Спосіб зарядки акумулятора

Спосіб зарядки акумулятора шляхом підключення зарядної напруги, величина якої залежить від зарядного струму, який відрізняється тим, що процес заряду містить у собі декілька рівних за терміном проміжків часу, протягом кожного проміжку часу контролюється струм заряду, а на початку кожного проміжку часу змінюють напругу заряду, якщо Ik i 1 Iпоч i 1 k1 I , 3 Винахід належить до електротехніки, зокрема обслуговування хімічних джерел електричного струму, і може бути використаним в усіх галузях промисловості, де експлуатуються акумулятори. Відомо про наявність способів зарядки акумуляторів. Зокрема відомо про спосіб зарядки акумулятора [заявка Франції №2670953, МКВ Н01М 10/44, опубл. 26.06.92р.], згідно з яким при зарядці акумулятора безперервно заміряють зарядний струм І, напругу U на виводах акумулятора і час зарядки t і розраховують загальний заряд, який повинен пройти в акумуляторі згідно із заміряною величиною загального склону схилу кривої залежності U(t). Зарядку зупиняють, коли заряд, що пройшов в акумулятор, досягає розрахованої величини. Головним недоліком цього способу є те, що цей спосіб не розрахований на можливі зміни стану акумулятора, які на практиці мають місце після 30-40 відсотків від напрацьовування ресурсу служби акумулятора і не може забезпечувати завершення зарядки при досягненні максимально можливої ємності акумулятора. Найбільш близьким до розв'язання поставленої задачі (прототипом винаходу, що пропонується) є спосіб зарядки акумулятора [патент Німеччини №4018223, МКВ Н01М ї 10/44, опубл. 22.08.91р.), згідно з яким зарядку акумулятори проводять у два етапи. На першому .етапі підтримують постійне значення зарядного струму до досягнення деякої попередньо заданої величини напруги U, а на другому етапі зарядки напруга. на акумуляторі встановлюється залежно від зарядного струму І, величина якого дорівнює функції: I F(U0 U) , в якому U0 - незалежна від струму напруга; ΔU - напруга, яка змінюється відповідно виразу: U f I Ri , де f- коефіцієнт, який дорівнює 0,5-1,0; зокрема 0,8; Ri - внутрішній опір акумулятора. Спільною ознакою зі способом, який заявляється, є те, що напруга на акумуляторі встановлюється залежно від зарядного струму. Недоліки прототипу полягають у тому, що процес зарядки може бути недостатньо об'єктивно контрольованим, бо, як відомо, величина внутрішнього опору акумулятора Ri може довільно та важкопередбачувано змінюватись залежно від багатьох факторів. Крім того, при застосуванні способу-прототипу може бути висока інтенсивність зносу акумулятора від дії електрокорозії. При наявності таких недоліків спосіб-прототип не знайшов широкого використання на практиці. В основу винаходу поставлено задачу створення способу зарядки акумулятора, в якому шляхом встановлення величини зарядної напруги залежно від змін величин зарядного струму при багатоступеневому змінюванні стабілізованої величини зарядної напруги залежно від змін величин зарядного струму в певні проміжки часу стає можливим, з урахуванням змін стану акумулятора, при найменшому електрокорозійному зносі акумулято 75768 4 ра проводити зарядку при достатньо об'єктивному контролі виключно на основі замірів величини зарядної напруги та величини зарядного струму і досягати при цьому підвищення ємності, яка віддається, та збільшувати запас ресурсу служби акумулятора, а також забезпечити можливість проводити зарядку акумулятора в автоматичному режимі за допомогою сучасних комп'ютерних пристроїв, у яких в якості алгоритму можна використовувати спосіб зарядки акумулятора, що заявляється. Поставлена задача вирішується тим, що в способі зарядки акумулятора шляхом підключення зарядної напруги, величина якої залежить від зарядного струму, який відрізняється тим, що процес заряду містить в собі декілька рівних за терміном проміжків часу, протягом кожного проміжку часу контролюється зарядний струм, а на початку кожного проміжку часу змінюють напругу заряду, якщо Ik(i 1) Iпоч(і 1) k1 I , де І(і-1) - зарядний струм наприкінці попереднього проміжку часу; Іпоч(і-1) - зарядний струм на початку попереднього проміжку часу; І - номер проміжку часу, що розглядається; k1 - емпіричний коефіцієнт (k1=0,4-0,7); I k 2 Сном , де k2 - емпіричний коефіцієнт (k2= 0,01–0,03); Сном - номінальна ємність акумулятора; при цьому напругу заряду збільшують таким чином, щоб струм заряду на початку проміжку часу, що розглядається, стрибком збільшився до величини згідно з рівнянням: IпочІ Iпоч(і 1) I, де Іпоч І – зарядний струм на початку встановленого проміжку часу; а якщо виконуються умови: Іпочі Іпоч(і 1) 0 та Ui k 3 Uном , де Ui - зарядна напруга на проміжку часу, що розглядається; k3 - емпіричний коефіцієнт (k3 = 1,13-1,16); Uном - номінальна напруга акумулятора; то зарядну напругу не змінюють протягом кількох проміжків часу доти, доки не буде виконано умову: Ik(i 1) Iпоч(і 1) k1 I і зарядну напругу збільшують до значення, що забезпечує зростання зарядного струму згідно з рівнянням: IпочІ Iпоч(і 1) I, а за умови: k 4Uном Ui k 3Uном , де k4 - емпіричний коефіцієнт (k4= 1,2-1,4); подальший заряд проводять при значенні зарядної напруги на кожному проміжку часу, що дорівнює величині зарядної напруги, яку було досягнуто на останньому проміжку часу, до наявності умов: Ui k 4 Uном , 5 75768 6 ку при мінімально можливому перевищенні вели[Iпоч(і 2) Iпоч(і 3) ] 0 , чини зарядної напруги над величиною електроруде Іпоч(і-2), Іпоч(і-3) - зарядний струм на початку шійної сили акумулятора та запобігти перезарядці, кожного проміжку часу; що надає можливість зменшити електрокорозійний Iпоч(і 1) Iпоч(і 2) , знос та зменшити інтенсивність прояву інших негативних явищ, які можуть спостерігатися при завеIпочі Iпоч(і 1) Iпоч(і 2) Iпоч(і 3) , ршенні зарядки, за рахунок чого, за даними при яких встановлюють зарядну напругу знаЦентру наукових досліджень фірми "Varta-block", ченням забезпечується можливість підвищення ємності, Ui k 4 Uном яка віддається, та збільшення запасу ресурсу служби акумулятора (Доповідь директора Центру науі продовжують заряд до наявності умов: кових досліджень фірми "Varta-block" доктора ДітIпочі Іпоч(і 3 ) ріха Берндта на тему „Конструкторський рівень та або технічні межі застосування герметичних батарей", Іпочі k 5 Cном , інформаційні дні в Ірландії, 15 березня 1993 p. (c.c. де k5 - емпіричний коефіцієнт (k4= 0,02-0,05); 15-17, 21-26, 41-43). при яких заряд акумулятора закінчують. Залежності, які використані при викладі суттєСуттєвість винаходу полягає в тому, що завдявості способу, що заявляється, величини зарядної ки використанню багатоступеневого змінювання напруги і величини зарядного струму та умови їх стабілізованих величин зарядної напруги залежно зміни одержані емпіричним шляхом. від змін величин зарядного струму при початкових При використанні способу, що заявляється, величинах зарядного струму на рівні залежно від типу та марки акумулятора вибирають значення величин емпіричних коефіцієнтів k1, k2, I (0,01 0,03) Cном k3, k4, k5 і обчислюють початкову величину першоі при підвищенні величини зарядної напруги до го ступеня зарядки, яка дорівнює досягнення Іпоч і I k 2 Cном , IпочІ Iпоч(і 1) I та встановлюють величину зарядної напруги, та при тимчасовому непідвищенні величини яка забезпечує потрібну величину зарядного струзарядної напруги, що згідно зі способом, що заявму. Величину зарядного струму Іпоч і запам'ятовуляється, проводять при ють та по завершенні кожного проміжку часу наIпоч Іпоч(і 1) , ступної зарядки на встановленій величині зарядної стає можливим забезпечити необхідні та доснапруги контролюють і запам'ятовують величину татні умови для повної проробки активної маси з зарядного струму Ik (i-1), Іпоч (і-1), Іпоч (і-2), Іпоч (і-3). урахуванням можливих змін її стану, обмеження Якщо на останньому контролі зростання величини зарядного струму при Іk(i 1) Iпочі k1 I , Ui (1,13 1,16) , то величину зарядної напруги підвищують до Uном [Iпоч(і Iпоч(і досягнення величини зарядного струму Іпоч(і 2) Ik(i 1) I, 0, 2) 1) Iпоч(і Iпоч(і [Іпоч Iпоч(і 1) ] 3) ] 0, 2) [Iпоч(і 2) Iпоч(і 3) ] і підтримання на початку кожних декількох рівних за терміном проміжків часу наступної зарядки найбільшої величини зарядного струму, яка дорівнює Іпоч і на останньому контролі, дозволяє запобігти інтенсивному підвищенню температури та підвищенню інтенсивності газовиділення на електродах акумулятора. Обмеження підвищення величини зарядної напруги при Ui (1,2 1,14) Uном та [Iпоч(і Iпоч(і 2) 1) Iпоч(і Iпоч(і [Іпоч Iпоч(і 1) ] 3) ] 0, 2) , [Iпоч(і 2) Iпоч(і 3) ] і завершення зарядки при величині зарядної напруги, при якій за умов Iпоч і Iпоч(і 3 ) або Іпоч і (0,02 0,05) Сном , закінчують зарядку, дозволяє провести заряд тобто діють згідно з: Іпоч і Іпоч(і 1) І. Якщо Ui k 3 Uном та [Iпоч і Iпоч(і 1) ] 0, величину зарядної напруги протягом деякого часу не змінюють, а по завершенні цього проміжку часу контролюють величину зарядного струму Ik (і1), згідно з якою величину зарядної напруги підвищують до досягнення наступної початкової величини зарядного струму Iпоч i Ik(і 1) I. Так керують процесом зарядки до досягнення умов: k 4 Uном Ui k 3 Uном , [Iпоч(і Iпоч(і 2) 1) Iпоч(і Iпоч(і [Іпоч Iпоч(і 1) ] 3) ] 0, 2) , [Iпоч(і 2) Iпоч(і 3) ] при яких запам'ятовують значення величини зарядного струму Іпоч і, яку як найбільшу підтримують на початку кожного проміжку часу наступної 7 зарядки і контролюють наявність умов: Ui k 4 Uном та [Iпоч(і 2) Iпоч(і 3) ] 0 , Iпоч(і 1) Iпоч(і [Іпоч Iпоч(і 1) ] 2) , [Iпоч(і 2) Iпоч(і 3) ] , при яких встановлюють величину зарядної напруги: Ui k 4 Uном При величині зарядної напруги Ui k 4 Uном по завершенні кожного проміжку часу зарядки контролюють величину зарядного струму та закінчують зарядку при досягненні умов: Iпоч(і 1) Iпоч(і 3) або Іпочі k 5 Cном . Прикладом використання способу, який заявляється, може бути зарядка акумулятора НКГК11ДУ5, величина номінальної ємності якого 11 Ампер-годин, а величина номінальної напруги 1,2 В. Згідно з типом і маркою акумулятора вибирали значення величини емпіричних коефіцієнтів: k1 = 0,6; k2 = 0,02; k3 = 1,15; k4 = 1,25; k5 = 0,04, обчислювали значення початкової величини зарядного струму першого ступеня зарядки: Іпоч(і 1) І k 2 Cном 0,02 11 0,22А . Встановлювали величину зарядної напруги, яка забезпечувала початкову величину зарядного струму: Іпоч(і 1) 0,22А , яку запам'ятовували. Протягом декількох рівних за терміном проміжків часу зарядки контролювали величину зарядного струму та проводили порівняння величини зарядного струму при останньому контролі Іk(i-1) на встановленій зміні величини зарядної напруги Ui з величиною зарядного струму Іпоч і на початку встановленої зміни стабілізованої величини зарядної напруги. При різниці: Іпоч і Іпоч(і 1) k1 I величину зарядної напруги підвищували до досягнення: Iпоч(і 1) Іпоч і І при величині зарядної напруги Ui = 1,35В, що відповідає умові: Ui k 4 Uном , тобто (1,35≤1,15-1,2) контролювали Іпоч і = 0,40А, а за кілька хвилин до цього останнього контролю Іпоч і спостерігали величину зарядного струму Іпоч (і-1)= 0,41А, що відповідало умовам: Ui k 3 Uном та Іпоч і Іпоч(і 1) , на підставі чого, згідно зі способом, величину зарядної напруги не змінювали протягом наступного проміжку часу, по завершенні якого контролювали величину Іпоч і яка дорівнювала Іпоч і = 75768 8 0,35А, та підвищували величину зарядної напруги до досягнення: Iпоч(і 1) Іпочі І 0,35 0,22 0,57A . Таким чином керували процесом зарядки до досягнення умов: k 4 Uном Ui k 3 Uном та [Iпоч(і 2) Iпоч(і 3) ] 0 , Iпоч(і 1) Iпоч(і [Іпоч Iпоч(і 1) ] 2) , [Iпоч(і 2) Iпоч(і 3) ] , яким були Ui = 1,40В; Іпоч і =1,68А; Іпоч (і-1) = 1,60А; Іпоч (і-2) == 1,60А; Іпоч (і-3) = 1,55А; тобто при Ui = 1,40В; (1,50 > 1,40 > 1,38); та зміні величини зарядного струму відповідно (1,60-1,55) > 0; 1,60= 1,60; (1,68-1,60) > (1,60-1,55); згідно із способом, величину Іпоч і = 1,68А, запам'ятовували і наступну зарядку проводили при підтриманні на початку кожного проміжку часу найбільшої величини зарядного струму, яка дорівнювала величині Iпoч=1,68A, до досягнення якої, відповідно, підвищували величину зарядної напруги і контролювали наявність умов: Ui 1,25 Uном та [Iпоч(і Iпоч(і 2) 1) Iпоч(і Iпоч(і [Іпоч Iпоч(і 1) ] 3) ] 0, 2) , [Iпоч(і 2) Iпоч(і 3) ] , якими були величини зарядної напруги: Ui = 1,51В, а величини зарядного струму: Іпоч і = 1,65А, Іпоч (і-1) = 1,55А; Іпоч (і-2) = 1,52А; Іпоч(і-3) = 1,48А. За наявності цих умов, згідно із способом, встановлювали величину зарядної напруги Ui k 4 Uном 1,25 1,2 1,50В , і по завершенні кожного проміжку часу зарядки заміряли і запам'ятовували величини зарядного струму та контролювали наявність умов: Iпоч іІпоч (і-3) або Іпочі 0,04 Сном , якими були Іпоч і = 1,45А; Іпоч (і-3) = 1,42А; тобто 1,45 > 1,42, на підставі чого, згідно з використаним способом, зарядку закінчували. Ефективність способу полягає в тому, що при його використанні надається можливість забезпечувати проведення зарядки акумулятора без обов'язкового попереднього розряду при будь-якому ступені розрядженості, чого не можуть забезпечити інші відомі способи, і за рахунок цього може бути досягнута значна економія часу та енергоресурсів. У порівнянні з іншими способами зарядки, при рівних загальних умовах, при одноразовому 9 75768 10 використанні спосіб, що заявляється, забезпечує використанням способу, що заявляється, забезпеможливість збільшення ємності акумулятора в 1,1чується повне та безпечне завершення зарядки, а 1,15 рази і підвищення залишкового запасу ресурдля керування процесом зарядки достатньо лише су в 1,2-1,4 рази, а при використанні постійно - з даних величин зарядної напруги та величин зарясамого початку служби і до повного напрацьовудного струму, то цей спосіб зарядки акумулятора вання ресурсу надається можливість збільшити може використовуватись в якості алгоритму для строк служби акумулятора в 2,5-3 рази. сучасних комп'ютерних пристроїв, що дозволяє Оскільки із будь-якого ступеня розрядженості з проводити зарядку в автоматичному режимі. Комп’ютерна верстка Л. Купенко Підписне Тираж 26 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