ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Способы заряда из "Герметичные химические источники тока" Способы заряда герметичных аккумуляторов с водным электролитом и литий-ионных имеют особенности, определяемые природой протекающих в них процессов. Подробное описание этих особенностей дано выше в соответствующих главах. Описаны стандартные режимы заряда, а также возможности проведения зарядного процесса ускоренно в тех случаях, когда это разрешает производитель. [c.196] На рис. 7.1 показаны основные стратегии заряда (изменения тока в процессе заряда), которые используются при заряде аккумуляторов разных систем, и характер изменения напряжения источника тока. Далее указаны те из них, которые рекомендованы для источников тока конкретных систем, и возможные альтернативные варианты. Все эти стратегии при рекомендованных для стандартного заряда параметрах тока и напряжения позволяют переподготовить аккумуляторы после исчерпания запасенной емкости примерно за 14-20 ч. [c.196] При низкой температуре заряд проходит при более высоком напряжении конца заряда, чем обычно (до 1,7 В). При температуре ниже О °С аккумулятор заряжают очень малыми токами, порядка 0,02 С. Токи большей величины могут быть использованы только для аккумуляторов серий, разработанных для быстрого заряда. В этом случае аккумуляторы на первых минутах разогреваются, и условия заряда улучшаются. [c.197] Ускорение процесса заряда щелочных аккумуляторов постоянным током (гальваностатический режим заряда) стало возможным как в результате модернизаций самих источников тока, приведших к созданию аккумуляторов с тонкими электродами и плотной рулонной сборкой пакета электродов, так и благодаря изучению возможности контроля процесса при больших его скоростях и успехам электронной техники, позволившим реализовать этот контроль. [c.198] Для значительной части современных щелочных аккумуляторов допускается ускоренный заряд током 0,3 С с контролем по времени (но не более 4 ч). Необходимость уменьшения степени перезаряда при таком режиме заряда связана с более быстрым ростом давления в аккумуляторе в конце процесса, так как скорость выделения кислорода увеличивается, а скорость переноса его к отрицательному электроду и поглощения остается практически неизменной. Разрядная емкость аккумулятора при указанных плотностях тока заряда не уменьшается (см. рис. 3.8). Для аккумуляторов с пакетом электродов в виде рулона допускают также и быстрый заряд в течение 1 ч, иногда меньше, но при обязательном специфическом контроле процесса. Заряд в ускоренном режиме допускается в диапазоне температур от +5 до +50 °С. Быстрый заряд в течение 1 ч эффективен при температуре от +10 до +40 °С. [c.198] Следует отметить, что многие современные типы щелочных аккумуляторов выдерживают достаточно длительный перезаряд стандартными токами заряда без повреждения, поэтому их можно заряжать и при наличии остаточной емкости. Но систематические перезаряды значительно сокращают срок их службы. Поэтому, если нет уверенности в полном исчерпании емкости источника тока, перед зарядом целесообразно разрядить его до напряжения 1 В/ак. Процесс переподготовки при этом удлиняется. Однако доразряд перед каждым зарядом не только мало удобен в эксплуатации, но и вреден, поскольку приводит к сокращению срока службы. [c.198] Возможен другой подход к проблеме переподготовки при неизвестной остаточной емкости перезаряжаемого источника тока сообщить ему при заряде столько энергии, сколько необходимо для достижения состояния полной заряженности аккумулятора при любой степени его дефадации. Главная проблема, которая возникает при таком подходе, состоит в поиске параметра, измерения которого позволили бы с достаточной точностью оценить это состояние. [c.199] В процессе заряда герметичных щелочных аккумуляторов меняется несколько параметров напряжение, температура, внутреннее давление. Характер их изменений в процессе заряда герметичного никель-кадмиевого аккумулятора показан на рис. 7.2. Эти параметры обеспечивают разную чувствительность и имеют разные ограничения при использовании. Характер изменения указанных параметров у никель-металлгидридного аккумулятора аналогичен, но они более чувствительны к перегреву при перезаряде. [c.199] Заряд стандартным режимом обычно проводится в течение регламентированного времени. Контроль напряжения при такой стратегии заряда неэффективен, так как при низких плотностях тока заряда напряжение в конце процесса i/кон меняется мало и контроль процесса по его величине, выбранной в соответствии с рекомендованной производителем как типичной для данного типа источника тока, может привести к недозаряду одних и перезаряду других аккумуляторов (в зависимости от их индивидуальных зарядных характеристик). Паспортная величина конечного напряжения отражает только статистический параметр, а разброс его у аккумуляторов в партии может быть заметным. К тому же величина эта зависит от температуры и наработки источника тока. [c.199] При отключении с заряда в этот момент при последующем разряде в стандартном режиме удается снять =95 % С . Для обеспечения большего перезаряда (до 140-160%) следует либо необходимое время сохранять заряд тем же током, либо обеспечить переход к более безопасному режиму подзаряда током меньшим. [c.200] В настоящее время для контроля процесса быстрого заряда чаще используется другой критерий прерывание заряда производят после того, как напряжение аккумулятора снизится на Ai/ после достижения максимума (см. рис. 7.1, в). Это обеспечивает необходимый уровень перезаряда аккумуляторов. [c.200] Такой контроль рекомендуется для быстрого заряда (в течение =1 ч) цилиндрических щелочных рулонных аккумуляторов, если производитель разрешает такой заряд для конкретного типа источников тока. В литературе он называется детекцией -AU. Величина AU для аккумуляторов разных компаний может составлять от 5-10 до 10-20 мВ. Для контроля заряда чаще предлагается использовать величину 10 мВ/акку-мулятор при температуре заряда от О до 30 °С. При этом в начале заряда (в течение 5-10 мин) рекомендуется не проводить измерения напряжения источника тока во избежание срабатывания системы контроля из-за возможного скачка напряжения (и последующего его небольшого спада) после продолжительного хранения. [c.200] Другим параметром, который используется при контроле заряда современных герметичных щелочных аккумуляторов, является температура (см. рис. 7.1, г). Контроль температуры более всего необходим при заряде никель-металлгидридных источников тока. В зарубежной литературе он имеет наименование ТСО (temperature ut-off). Температурный датчик устанавливается не на каждом аккумуляторе, а на одном из них в батарее. Понятно, что влияние конструктивных особенностей батареи и реализуемых в ней условий теплообмена делают контроль заряда по абсолютной величине температуры Т весьма проблематичным, так как затруднительно однозначно определить величину этого параметра. [c.200] Все производители обычно рекомендуют предельную величину температуры при быстром заряде - не более 55 °С. Следует понимать, что при повышенных температурах окружающей среды избежать недозаряда при таком способе контроля зарядного процесса не удастся. [c.200] Более целесообразным является контроль другого параметра скорости изменения температуры (AT/At), что позволяет при любой температуре окружающей среды диагностировать интенсификацию побочных процессов, которая имеет место при перезаряде. Величина АТ At, при которой разные производители рекомендуют отключать герметичные щелочные аккумуляторы, находится в диапазоне от 1 до 2 °С/мин при токе заряда 1 С и 0,8 °С/мин, если ток меньше. [c.201] Большая часть производителей считает, что наилучшие результаты достигаются при контроле заряда по двум критериям (оценка -AU и АТ At) одновременно. Такой способ контроля универсален как для аккумуляторов разных типов, так и для разного состояния их заряженности. [c.201] Следует отметить, что второй из этих параметров обеспечивает более благоприятные условия работы аккумуляторов при длительной эксплуатации. Так, ресурсные испытания Ni-MH батарей при контроле заряда только с оценкой -AU, проведенные в компании PANASONI , показали уменьшение наработки в 2 раза по сравнению с ресурсом при контроле заряда по параметру АТ At. Объясняется это тем, что после отключения тока температура щелочных аккумуляторов некоторое время продолжает расти (у Ni-MH аккумуляторов более заметно), и это приводит к перегреву их выше допустимого предела и уменьшению срока службы. [c.201] Найден еще один электрический параметр, изменения которого чрезвычайно характерны и по величине значительно больше изменений напряжения [36, 57]. Этот параметр -- реакция источника тока на тестовый сигнал переменного тока. Так как импеданс аккумулятора включает и реактивное сопротивление, возникает сдвиг фаз между проходящим током и напряжением источника тока. Угол сдвига фаз ф = ar tg X/R, где X = Im(Z) и / = Re(Z) - реактивная и активная составляющие импеданса Z, при частоте 0,03-0,01 Гц отражает диффузионное сопротивление электродов. При интенсификации процесса выделения кислорода на положительном электроде после сообщения ему -100 % С параметр ф резко увеличивается в несколько раз, затем при перезаряде снова уменьшается (см. раздел 8.4). Такой характер изменения параметра сохраняется при разных токах заряда и температурах, он не зависит от начального состояния заряженности аккумулятора и наличия в газовой фазе водорода, т. е. одинаков у новых и деградировавших аккумуляторов. Выбор частоты тестового сигнала определяется величиной емкостной составляющей импеданса аккумулятора, т. е. геометрическими размерами его электродов. Для аккумуляторов емкостью до 2-5 Ач отклик порядка 1-3 мВ может быть получен при тестовом сигнале 0,01 С переменного тока при частоте 0,03-0,1 Гц. При такой частоте тестового сигнала анализ отклика аккумулятора на серию подаваемых сигналов позволяет надежно контролировать зарядный процесс даже при больших его скоростях. [c.201] После быстрого заряда аккумуляторы обычно рекомендуется перевести в режим заряда током 0,03-0,05 С (tri kle harge), который позволит безопасно дозарядить его. Такой же режим используется и для постоянного подзаряда с целью компенсации саморазряда, если аккумулятор не используется сразу для разряда на нагрузку. Однако не следует долго оставлять аккумулятор в этом режиме, так как это способствует сокращению его срока службы. [c.202] Вернуться к основной статье