Спосіб зарядки свинцевого акумулятора

Спосіб зарядки свинцевого акумулятора ступінчатим струмом, який відрізняється тим, що зарядка акумулятора здійснюють в п'ять етапів, причому на першому етапі акумулятор заряджають струмом, що дорівнює 40 ¸ 60% від номінальної ємності акумулятора СН, до напруги на його клемах 14,2 ¸ 14,6В, на другому етапі акумулятор заряджають струмом 20 ¸ 30% від СН до напруги 14,4 ¸ 14,8В, на третьому етапі акумулятор заряджають струмом 10 ¸ 15% від СН до напруги 14,6 ¸ 15,0В, на четвертому етапі акумулятор заряджають струмом 5 ¸ 7,5% від СН до напруги 14,8 ¸ 15,2 В і на останньому, п'ятому, етапі акумулятор заряджають струмом 2,5 ¸ 3,8% від СН до напруги 14,9 ¸ 15,3В. Винахід належить до електротехніки і може використовуватися при зарядці свинцевокислотних акумуляторів. Процес зарядки свинцевого акумулятора зазвичай доволі тривалий і супроводжується виділенням вибухонебезпечних газів. Загальна тривалість зарядки та кількість витраченої електроенергії можуть змінюватись в широких межах в залежності від поставленої мети та способу зарядки. Існує багато різних способів зарядки свинцевого акумулятора, у тому числі різноманітні способи зарядки постійним або ступінчатим струмом. Відомо спосіб зарядки струмом постійної величини (ГОСТ 959-2002, п.7.3.2.), при якому батареї заряджають струмом 0,1 С20 А до напруги на виходах 14,4В і потім тим же струмом впродовж ще 5год. Основним недоліком цього способу є використання постійного струму, який на початковій стадії зарядки є занизьким, а наприкінці зарядки завеликим. Це призводить до довготривалої зарядки, неекономічного використання електроенергії, та бурхливого газовиділення наприкінці зарядного процесу. Відомо спосіб зарядки кислотної свинцевої акумуляторної батареї [а.с. SU 1690030 Α1, заявл. 16.12.88, опубл. 07.11.91; МПК7: Η01Μ10/44, 10/06], який здійснюється шляхом подачі на батарею зарядного струму в два етапи за умови сталості величини цього струму на кожному етапі. З метою прискорення зарядного процесу та забезпечення при цьому гранично допустимого температурного режиму, струм першого етапу обирають чисельно рівним до І1=(1,2÷1,3)Снев, і заряджають впродовж 0,5год. Після цього струм зменшують до значення І2=0,25СН. Тривалість зарядки струмом другого етапу І2 визначають за формулою t2=(η·Снев-0,5·І1)/0,25СН (год.), де Снев ємність, якої не вистачає акумуляторній батареї до номінального значення СН, а η - коефіцієнт віддачі за ємністю кислотного свинцевого акумулятора (η=0,85). Якщо Снев≤(0,19÷0,21)СН заряд проводять лише струмом першого етапу впродовж 1год. Недоліком цього способу є використання великих струмів, що призводить до інтенсивного виділення небезпечних газів та неекономічного використання електроенергії. (19) UA (11) 87029 (13) (21) a200709456 (22) 20.08.2007 (24) 10.06.2009 (46) 10.06.2009, Бюл.№ 11, 2009 р. (72) ЗИМІН ОЛЕГ ПЕТРОВИЧ, UA, БІЛИЙ ОЛЕКСАНДР ПЕТРОВИЧ, UA, КРИСЬ В'ЯЧЕСЛАВ ЯКОВИЧ, UA, ДЗЯКОВИЧ ДМИТРО ОЛЕКСАНДРОВИЧ, UA, ПРИВАЛОВ ВОЛОДИМИР МИКОЛАЙОВИЧ, UA (73) ТОВАРИСТВО З ОБМЕЖЕНОЮ ВІДПОВІДАЛЬНІСТЮ ДНІПРОПЕТРОВСЬКИЙ ДОСЛІДНИЙ ЗАВОД "ЕНЕРГОАВТОМАТИКА", UA (56) UA 40509 C2, H01M 4/22, 15.01.2004 UA 59019 A, H01M 4/22, 10/50, 15.08.2003 RU 2284076 C2, H01M10/44, H02J7/00, 20.09.2006 RU 2224335, H01M4/22, 10/44, 20.02.2004 UA 75768 C2, H01M10/44, 15.05.2006 UA 6067 U, H01M10/44, 15.04.2005 UA 78245 C2, H01M4/16, 15.03.2007 SU 169030, H01M10/44, 10/06, 07.11.1991 SU 639053, H01M10/44, 10/06, 25.12.1978 C2 1 3 Найближчим до винаходу за технічною сутністю та результатом, що досягається, є спосіб зарядки свинцевого акумулятора, який здійснюється ступінчатим струмом і складається з трьох етапів [А.М.Пщисуха, О.А.Пшисуха, Автомобильный аккумулятор, изд-во "Харків", 1999 - §6.8]. На першому етапі зарядки, коли немає інтенсивного газовиділення, величина струму зарядки встановлюється чисельно рівною приблизно 15% ємності акумуляторної батареї, вираженої в ампер-годинах. Перший етап триває доки на кожному акумуляторі батареї напруга не сягне 2,4-2,5В і не розпочнеться інтенсивне газовиділення. Після цього струм зарядки зменшують в 2-3 рази і заряд триває, доки напруга знову не зросте до 2,4-2,5В. Далі струм зарядки зменшують до 1А і продовжують заряд до напруги приблизно 2,6В на один акумулятор. Використання невеликих струмів та контроль напруги дозволяють здійснювати заряд акумулятора досить економічно та без значного газовиділення, що задовольняє вимогу безпечності. Недоліком цього способу є низький рівень початкового зарядного струму, внаслідок чого заряд акумулятора триває надто довго. Задача, на вирішення якої спрямовано винахід, полягає в оптимізації параметрів ступінчатого зарядного струму, при якій відбувається прискорення електрохімічних перетворень активних мас без підвищення витрат електроенергії та рівня газовиділення, в наслідок чого зменшується тривалість безпечної та економічної зарядки свинцевого акумулятора. Поставлена задача вирішується тим, що у способі зарядки свинцевого акумулятора ступінчатим струмом, згідно з винаходом, заряд акумулятора здійснюється в п'ять етапів, причому на першому етапі акумулятор заряджають струмом, що дорівнює 40÷60% від номінальної ємності акумулятора СН, до напруги на його клемах 14,2÷14,6В, на другому етапі акумулятор заряджають струмом 20÷30% від СН до напруги 14,4÷14,8В, на третьому етапі акумулятор заряджають струмом 10÷15% від СН до напруги 14,6÷15,0В, на четвертому етапі акумулятор заряджають струмом 5÷7,5% від СН до напруги 14,8÷15,2В, і на останньому, п'ятому, етапі акумулятор заряджають струмом 2,5÷3,8% від СН до напруги 14,9÷15,3В. Збільшення кількості етапів зарядки до п'яти дозволяє розпочати заряд з більш високого значення струму і вчасно зменшувати його до прийнятного рівня не допускаючи перевищення встановленого ліміту напруги. В результаті тривалість зарядки зменшується, а витрати електроенергії та рівень газовиділення практично не зростають, що забезпечує досить високу економічність та безпечність зарядки. При цьому процедура зарядки не зазнає значних ускладнень. Збільшення початкового зарядного струму до 40÷60% від СН та регулювання рівня струму відповідно до значення напруги на клемах акумулятора дозволяють прискорити процес зарядки, контролюючи його ефективність та безпечність. Обмеження напруги значеннями 14,2÷15,3В на протязі всієї зарядки дає можливість уникнути інтенсивного газовиді 87029 4 лення та зайвих витрат електроенергії. Неминуче зростання ЕРС акумулятора під час зарядки зумовлює необхідність збільшення кінцевої напруги на кожному наступному етапі. Таким чином в результаті застосування способу зарядки, що заявляється, відбувається прискорення електрохімічних перетворень активних мас під дією ступінчатого зарядного струму без підвищення витрат електроенергії та рівня газовиділення. В наслідок цього зменшується тривалість безпечної та економічної зарядки свинцевого акумулятора. Оптимальність кількості етапів зарядки, а також обраних значень зарядного струму та кінцевої напруги на кожному етапі пояснюється наступним чином. Кількість етапів, зарядки менше п'яти не дозволяє здійснювати оптимальне регулювання струму, а кількість етапів зарядки більше п'яти призводить до невиправданого ускладнення процедури зарядки. Рівень зарядного струму менше 40%, 20%, 10%, 5% та 2,5% від СН на відповідних етапах зарядки збільшує тривалість зарядки, а рівень зарядного струму більше 60%, 30%, 15%, 7,5% та 3,8% від СН на відповідних етапах зарядки збільшує інтенсивність газовиділення, витрати електроенергії та температуру електроліту. При кінцевій напрузі на клемах акумулятора менше 14,2В, 14,4В, 14,6В, 14,8В та 14,9В на відповідних етапах зарядки акумулятор недоотримає заряд, а при напрузі більше 14,6В, 14,8В, 15,0В, 15,2В та 15,3В на відповідних етапах зарядки зростають інтенсивність газовиділення, витрати електроенергії та температура електроліту. Практична застосовність нового технічного рішення підтверджується тим, що запропонований спосіб зарядки відрізняється простотою процедури зарядки і необхідного для її реалізації устаткування. Спосіб зарядки, що пропонується, здійснюється наступним чином. Клеми свинцевого акумулятора 6СТ-60А підключають до зарядного пристрою. Початковий зарядний струм встановлюють рівним 30А і заряджають акумулятор цим струмом до напруги на його клемах 14,4В. На другому етапі зарядний струм встановлюють рівним 15А і заряджають акумулятор до напруги 14,6В. На третьому етапі зарядний струм встановлюють рівним 7,5А і заряджають акумулятор до напруги 14,8В. На четвертому етапі зарядний струм встановлюють рівним 3,6А і заряджають акумулятор до напруги 15,0В. На останньому, п'ятому, етапі зарядний струм встановлюють рівним 1,8А і заряджають акумулятор до напруги 15,1В. Після цього акумулятор від'єднують від зарядного пристрою. Загальна тривалість зарядки становить 8 годин і 10 хвилин. На малюнку зображено контур зарядного струму, що протікає через акумулятор 6СТ-60А, який заряджають запропонованим способом. Були проведені випробування різних способів зарядки, які відрізняються від способу, що заявляється, значеннями зарядного струму або кінцевої напруги на кожному етапі зарядки. В таблиці наведені параметри різних способів зарядки акумуляторів 6СТ-60А. 5 87029 6 Таблиця № п.п. І1А 1 2 3 4 5 30 18 42 30 30 І2 А 15 9 21 15 15 І3 А 7,5 4,5 11 7,5 7,5 І4 А 3,6 2,3 5,3 3,6 3,6 І5 А 1,8 ІД 2,6 1,8 1,8 U1 В 14,4 14,4 14,4 14,0 14,8 U2 В 14,6 14,6 14,6 14,2 15,0 Наведені в таблиці способи зарядки можна охарактеризувати наступним чином. Під номером 1 в таблиці наведено спосіб, який заявляється. Способи №2 і №3 відрізняються, відповідно, зниженим і підвищеним зарядним струмом на кожному етапі зарядки. Способи №4 і №5 проводяться відповідно при зменшених і збільшених значеннях кінцевої напруги на кожному етапі зарядки. Результати застосування наведених в таблиці способів формування характеризуються чотирма параметрами - часом зарядки tз, об'ємом газів Vг, що виділилися впродовж зарядки, витратами електроенергії Ε та ступенем зарядженості акумулятора γ після закінчення зарядки. Згідно з таблицею тільки при значеннях зарядного струму та кінцевої напруги, що відповідають Комп’ютерна верстка А. Рябко U3 В 14,8 14,8 14,8 14,4 15,2 U4 В 15,0 15,0 15,0 14,6 15,4 U5 В 15,1 15,1 15,1 14,7 15,5 tз год. 8,17 12,9 6,09 6,86 9,12 Vг у.о. 100 95 105 50 200 Ε Вт·год 984 899 1072 802 1139 g % 100 100 100 89 100 способу зарядки, який заявляється, вдається одержати позитивно стійкий технічний результат. Використання способу зарядки, що заявляється, при зарядці свинцевих акумуляторів дозволяє скоротити тривалість зарядки на 30÷40% у порівнянні з найближчим аналогом. Спосіб зарядки, що пропонується, забезпечує оптимізацію параметрів зарядного ступінчатого струму, при якій відбувається прискорення електрохімічних перетворень активних мас без підвищення витрат електроенергії та рівня газовиділення. Це дозволяє значно скоротити тривалість безпечної та економічної зарядки свинцевого акумулятора. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601