Что такое асимметричный ток
Перейти к содержимому

Что такое асимметричный ток

  • автор:

RU2091953C1 — Способ заряда аккумуляторов асимметричным током и система его осуществления — Google Patents

Publication number RU2091953C1 RU2091953C1 RU9595122272A RU95122272A RU2091953C1 RU 2091953 C1 RU2091953 C1 RU 2091953C1 RU 9595122272 A RU9595122272 A RU 9595122272A RU 95122272 A RU95122272 A RU 95122272A RU 2091953 C1 RU2091953 C1 RU 2091953C1 Authority RU Russia Prior art keywords current charge charging discharge winding Prior art date 1995-12-28 Application number RU9595122272A Other languages English ( en ) Other versions RU95122272A ( ru Inventor Анатолий Григорьевич Николаев Original Assignee Анатолий Григорьевич Николаев Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.) 1995-12-28 Filing date 1995-12-28 Publication date 1997-09-27 1995-12-28 Application filed by Анатолий Григорьевич Николаев filed Critical Анатолий Григорьевич Николаев 1995-12-28 Priority to RU9595122272A priority Critical patent/RU2091953C1/ru 1997-09-27 Application granted granted Critical 1997-09-27 Publication of RU2091953C1 publication Critical patent/RU2091953C1/ru 1998-02-10 Publication of RU95122272A publication Critical patent/RU95122272A/ru

Links

Classifications

    • Y — GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02 — TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E — REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00 — Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10 — Energy storage using batteries

    Abstract

    Сущность изобретения: способ предусматривает разделенное формирование постоянной составляющей асимметричного тока в цепях выпрямления переменного тока и переменной составляющей — в резонансном индуктивно-емкостном контуре, подкачиваемом на частоте выпрямления тока, при суммировании обеих составляющих этого тока непосредственно в цепи заряда аккумуляторов. Устройство содержит источник электрической энергии переменного тока, выпрямитель и зарядно-разрядные двух обмоточный дроссель-трансформатор и конденсатор, который подключен через одну обмотку дросселя-трансформатора к выводам батареи непосредственно, а другая обмотка этого дросселя трансформатора подключена к той же батарее через источник энергии и выпрямитель, при этом обе обмотки дросселя-трасформатора соединены через зарядно-разрядный конденсатор последовательно-встречно. 2 с. п. ф-лы, 1 ил.

    Description

    Изобретение относится к области электротехники, а именно к способам и устройствам для формовки (формировки) при заряде и подзаряде аккумуляторов и аккумуляторных батарей (АБ) при их эксплуатации. Оно может быть использовано в системах электроснабжения как стационарных, так и различных автономных объектов с применением форсированного заряда и разряда аккумуляторов импульсным асимметричным током (АТ).

    В настоящее время известны и широко применяются способы (методы) заряда аккумуляторов непрерывным и прерывистым пульсирующим, т.е. импульсным, в том числе асимметричным током. Эти же способы используются и при формировке активных масс электродов при производстве аккумуляторов.

    Простейшим способом заряда аккумуляторов при их формировании или при эксплуатации является заряд путем непосредственного их подключения к зарядному источнику (А. Е. Зорохович и др. Устройство для заряда и разряда аккумуляторных батарей. М. Энергия, 1975, 4.3, с. 74), однако такой заряд занимает много времени (порядка 10 ч) и при эксплуатации АБ приводит к увеличению резервного парка батарей (там же, 7.1, с. 186). В связи с этим разработаны и предложены различные способы форсированного, т.е. ускоренного формирования и заряда АБ.

    В случае заряда АБ импульсным пульсирующим током униполярными (то есть однополярными) импульсами частоты 50 и более герц время зарядного цикла сокращается минимум на 17% а расход энергии на 20% (там же, с. 191 и ссылка на л. 7 этой монографии). Физически это объясняется уменьшением ЭДС поляризации аккумуляторов при импульсном их заряде (и, соответственно, их внутреннего сопротивления) за счет уменьшения концентрационной поляризации (см. Дж. Вайнел. Аккумуляторные батареи. Изд. 4. М-Л. ГЭИ, 1960, 366 367 с.).

    Еще в большей степени ЭДС поляризации АБ можно уменьшить при заряде ее разнополярными импульсами со средним за период значением тока заряда, отличным от нуля. Ток в виде разнополярных импульсов в системах заряда АБ называют рефлексным или часто асимметричным током.

    Простейшим способом формирования АТ является наложение постоянной составляющей в виде отдельных импульсов (однополярных) на переменный, например, синусоидальной формы, либо на переменный прямоугольной и любой иной формы [1, рис. 12.6, с. 190] Поэтому в простейшем описанном в литературе способе заряда АБ АТ от источников электрической энергии переменного тока (ИПТ) [1, рис. 12.7а на с. 192 постоянную составляющую формируют с помощью одного, а переменную с помощью другого источника, используя для этого, в частности, две фазы трехфазного ИПТ [2] Следовательно, простейшая система заряда (СЗ) АБ АТ содержит трехфазный ИПТ, одна линия которого подключена к АБ через зарядно-разрядный конденсатор (ЗРК), проводящий переменную составляющую АТ, а другая линия подключена к батарее через вентиль, пропускающий однополярные импульсы выпрямленного тока. Это устройство требует трехфазный ИПТ и характеризуется сравнительно низкими значениями КПД и коэффициента мощности, что, усложняя схему СЭ, ухудшает ее удельные энергетические показатели.

    Большей простотой схемы характеризуются СЗ с однофазными ИПТ, постоянную составляющую АТ в которых формируют двухполупериодными управляемыми выпрямителями (т. е. импульсами тока, частотой, вдвое превышающей частоту напряжения ИПТ) и ограничивают величину этого тока индуктивным сопротивлением дросселя [3]
    В наиболее близком по технической сущности к заявляемому способе заряда аккумуляторов асимметричным током от источника переменного тока с синусоидальной формой напряжения, при котором формируют постоянную составляющую зарядного тока в виде однополярных импульсов тока (на частоте источника или двухкратной ей) за счет выпрямления напряжения упомянутого источника, переменную составляющую тока путем поддержания вынужденных колебаний зарядно-разрядного тока аккумуляторов с одновременным ограничением его величины, при этом в тактах ограничения величины импульсов зарядного тока получают зарядную электромагнитную энергию, которую и используют для создания вынужденных колебаний зарядно-разрядного тока, а асимметричный ток получают суммированием постоянной и переменной составляющих одинаковой частоты непосредственно в цепи заряда аккумуляторов [4] а устройство, реализующее способ, содержит управляемый мостовой выпрямтель-формирователь постоянной составляющей АТ, величина которого ограничивается сопротивлением дросселя, а также индуктивно-емкостной контур (коммутируемый дополнительным тиристором), формирующий переменную составляющую АТ. В этом устройстве ЗРК блокируется дополнительным диодом, предотвращающим перезаряд ЗРК, поэтому ток в цепи данного конденсатора ограничивается (поочередно) сопротивлением двух различных дросселей, индуктивно друг с другом не связанных.

    Недостатком этого способа является относительно большая сложность электрических схем СЗ, его реализующих, а также сравнительно большие потери энергии в цепях проведения постоянной (через 2 тиристора) и переменной (через вентили) составляющих АТ и необходимость обеспечения проведения энергии, запасенной в дросселе (при ограничении величины постоянной составляющей АТ) через АБ и ИПТ. Все это ухудшает удельные энергетические показатели СЗ по данному способу.

    В наиболее близкой по технической сущности к заявляемой системе заряда аккумуляторной батареи асимметричным током, содержащей положительный и отрицательный выходные выводы для подключения заряжаемой аккумуляторной батареи, два входные вывода для соединения с выводами источника электрической энергии переменного тока, выпрямитель переменного тока, например, управляемый мостовой, отрицательная выходная клемма которого соединена с отрицательным выходным выводом, а также зарядно-разрядные двухобмоточный дроссель-трансформатор и конденсатор, одна обкладка которого подключена к положительному выходному выводу непосредственно, а другая через одну обмотку зарядно-разрядного дросселя-трансформатора к отрицательному выходному выводу СЗ [5, 6]
    Недостатком этой СЗ является необходимость использования двухили трехфазного ИПТ и весьма низкие удельные энергетические показатели устройства, обусловленные большими потерями энергии при омическом +ограничении зарядного тока и однополупериодном подмагничивании источника.

    Целью изобретения в способе заряда является улучшение удельных массогабаритных показателей систем заряда (зарядных устройств) путем их схемотехнического упрощения и потерь энергии в них.

    Целью изобретения в СЗ является упрощение схемы этой системы и улучшение ее удельных энергетических показателей.

    Поставленная цель в способе заряда аккумуляторов асимметричным током от источника переменного тока, при котором формируют постоянную составляющую зарядного тока в виде однополярных импульсов тока на частоте источника или двухкратной ей за счет выпрямления напряжения упомянутого источника, переменную составляющую тока путем поддержания вынужденных колебаний зарядно-разрядного тока аккумуляторов с одновременным ограничением его величины, а асимметричный ток получают суммированием постоянной и переменной составляющих одинаковой частоты непосредственно в цепи заряда аккумуляторов, достигается тем, что для поддержания указанных вынужденных колебаний используют часть зарядной электромагнитной энергии, полученной в тактах ограничения величины зарядного тока.

    Цель, поставленная в системе заряда аккумуляторной батареи асимметричным током, содержащей положительный и отрицательный выходные выводы для подключения заряжаемой аккумуляторной батареи, два входных вывода для соединения с выводами источника электрической энергии переменного тока, выпрямитель переменного тока, например управляемый мостовой, отрицательная выходная клемма которого соединена с отрицательным выходным выводом, а также зарядно-разрядные двухобмоточный дроссель-трансформатор и конденсатор, одна обкладка которого подключена к положительному выходному выводу непосредственно, а другая через одну обмотку зарядно-разрядного дросселя-трансформатора к отрицательному выходному выводу, другая обмотка зарядно-разрядного дросселя-трансформатора включена между положительным выходным выводом системы и положительной выходной клеммой выпрямителя, при этом упомянутые обмотки соединены через зарядно-разрядный конденсатор последовательно-встречно.

    На чертеже приведена принципиальная электрическая схема СЗ АБ АТ, реализующей заявленный способ заряда аккумуляторов асимметричным током от однофазного источника электрической энергии переменного тока с гармонической — синусоидальной формой его выходного напряжения.

    Она содержит положительную 1 и отрицательную 2 выходные выводы для подключения заряжаемой аккумуляторной батареи 3, два входные вывода 4 и 5, источник переменного тока 6, двухполупериодный мостовой выпрямитель 7, например, управляемый, клеммы входной диагонали которого образуют входные клеммы устройства, отрицательная выходная клемма 8 соединена с отрицательной выходной клеммой устройства 2, а положительная клемма 9 с одним выводом обмотки 10 токоограничивающего зарядного линейного дросселя-трансформатора, которую назовем зарядной, при этом положительная выходная клемма устройства соединена с одной обкладкой зарядно-разрядного конденсатора 11, другая обкладка которого соединена с выводом «разрядной» обмотки 12 линейного дросселя-трансформатора, свободный вывод обмотки этого зарядного линейного дросселя подключен к положительной выходной клемме устройства, а свободный вывод разрядной обмотки дросселя-трансформатора (ДТ) к его отрицательному выходному выводу, при этом обе обмотки расположены на одном магнитопроводе и объединены через зарядно-разрядный конденсатор (ЗРК) последовательно-встречно друг с другом.

    Обмотка 10, названная выше зарядной, образует цепь передачи энергии ИПТ 6 в АБ 3. По этой обмотке также часть энергии передается в обмотку 12, названную, для краткости, разрядной, т.к. она образует цепь разряда-заряда батарей, при которой энергия подразряда АБ 3 на ЗРК 11 возвращается в эту же батарею.

    Так как фарадеевская емкость аккумуляторов весьма велика (близка к Фараде), в цепи на соединенных последовательно ЗРК 11 и АБ 3 емкостью последней можно пренебречь, а поэтому условимся считать, что ЗРК 11 и разрядная обмотка 12 ДТ образуют последовательный индуктивно-емкостной контур, который настраивают на частоту источника 6 или на двухкратную ей. Очевидно, что частота этого контура (равная частоте импульсов выпрямленного тока) практически не зависит от фарадеевской емкости АБ 3.

    В предложенной системе формирование асимметричного переменного тока осуществляется путем наложения переменной составляющей тока на униполярные импульсы двухполупериодного выпрямителя.

    При рассмотрении принципа работы системы целесообразно рассмотреть отдельно цепи прохождения постоянной и переменной составляющих тока. При этом следует учесть два условия:
    1. Начальное зарядное напряжение аккумуляторной батареи Uзнач составляет примерно 60 70% от конечного зарядного напряжения АБ.

    2. При заряде АБ через обмотку 10 токоограничивающего линейного дросселя-трансформатора зарядный ток имеет следующий характер:
    а) непрерывный при зарядном напряжении Uзm, где Em амплитудное значение напряжения источника;
    б) импульсный при Uз> 0,537 Em.

    Учитывая первое условие, можно считать, что в реальных зарядных системах при заряде через ДТ ток заряда практически всегда имеет импульсный характер.

    Рассмотрим более подробно формирование постоянной составляющей зарядного тока. В полупериоде изменения напряжения источника 6, когда мгновенное значение напряжения на выходных клеммах 9 и 8 двухполупериодного мостового выпрямителя 7 станет больше напряжения заряжаемой батареи 3, происходит заряд АБ по цепи 9-10-1-3-2-8. Ограничение зарядного тока осуществляется с помощью токоограничивающего ДТ 10. При этом ток заряда увеличивается от нуля до своего максимального значения, что по времени соответствует моменту достижения мгновенным напряжением источника значения Em. По этой причине, за счет энергии, запасенной в магнитном поле дросселя (пропорциональной индуктивности дросселя и квадрату мгновенного значения тока в дросселе), при уменьшении мгновенного значения напряжения источника и скачкообразного изменения ЭЛС самоиндукции ДТ, последний, переходя из режима накопителя энергии в режим источника, обеспечивает продолжение заряда батарей, во время которого ток заряда проходит через ДТ 10, батарею 3 и источник 6, а также по цепи 10-1-3-2-8 и соединенные последовательно диоды выпрямителя, т.е. помимо источника 6.

    Формирование переменной составляющей асимметричного переменного тока происходит по цепи 12-11-1-3-2-8-12. При этом разрядная обмотка 12 ДТ расположена на одном магнитопроводе с его обмоткой 10 и работает в режиме источника переменного тока. ЭДС взаимоиндукции обмотки 12 изменяется с частотой, в два раза большей, чем ЭДС самоиндукции обмотки 10.

    Формирование разрядного импульса происходит следующим образом. В промежутке между униполярными зарядными импульсами зарядный ток равен нулю и соответственно ЭДС взаимоиндукции разрядной обмотки 12 ДТ равна нулю.

    Положительный потенциал клеммы 1 и отрицательный клеммы 2 (создаваемый батареей АБ 3) вызывают протекание тока в последовательном индуктивном емкостном контуре (ИЕК) 11-12, в результате чего формируется (синусоидальный по форме тока) импульс заряда ЗРК 11. Выше отмечено, что при однополупериодном выпрямлении тока частота ИЕК равна частоте тока источника, а при двухполупериодном выпрямлении вдвое превышает частоту тока (напряжения) источника 6. Пренебрегая потерями энергии в этом контуре, можно было бы считать, что в нем установится переменный ток, изменяющийся по гармоническому (синусоидальному) закону. Потери в этом контуре должны приводить к затуханию этих колебаний, однако трансформаторная связь обмоток 10 и 12 ДТ приводит к тому, что часть энергии, запасенной в ДТ при ограничении импульса зарядного тока в зарядной обмотке 10 трансформаторным путем передается в разрядную обмотку 12 и колебательный процесс в ИЕК поддерживается непрерывно. Такая подкачка осуществляется в конце каждого зарядного импульса тока. По этой причине при увеличении зарядного тока от нуля до своего максимального значения в разрядной обмотке ДТ возникает ЭДС взаимоиндукции такой полярности, при которой направление разрядного тока, протекающего через батарею по цепи 12-8-2-3-1-11-12, противоположно зарядному току, протекающему через нее. Причем, до некоторого момента времени, когда мгновенное значение зарядного тока мало, мгновенное значение разрядного тока больше его по абсолютной величине. Так формируется разрядный импульс тока, протекающий через батарею. Величина его зависит от соотношения емкости конденсатора 11 и индуктивности разрядной обмотки 12 ДТ.

    Таким образом, через батарею протекают постоянная и переменная составляющие тока. Постоянная составляющая тока источника запасется аккумуляторами, а переменная составляющая, циркулирующая в конденсаторе 11 и разрядной обмотке 12 дросселя-трансформатора и замыкаемая через батарею, активизируя электрохимические процессы в аккумуляторах, способствует уменьшению их внутреннего сопротивления.

    Экспериментальные исследования физической модели данной СЗ подтвердили ее хорошую работоспособность и реальность достижения цели изобретения по п. 2 и 1 формулы. Новизна этого предложения, не следующего явным образом из известного уровня техники, обеспечивает изобретательский уровень данных изобретений, которые могут быть использованы, как отмечено выше, в аккумуляторной промышленности при формовке АБ и во всех областях техники, использующих батареи в качестве химических источников тока.

    Следовательно, формирование постоянной составляющей АТ с помощью выпрямителя и ее ограничение дросселем-трансформатором, а переменной составляющей АТ с помощью ИЕК, подкачиваемого энергией за счет части энергии, полученной в таких ограничениях величины импульсов зарядного тока, упрощает зарядные устройства, реализующие способ, а также улучшает их удельные энергетические показатели.

    Литература.

    1. А.Г. Николаев. Г.Н. Петров, Б.М. Сухарев и В.А. Хохлов. Системы электроснабжения, электрические сети и освещение. Уч. пособие. Л. ВИКИ им. А.Ф. Можайского, 1978. 332 с. ил.

    Устройство для заряда сульфатированного свинцово-кислотного аккумулятора импульсным асимметричным током Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

    Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Дувинг В. Г., Казаринов И. А., Бурашникова М. М.

    Проведена экспериментальная проверка возможностей разработанного зарядного устройства для заряда свинцово-кислотных аккумуляторов с сульфатированными пластинами импульсным асимметричным током. Принцип рассматриваемого способа заряда основан на чередовании импульсов зарядного тока малой длительности, но большой амплитуды, с импульсами разрядного тока с частотой их следования, кратной частоте переменного тока электросети России (50 Гц). Разработанное устройство позволяет эффективно проводить заряд свинцово-кислотных аккумуляторов с глубоко сульфатированными пластинами, пригодно для первичной батарейной формировки свинцово-кислотных аккумуляторов и для восстановления первоначальной ёмкости батарей в процессе их длительной эксплуатации.

    i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

    Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Дувинг В. Г., Казаринов И. А., Бурашникова М. М.

    Батарейная формировка свинцово-кислотных аккумуляторов импульсным асимметричным током
    Зарядновосстановительное устройство для автомобильных аккумуляторных батарей
    Ускоренный метод заряда свинцово-кислотного аккумулятора. 3. Импульсный заряд

    Радиофизическим подход к измерению скорости газовыделения в свинцово-кислотных аккумуляторных батареях

    Методы улучшения эксплуатационных характеристик свинцовых аккумуляторов в составе установок, действующих на энергии возобновляемых источников

    i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
    i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

    Текст научной работы на тему «Устройство для заряда сульфатированного свинцово-кислотного аккумулятора импульсным асимметричным током»

    ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ЭНЕРГЕТИКА. 2012. Т. 12, № 1. С. 21-24

    УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДА СУЛЬФАТИРОВАННОГО СВИНЦОВО-КИСЛОТНОГО АККУМУЛЯТОРА ИМПУЛЬСНЫМ АСИММЕТРИЧНЫМ ТОКОМ

    В. Г. Дувинг, И. А. Казаринов1, М. М. Бурашникова1

    ОАО «Электроисточник», Саратов, Россия 1Саратовский государственный университет, Россия

    E-mail: KazarinovIA@mail.ru Поступила в редакцию 12.12.11 г.

    Проведена экспериментальная проверка возможностей разработанного зарядного устройства для заряда свинцово-кислотных аккумуляторов с сульфатированными пластинами импульсным асимметричным током. Принцип рассматриваемого способа заряда основан на чередовании импульсов зарядного тока малой длительности, но большой амплитуды, с импульсами разрядного тока с частотой их следования, кратной частоте переменного тока электросети России (50 Гц). Разработанное устройство позволяет эффективно проводить заряд свинцово-кислотных аккумуляторов с глубоко сульфатированными пластинами, пригодно для первичной батарейной формировки свинцово-кислотных аккумуляторов и для восстановления первоначальной ёмкости батарей в процессе их длительной эксплуатации.

    Ключевые слова: свинцово-кислотные аккумуляторы, сульфатация пластин, методы заряда, импульсные метода, заряд асимметричным током.

    The capabilities of our designed charging device for charging of lead-acid batteries with sulfated plates by pulse asymmetric current were tested experimentally. The principle of the considered charging mode is based on alternation of short high-amplitude pulses of the charging current with discharging current pulses with their sequence frequency being multiple of the alternating current frequency in Russia (50 Hz). The designed device enables effective charging of lead-acid batteries with deeply sulfated plates, and is suitable for primary battery formation of lead-acid batteries and for restoration of the initial capacity of batteries in the process of their long-term exploitation.

    Key words: lead-acid batteries, plate sulfating, charging modes, pulse modes, asymmetric current charging.

    При всех положительных качествах свин-цово-кислотного аккумулятора (СКА) он имеет существенный недостаток, сокращающий срок его эксплуатации — сульфатацию пластин. В результате длительной или неправильной эксплуатации аккумулятора активное вещество — сульфат свинца — переходит в химически неактивное состояние. По этой причине снижается зарядная и разрядная ёмкость аккумулятора вплоть до её полной и необратимой потери.

    Основными причинами сульфатации пластин являются рекристаллизация сульфата свинца, ведущая к укрупнению размеров кристаллов, и адсорбция на кристаллах сульфата свинца поверхностно-активных веществ, присутствующих в качестве примесей в сернокислом электролите [1]. И то и другое приводит с снижению растворимости сульфата свинца и, как следствие, к уменьшению скорости зарядного процесса. Поэтому характерными признаками сульфатации аккумуляторных электродов являются повышенное напряжение и обильное газовыделение, наблюдаемые в самом начале заряда.

    Для устранения сульфатации аккумуляторных пластин разработан целый ряд методов, ко-

    торые широко представлены в литературе. Первая группа методов основана на повышении растворимости сульфата свинца за счёт изменения состава электролита. Вторая группа методов, которым в настоящее время по ряду причин отдаётся предпочтение, основана на использовании специальных зарядных методов: на чередовании импульсов зарядного и разрядного токов, на заряде импульсным асимметричным током [2-6]. Использование импульсов зарядного тока большой амплитуды в некоторых случаях позволяет эффективно десор-бировать с поверхности органические примеси в процессе сильной катодной поляризации.

    Известно, что режимы заряда асимметричным током предоставляют большие возможности для управления процессом заряда. Параметрами, которые могут использоваться для управления процессом заряда, являются: амплитуда зарядного импульса, амплитуда разрядного импульса, частота следования зарядного импульса, скважность, длительность пауз при переходе от разрядного к зарядному импульсу и от зарядного к разрядному. Эти параметры могут корректироваться в процессе заряда в зависимости от изменения состояния аккумулятора.

    Не менее важной проблемой при разработке импульсных методов заряда является техническая

    © ДУВИНГ В. Г., КАЗАРИНОВ И. А., БУРАШНИКОВА М. М., 2012

    сложность устройств, с помощью которых можно реализовать такую технологию заряда. В настоящей работе анализируются возможности импульсного зарядного устройства [7] для десульфатации пластин свинцово-кислотных аккумуляторов.

    1. Принцип работы

    импульсного зарядного устройства

    Принцип рассматриваемого способа заряда основан на чередовании импульсов зарядного тока малой длительности, но большой амплитуды, с импульсами разрядного тока с частотой их следования кратной частоте переменного тока электросети России (50 Гц). Как показали исследования, для практики наиболее подходят два значения частоты следования зарядных импульсов: 50 Гц и 25 Гц. Кратность с частотой электросети позволяет создавать сравнительно несложные устройства для получения управляющих импульсов напряжения, синхронных с частотой электросети, и получать на батарее зарядные токи любой величины, которые ограничиваются только возможностью ключевого элемента.

    Зарядное устройство содержит сетевой трансформатор, блок формирователя импульсов напряжения, синхронных с частотой сети переменного тока, ключевой элемент (управляемый мощный диод — тиристор). Блок-схема импульсного зарядного устройства приведена на рис. 1.

    Рис. 1. Блок-схема импульсного зарядного устройства: 1 — сетевой трансформатор; 2 — тиристор; 3 — переключатель то-коустановочного сопротивления; 4 — блок формирования импульсов; А — амперметр; R — токоустановочное сопротивление; Тр — трансформатор

    Полученные в формирователе импульсы напряжения подводятся к управляющему электроду тиристора и открывают его. Время открытия тиристора определяется длительностью подаваемого на него импульса. Для формирования управляющих импульсов с частотой 50 Гц используется один полупериод сети переменного тока, поэтому подаваемый на тиристор управляющий импульс должен быть синхронизирован именно с ним. Для получения частоты следования 25 Гц тиристор открывается через полтора сетевых периода.

    Тиристор включен последовательно с вторичной силовой обмоткой сетевого трансформа-

    тора и аккумуляторной батареей. Напряжение на вторичной обмотке подбирается такой величины, чтобы обеспечивался необходимый максимальный ток заряда. Регулировка зарядного тока осуществляется в блоке формирователя за счёт изменения длительности управляющих импульсов (возможны другие схемы управления ключевым элементом).

    Импульсы зарядного тока формируются с помощью импульсов напряжения, которые подаются с силовой обмотки трансформатора на клеммы батареи через тиристор. На рис. 2 приведены осциллограммы этих импульсов напряжения, сформированных зарядным устройством с частотой 25 Гц (рис. 2, а) и 50 Гц (рис. 2, б), которые являются переменной составляющей зарядного напряжения.

    Импульсы напряжения накладываются на постоянное напряжение аккумулятора, при этом получается зарядное напряжение изар, которое можно представить в виде изар = ибат + иимп, где ибат — постоянное напряжение на клеммах аккумулятора, иимп — напряжение импульса, измеренное на экране осциллографа.

    Рис. 2. Осциллограммы импульсов напряжения, сформированных зарядным устройством при частотах 25 Гц (а) и 50 Гц (б)

    Импульсы зарядного тока образуют в цепи заряда эффективный постоянный ток (/эфф), который измеряется обычным образом по показанию

    Устройство для заряда сульфатированного свинцово-кислотного аккумулятора

    амперметра, включенного в цепь последовательно с аккумулятором (см. рис.1). Очевидно, что эффективный постоянный ток за период следования зарядного и разрядного импульсов по величине значительно меньше тока в зарядном импульсе.

    Импульсы разрядного тока получаются с помощью резистора, подключенного к выходным зажимам зарядного устройства (см. рис. 1). Величина постоянного тока в разрядных импульсах составляет 20-30% от эффективного постоянного тока заряда. Внутреннее сопротивление свинцово-кислотного аккумулятора намного меньше сопротивления этого резистора, поэтому потери тока на нём за время короткого зарядного импульса незначительны. Возможна разработка схемы, отключающей разрядный резистор при зарядном импульсе, но её энергопотребление может быть соизмеримо с потерями на резисторе и усложнение зарядного устройства теряет смысл.

    2. Экспериментальные данные и их обсуждение

    Проверка эффективности импульсного способа в сравнении с постояннотоковым режимом проведена на аккумуляторах из одной специально подготовленной батареи. Исправная батарея с ёмкостью 55 А-ч была полностью разряжена и находилась в этом состоянии 5 месяцев. Это было сделано для того, чтобы получить для эксперимента аккумуляторы с глубокой сульфатацией пластин и изготовленные по одной технологии.

    Для заряда постояннотоковым и импульсным режимами использовались отдельные банки батареи после удаления её верхней крышки.

    На рис. 3 показано изменение постоянного напряжения на клеммах единичного свинцово-кислотного аккумулятора, зарядного напряжения в импульсном режиме и эффективного постоянного тока заряда в течение первых 100 минут заряда. Как видно на рис. 3, в начальной стадии импульсного заряда (менее 0.2 мин) зарядный ток появляется при увеличении зарядного напряжения до 11 В. Одновременно с этим постоянное напряжение на клеммах свинцово-кислотного аккумулятора начинает увеличиваться от 0.9 В (начальное напряжение данного сульфатированного аккумулятора) и достигает 13 В, что более чем в 5-6 раз превышает величину э.д.с. свинцово-кислотного аккумулятора. Величина эффективного постоянного тока заряда возрастает постепенно от нулевого значения.

    Высокое начальное зарядное напряжение объясняет трудности, которые возникают при попытке заряда свинцово-кислотного аккумулятора с глубокой сульфатацией пластин постоянным током (недостаточное для этой цели напряжение на

    выходе стандартного зарядного устройства не позволяет осуществить процесс заряда).

    Через одну-две минуты после подачи на клеммы аккумулятора импульсного напряжения устанавливается эффективный постоянный ток заряда 3 А, величина которого выбрана для эксперимента. В дальнейшем величина тока поддерживается постоянной, что свидетельствует о протекании фарадеевских процессов: восстановления и окисления сульфата свинца, соответственно на отрицательном и положительном электродах, и выделения газов (водорода и кислорода).

    Рис. 3. Изменение постоянного напряжения на клеммах единичного свинцово-кислотного аккумулятора (ибат), зарядного напряжения в импульсном режиме (изар) и эффективного постоянного тока заряда (7эф) в начальной стадии заряда свинцово-кислотного аккумулятора с суль-фатированными пластинами импульсным асимметричным током (V = 50 Гц)

    Уменьшение сопротивления свинцово-кислотного аккумулятора в процессе заряда приводит к снижению импульсного зарядного напряжения, которое уже через 1 ч достигает значения 4.5 В.

    В данном способе заряда импульсы тока заряда чередуются с импульсами тока разряда, но при этом суммарное время разряда больше суммарного времени заряда в 3-6 раз (в зависимости от длительности зарядных импульсов) при частоте следования импульсов 50 Гц, а при частоте 25 Гц — в 7-12 раз.

    Процесс заряда аккумулятора происходит только в течение короткого зарядного импульса, длительность которого не превышает четверти периода колебаний в сети переменного тока 50 Гц (период колебаний 20 мс) [7]. При рассматриваемых частотах в обоих случаях длительность зарядного импульса не более пяти миллисекунд, поэтому величина тока в импульсе, как отмечалось выше, значительно превосходит эффективный постоянный ток заряда. Оценка показывает, что в данном

    эксперименте при эффективном постоянном токе заряда 3 А зарядный ток в импульсе был не менее 12 А. С таким же эффективным постоянным током при частоте следования импульсов 25 Гц зарядный ток в импульсе был бы не менее 24 А.

    Большой ток в зарядном импульсе положительно влияет на интенсивность электрохимической реакции заряда и преобразования активной массы в пластинах аккумулятора, а разрядная составляющая тока в период паузы позволяет снять концентрационную поляризацию и, следовательно, снизить газовыделение при десульфатации пластин.

    На рис. 4 показано изменение плотности электролита в испытуемых аккумуляторах при их заряде постоянным током ЗА (кривая 1) и импульсным током с частотой 50 Гц (кривая 2) при эффективном постоянном токе заряда 3 А.

    Рис. 4. Изменение плотности электролита при заряде СКА с сульфатированными пластинами различными режимами: 1 — постояннотоковый (ток заряда 3 А); 2 — импульсный (эффективный постоянный ток заряда 3 А, V =50 Гц)

    Видно, что при импульсном режиме заряда плотность электролита достигла значения 1.27 г/см3 через 60 ч. Данное значение плотности электролита характерно для почти полностью заряженного аккумулятора [8]. Из этого следует, что сульфат свинца, до заряда находившийся в виде крупных кристаллов, постепенно становится химически активным и вступает в реакцию заряда.

    Заряд в постояннотоковом режиме с самого начала сопровождался интенсивным электролизом воды и обильным газовыделением. В процессе длительного заряда плотность электролита в этом случае достигла значения 1.14 г/см3, при-

    чём частично это увеличение произошло за счёт уменьшения уровня электролита. Газовыделение в импульсном режиме было заметно меньше.

    Разработанное зарядное устройство, использующее технологию заряда импульсным асимметричным током, позволяет эффективно проводить заряд свинцово-кислотных аккумуляторов с глу-бокосульфатированными пластинами.

    Принцип действия зарядного устройства основан на чередовании импульсов зарядного тока с импульсами разрядного тока с частотой следования кратной промышленной частоте переменного тока электросети России (50 Гц). Эксперимент был проведён только на одной из рекомендованных частот.

    Данный метод заряда пригоден для первичной батарейной формировки свинцово-кислотных аккумуляторов [8] и для восстановления первоначальной емкости батарей в процессе их длительной эксплуатации.

    1. Дасоян М. А., Агуф И. А. Современная теория свинцового аккумулятора. Л. : Энергия, 1975. 312 с.

    2. А. с. 838828 СССР, МПК Н01 М 10/44. Способ заряда кислотного свинцового аккумулятора / В. А. Шулаев № 2826928/24-07; заявл. 17.10.79; опубл. 15.06.81, Бюл. № 22.

    3. А. с. 372599 СССР, МПК Н01 М 39/00, Н01 М 47/00. Способ десульфатации пластин свинцового аккумулятора / Ф. И. Кукоз, Х. К. Явруян. № 1645723/24-07; заявл. 14.04.1971; опубл. 01.03.1973. Бюл. № 13.

    4. А. с. 777760 СССР, МПК Н01 М 10/44. Способ формирования пластин и заряда кислотной свинцовой аккумуляторной батареи / З. И. Вайсгант, В. В. Василенко, В. А. Ки-селевич, М. К. Семков. № 2736915/24-07; заявл. 10.01.79 (21); опубл. 07.11.80, Бюл. № 41.

    5. Пат. 3929505 США, кл. 136-34.

    6. А. с. 396761 СССР, МПК Н01 М 39/00, Н01 М 45/04. Способ заряда свинцовой аккумуляторной батареи ассиметрич-ным током / В. Г. Денисов, А. В. Герасимов. № 1724919/24-7; заявл. 13.12.1971; опубл. 29.08.1973. Бюл. № 36.

    7. Пат. 2180460 Российская Федерация. МПК7 Н01 М 10/44, Н02 J 7/00. Способ заряда свинцового аккумулятора / В. Г. Дувинг (Российская Федерация); заявитель и патентообладатель В. Г. Дувинг. № 2000100072/09; заявл. 05.01.2000; опубл. 10.03.2002. Бюл. № 7.

    8. Казаринов И. А., Дувинг В. Г., Бурашникова М. М., Ре-шетов В. А., Борщенко А. А., Шишова М. А. // Электрохим. энергетика. 2011. Т. 11, № 4. С. 200-205.

    Заряд аккумулятора

    На текущий момент на рынке аккумуляторов наиболее распространены следующие типы:

    SLA (Sealed Lead Acid) Герметичные свинцово-кислотные или VRLA (Valve Regulated Lead Acid) клапанно-регулируемые свинцово кислотные. Изготовлены по стандартной технологии. Благодаря конструкции и применяемых материалов, не требуют проверки уровня электролита и доливки воды. Имеют невысокую устойчивость к циклированию, ограниченные возможности работы при низком разряде, стандартный пусковой ток и быстрый разряд.

    EFB (Enhanced Flooded Battery) Технология разработана фирмой Bosch. Это промежуточная технология между стандартной и технологий AGM. От стандартной такие аккумуляторы отличаются более высокой устойчивостью к циклированию, улучшен прием заряда. Имеют более высокий пусковой ток. Как и у SLA\VRLA, есть ограничения работы при низкой заряженности.

    AGM (Absorbed Glass Mat) На текущий момент лучшая технология (по соотношению цена\характеристики). Устойчивость к циклированию выше в 3-4 раза, быстрый заряд. Благодаря низкому внутреннему сопротивлению обладает высоким пусковым током при низкой степени заряженности. Расход воды приближен к нулю, устойчива к расслоению электролита благодаря абсорбции в AGM-сепараторе.

    GEL (Gel Electrolite) Технология, при которой электролит находиться в виде геля. По сравнению с AGM обладают лучшей устойчивостью к циклированию, большая устойчивость к расслоению электролита. К недостаткам можно отнести высокую стоимость, и высокие требования к режиму заряда.

    Существуют еще несколько технологий изготовления аккумуляторов, как связанных с изменением формы пластин, так и специфическими условиями эксплуатации. Не смотря на различие технологий, физико-химические процессы протекающие при заряде — разряде аккумулятора одинаковые. По-этому алгоритмы заряда различных типов аккумуляторов практически идентичны. Различия,в основном, связаны со значением максимального тока заряда и напряжения окончания заряда.

    Например, при заряде 12-ти вольтового аккумулятора по технологии:

    — SLA\VRLA максимальный ток 0.1С, напряжение 14,2 … 14,5В

    — AGM максимальный ток 0.2С, напряжение 14,6 … 14,8В

    — GEL максимальный ток 0.2С, напряжение 14,1 … 14,4В

    Значения приведены усредненные по рекомендациям различных производителей аккумуляторов. Конкретные значения необходимо уточнить у производителя.

    Определение степени заряженности аккумулятора

    Есть два основных способа определения степени заряженности аккумулятора, измерение плотности электролита и измерение напряжения разомкнутой цепи (НРЦ).

    график

    график

    НРЦ — это напряжение на аккумуляторе без подключенной нагрузки. Для герметичных (не обслуживаемых) аккумуляторов степень заряженности можно определить только измерив НРЦ. Измерять НРЦ необходимо не раньше, чем через 8 часов после остановки двигателя (отключения от зарядного устройства), с помощью вольтметра класса точности не ниже 1.0. При температуре аккумулятора 20-25оС (по рекомендации фирмы Bosch). Значения НРЦ приведены в таблице.

    (у некоторых производителей значения могут отличаться от приведенных) Если степень заряженности аккумулятора меньше 80%, то рекомендуеться провести заряд.

    Алгоритмы заряда аккумуляторов

    Существуют несколько наиболее распространенных алгоритмов заряда аккумулятора. На текущий момент большинство производителей аккумуляторов рекомендуют алгоритм заряда CC\CV (Constant Current \ Constant Voltage – постоянный ток \ постоянное напряжение).

    график

    график

    Такой алгоритм обеспечивает достаточно быстрый и «бережный» режим заряда аккумулятора. Для исключения долговременного пребывания аккумулятора в конце процесса заряда, большинство зарядных устройств переходит в режим поддержания (компенсации тока саморазряда) напряжения на аккумуляторе. Такой алгоритм называется трехступенчатым. График такого алгоритма заряда представлен на рисунке.

    Указанные значения напряжения (14.5В и 13.2В) справедливы при заряде аккумуляторов типа SLA\VRLA,AGM. При заряде аккумуляторов типа GEL значения напряжений должны быть установлены соответственно 14.1В и 13.2В.

    Дополнительные алгоритмы при заряде аккумуляторов

    Предзаряд У сильно разряженного аккумулятора (НРЦ меньше 10В) увеличивается внутреннее сопротивление, что приводит к ухудшению его способности принимать заряд. Алгоритм предзаряда предназначен для «раскачки» таких аккумуляторов.

    Асимметричный заряд Для уменьшения сульфатации пластин аккумулятора можно проводить заряд асимметричным током. При таком алгоритме заряд чередуется с разрядом, что приводит к частичному растворению сульфатов и восстановлению емкости аккумулятора.

    Выравнивающий заряд В процессе эксплуатации аккумуляторов происходит изменение внутреннего сопротивления отдельных «банок», что в процессе заряда приводит неравномерности заряда. Для уменьшения разброса внутреннего сопротивления рекомендуется проводить выравнивающий заряд. При этом аккумулятор заряжают током 0.05. 0.1C при напряжении 15.6. 16.4В. Заряд проводиться в течении 2. 6 часов при постоянном контроле температуры аккумулятора. Нельзя проводить выравнивающий заряд герметичных аккумуляторов, особенно по технологии GEL. Некоторые производители допускают такой заряд для VRLA\AGM аккумуляторов.

    Определение емкости аккумулятора

    В процессе эксплуатации аккумулятора его емкость уменьшается. Если емкость составляет 80% от номинальной, то такой аккумулятор рекомендуется заменить. Для определения емкости аккумулятор полностью заряжают. Дают отстояться в течении 1. 5 часов и затем разряжают током 1\20С до напряжения 10.8В (для 12-ти вольтового аккумулятора). Количество отданных аккумулятором ампер-часов является его фактической емкостью. Некоторые производители используют для определения емкости другие значения тока разряда, и напряжения до которого разряжается аккумулятор.

    Контрольно-тренировочный цикл

    Для уменьшения сульфатации пластин аккумулятора одна из методик это проведение контрольно тренировочных циклов (КТЦ). КТЦ состоят из нескольких последовательных циклов заряда с последующим разрядом током 0.01. 0.05С. При проведении таких циклов, сульфат растворяется, емкость аккумулятора может быть частично восстановлена.

    Страницы не существует!

    Ошибка 404 обозначает, что запрошенному вами URL не соответствует никакая страница сайта. Этому могут быть две причины: ссылка неверна или ранее существовавшая страница была удалена. Получив вместо страницы сообщение об ошибке, тщательно проверьте написание адреса — возможно, вы просто ошиблись при наборе. Если вы уверены, что адрес правильный, попробуйте начать поиск информации с верхнего уровня сайта (доменного имени).

    По какой причине могла возникнуть ошибка:

    — Вы написали http://www.web-stroy.com/штвучюреьд вместо http://www.web-stroy.com/index.html
    — Вы написали inex.html, idnex.html вместо index.html

    Если Вы попали сюда по ссылке с сайта, просим Вас пришлите нам эту ссылку по адресу info@web-stroy.com!

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *