Введение к работе
Актуальность темы. Данная работа посвящена разработке ускоренных режимов заряда герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов Несмотря на возрастающую роль новых электрохимических систем, таких как никель-металлогидридные и литий-ионные батареи, никель-кадмиевые аккумуляторы, благодаря своим несомненным достоинствам, сохраняют свои позиции и, по-видимому, будут востребованы еще долгие годы Единственное ограничение, которое тормозит их применение в быту и прочей технике, связано с токсичностью кадмия Главной областью их применения остается военная техника Это связано с тем, что в армии гораздо проще обеспечить утилизацию отработанных аккумуляторов, чем в быту Ускоренный заряд очень важен для военных задач Известно много работ, которые были выполнены в этом направлении Однако вопрос о коротких режимах заряда без предварительного доразряда герметичных аккумуляторов мало изучен Существует мнение, что ускоренные режимы вообще не применимы для герметичных аккумуляторов, поскольку для них опасен перезаряд Кроме того, для герметичных аккумуляторов очень важен баланс активных масс, который тесно связан с режимами заряда и разряда Как известно, время заряда аккумуляторных батарей стандартными и ускоренными режимами на постоянном токе складывается из времени предварительного доразряда (в соответствии с техническими условиями) и последующего заряда Существенно сократить время можно, исключив предварительный доразряд и увеличив плотность зарядного тока В первом случае через определенное количество циклов это приведет к потере емкости батареи, начинает проявляться эффект, который в литературе называется эффектом "памяти", возникающий при систематическом недоразряде батарей Он состоит в том, что накапливается некоторая емкость, которая теряет способность в дальнейшем отдавать заряд Во втором случае (при увеличении плотности тока) приведет к уменьшению коэффициента отдачи по емкости.
Все существующие режимы ориентированы на режимы заряда постоянным током, но хорошо известно, что переменнотоковые режимы позволяют сократить время заряда без ухудшения технико-эксплуатационных характеристик батарей Поэтому, на сегодняшний день одним из наиболее перспективных методов заряда является асимметричный ток
Широкое внедрение данных режимов тормозится отсутствием развитой теории нестационарного электролиза, сложностью устройств, реализующих эти режимы, а также промышленных испытаний ускоренных режимов заряда С появлением современной элементной базы стало возможным создание компактных и приемлемых по цене зарядных устройств, где весь алгоритм управления возложен на микроконтроллер, входящий в состав изделия. Все это говорит о том, что детальное изучение и внедрение ускоренных режимов заряда на асимметричном токе позволит снизить непроизводительные простои электрооборудования и электротранспорта, сократить обменный фонд аккумуляторных батарей и уменьшить эксплуатационные расходы по их обслуживанию.
Цель диссертационной работы: поиск режимов ускоренного заряда с применением асимметричного тока, а также разработка зарядного устройства на основе найденных оптимальных режимов
Задачи исследования:
сравнить распределение тока на физической модели сборного электрода при заряде как постоянным, так и асимметричным током, и определить оптимальный режим заряда,
изучить возможность применения асимметричного тока для стабилизации характеристик герметичных никель-кадмиевых батарей при циклировании на верхнем уровне заряженности и определить оптимальные параметры асимметричного тока, позволяющие заряжать герметичные никель-кадмиевые батареи без потери емкости при циклировании без предварительного доразряда в течение длительного времени,
изучить состав выделившегося газа при заряде аккумулятора асимметричным током с целью исключения разбаланса активных масс, возникающих из-за ускоренных режимов заряда,
найти простое схемное решение, позволяющее снизить стоимость зарядного устройства
Научная новизна
-
Исследованы ускоренные режимы заряда асимметричным током, позволяющие по сравнению с известными сократить время заряда до 1,3-1,5 ч и избежать пассивацию электродов
-
Установлено, что заряд асимметричным током с двумя катодными импульсами и паузой между ними способствует более равномерному распределению тока по глубине пористого электрода, по сравнению с асимметричным током с одним катодным импульсом и постоянным током
-
Разработан оптимальный режим ведения заряда с двумя катодными импульсами и паузой между ними, позволяющий повысить плотность зарядного тока на 13 % и сократить время заряда с 1,5-2 ч до 1,3-1,5 ч для исследуемых типов батарей, по сравнению с существующими режимами
-
Разработан оптимальный режим ускоренного заряда, позволяющий заряжать герметичные никель-кадмиевые батареи за 2-2,5 ч без предварительного доразряда (буферный, аварийный режим), по сравнению с существующими режимами
-
Установлено влияние параметров асимметричного тока при заряде аккумуляторов, которые улучшают распределение тока, приводят к микроцикли-рованию активной массы и не допускают пассивации электродов (рост кристаллов кадмиевого электрода) при работе в буферном режиме
б. Установлено, что потеря емкости аккумулятора при циклировании без предварительного доразряда (буферный, аварийный режим) связана в большей степени с отрицательным электродом, т к происходит укрупнение кристаллов кадмия
7 Установлено, что при циклировании на постоянном токе в буферном режиме происходит пассивация кадмиевого электрода и наступает выделение водорода, что приводит к выходу аккумулятора из строя, при циклировании
асимметричным током пассивация электродов и выделения водорода не происходит
Практическая ценность работы
Разработан способ ускоренного заряда асимметричным током никель-кадмиевых батарей средств связи типа НКГЦ Заряд осуществляется в интервале 1,3 - 1,5 ч при отключении длительности заряда по конечному напряжению или изменению знака первой производной по напряжению
Разработан способ ускоренного заряда, позволяющий заряжать герметичные никель-кадмиевые аккумуляторы эксплуатировавшиеся длительное время без предварительного доразряда за время 2 - 2,5 ч без ухудшения технико-эксплуатационных характеристик (на способ заряда получен патент № 2284077)
Разработано и внедрено на заводе ОАО"Электроавтоматика" (г Ставрополь) устройство (получено положительное решение о выдаче патента на изобретение №2006130194/09), предназначенное для ускоренного заряда асимметричным током аккумуляторных батарей Данное зарядное устройство эксплуатируется в составе изделия СЭС-ПТК (Система электроснабжения для программно-технических комплексов) Зарядное устройство обеспечивает в разработанном нами режиме ускоренный заряд асимметричным током герметичных никель-кадмиевых аккумуляторных батарей Акты внедрения режимов и зарядного устройства приведены в приложении к диссертационной работе
Публикации Результаты диссертационной работы отражены в патенте, положительном решении о выдаче патента и 3-х научных статьях
Объем и структура работы Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы и приложений Текст диссертации изложен на 155 страницах машинописного текста, содержит 35 рисунков, 22 таблицы и 3 приложения Список литературы включает 101 наименование
