 1, додатково містить у собі: контролер; та вимірювальний пристрій, сконфігурований для вимірювання напруги батареї, де: контролер сконфігурований для ідентифікації стану батареї використовуючи напругу батареї; та контролер сконфігурований для активації генератора біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей залежно від стану батареї. 13. Генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей за п. 1, в якому батарея є будь-якою зі свинцево-кислотних батарей або не свинцево-кислотних батарей. 14. Генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей за п. 1, містить підсилювач напруги, сконфігурований для підсилення імпульсного коливання напруги. 15. Генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей за п. 14, в якому генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей інтегрований з батареєю. 16. Спосіб обробки множини батарей блока батарей, в якому кожна батарея має генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей, який включає в себе таке управління генераторами біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей, що не більше одного генератора біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей може прикладати підвищену 14 UA 114278 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 напругу в будь-який момент часу, де генератор біполярних імпульсів підвищеної напруги для батарей містить у собі: генератор імпульсів, сконфігурований для генерації позитивної імпульсної напруги та негативної імпульсної напруги; перетворювач позитивної імпульсної напруги, сконфігурований для перетворення позитивної імпульсної напруги в позитивне імпульсне коливання напруги; перетворювач негативної імпульсної напруги, сконфігурований для перетворення негативної імпульсної напруги в негативне імпульсне коливання напруги; розподільник імпульсної напруги, сконфігурований для об'єднання позитивного імпульсного коливання напруги та негативного імпульсного коливання напруги в імпульсне коливання напруги та прикладання імпульсного коливання напруги до виводів батареї; підсилювач позитивної напруги, сконфігурований для підсилення позитивного імпульсного коливання напруги; та підсилювач негативної напруги, сконфігурований для підсилення негативного імпульсного коливання напруги, в якому позитивне імпульсне коливання напруги має передній фронт та амплітуду позитивного імпульсу і негативне імпульсне коливання напруги, яке має задній фронт та амплітуду негативного імпульсу, де тривалість часу наростання переднього фронту і тривалість наростання заднього фронту, кожна, менша, ніж час релаксації електролітичного розчину множини батарей. 17. Спосіб, що полягає в: наданні позитивного імпульсного коливання напруги з одинарним позитивним імпульсом та негативного імпульсного коливання напруги з одинарним негативним імпульсом; та почерговому прикладанні позитивного імпульсного коливання напруги та негативного імпульсного коливання напруги до виводів батареї, де позитивне імпульсне коливання напруги містить передній фронт та амплітуду позитивного імпульсу, і негативне імпульсне коливання напруги має задній фронт та амплітуду негативного імпульсу, де тривалість часу наростання переднього та тривалість часу наростання заднього фронту, кожна, менша, ніж час релаксації електролітичного розчину батареї. 18. Спосіб за п. 17, який додатково полягає в об'єднанні позитивного імпульсного коливання напруги та негативного імпульсного коливання напруги в імпульсне коливання напруги перед прикладанням до виводів батареї. 19. Спосіб за п. 17, в якому почергово прикладають позитивне імпульсне коливання напруги та негативне імпульсне коливання напруги до виводів будь-якої свинцево-кислотної або не свинцево-кислотної батареї. 20. Спосіб, що полягає в: генерації позитивної імпульсної напруги та негативної імпульсної напруги; перетворенні позитивної імпульсної напруги в позитивне імпульсне коливання напруги та негативної імпульсної напруги в негативне імпульсне коливання напруги; об'єднанні позитивного імпульсного коливання напруги та негативного імпульсного коливання напруги в імпульсне коливання напруги; та прикладанні імпульсного коливання напруги до виводів батареї, де позитивне імпульсне коливання напруги містить щонайменше один позитивний імпульс напруги, який має передній фронт та амплітуду позитивного імпульсу, за яким іде щонайменше один негативний імпульс напруги, який має задній фронт та амплітуду негативного імпульсу, де тривалість часу наростання переднього та тривалість часу наростання заднього фронту, кожна, менша, ніж час релаксації електролітичного розчину батареї. 21. Спосіб за п. 20, який додатково полягає в підсиленні щонайменше одного з позитивного імпульсного коливання напруги, негативного імпульсного коливання напруги та імпульсного коливання напруги. 22. Спосіб за п. 20, в якому генерація позитивної імпульсної напруги та негативної імпульсної напруги включає в себе: генерацію імпульсної напруги; та перетворення імпульсної напруги, почергово, в прохідну імпульсну напругу та інвертовану імпульсну напругу, де прохідна імпульсна напруга є або позитивною імпульсною напругою, або негативною імпульсною напругою, а інвертована імпульсна напруга є протилежною прохідній або позитивною імпульсною напругою, або негативною імпульсною напругою. 23. Спосіб за п. 20, в якому перетворення позитивної імпульсної напруги у позитивне імпульсне коливання напруги та негативної імпульсної напруги в негативне імпульсне коливання напруги включає в себе: 15 UA 114278 C2 5 формування позитивної імпульсної напруги та негативної імпульсної напруги, відповідно, в форму позитивної імпульсної напруги та форму негативної імпульсної напруги; та синхронізацію розподілу форми позитивної імпульсної напруги та розподілу форми негативної імпульсної напруги, відповідно, в позитивне імпульсне коливання напруги та негативне імпульсне коливання напруги. 24. Спосіб за п. 20, в якому імпульсне коливання напруги прикладають до виводів будь-якої свинцево-кислотної або не свинцево-кислотної батареї. 16 UA 114278 C2 17 UA 114278 C2 18 UA 114278 C2 19 UA 114278 C2 20 UA 114278 C2 21 UA 114278 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 22