СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО КОЛИЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЛИТА В АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕЕ

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО КОЛИЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЛИТА В АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕЕ


RU (11) 2227349 (13) C1

(51) 7 H01M10/34, H01M12/08 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2002119777/09 
(22) Дата подачи заявки: 2002.07.22 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2002.07.22 
(45) Опубликовано: 2004.04.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2146068 С1, 27.02.2000. US 5128600 А, 07.07.1992. WO 90/11626 А1, 04.10.1990. US 5173376 А, 22.12.1992. 
(72) Автор(ы): Матренин В.И.; Щипанов И.В. 
(73) Патентообладатель(и): Федеральное государственное унитарное предприятие Уральский электрохимический комбинат 
Адрес для переписки: 624130, Свердловская обл., г. Новоуральск, ул. Дзержинского, 2, ФГУП УЭХК, начальнику технического отдела С.Б. Афанасьеву 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО КОЛИЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЛИТА В АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕЕ 

Изобретение относится к электроэнергетике. Согласно изобретению способ получения оптимального количества электролита в никель-водородной аккумуляторной батарее включает вакуумную пропитку аккумуляторных элементов до полного заполнения и удаление излишка электролита путем проведения зарядно-разрядных циклов в следующей последовательности: проводится первый цикл, в котором батарея заряжается током (Iз) 0,05-0,20 долей от расчетной электрической емкости (Ст) до зарядной емкости (0,8-1,2)Ст, на первом цикле определяется давление водорода в конце заряда (Ркз), разряжается батарея током (Iр), равным (0,05-0,20)Ст, до напряжения конца разряда Uкр=n(0,8-1,0), В, где n - количество аккумуляторных элементов в батарее, затем проводится 1-15 циклов при токах Iз и Iр, равных (0,05-0,40)Ст, заряд ведется до Ркз, разряд до Uкр, после проводится 3-15 циклов при токах Iз и Iр, равных (0,1-0,8)Ст, заряд ведется до Ркз, разряд до Uкр, на последнем этапе проводится циклирование при токах Iз и Iр, равных токам заряда и разряда при штатной эксплуатации, заряд ведется до Ркз, разряд до Uкр, циклирование ведется до постоянного значения разрядной емкости. В процессе проведения зарядно-разрядных циклов происходит выбрасывание избытка электролита выделяющимся при заряде водородом. Техническим результатом изобретения является получение оптимального количества электролита. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано в химических металл-газовых источниках тока, например, никель-водородных аккумуляторных батареях.

Использование в никель-водородной аккумуляторной батарее газодиффузионного водородного электрода вызывает необходимость оптимального дозирования электролита. Особенно это важно в высоковольтных батареях с общим газовым коллектором, поскольку значительное различие в количестве электролита в электрически последовательно соединенных аккумуляторных элементах вызывает не идентичность их характеристик, что приводит к снижению энергоемкости батареи. С другой стороны, абсолютно одинаковое количество электролита в аккумуляторных элементах не является оптимальным вследствие различия структурных характеристик электродов и электролитсодержащих сепараторов в пределах технологических допусков, а также различия плотности сборки аккумуляторных элементов в батарее.

Известен способ изготовления герметичного никель-водородного аккумулятора /Патент №504263, Н 01 М 10/30, заявл. 06.08.1974/, в котором критерием оптимального количества электролита в аккумуляторном элементе до герметизации аккумулятора является максимальный ток электровосстановления кислорода воздуха на отрицательном электроде при наложении напряжения от внешнего источника тока 0,8-1,36 В. Такой способ определения и дозирования оптимального количества электролита может быть применен только для аккумулятора с одним аккумуляторным элементом. В высоковольтной батарее с несколькими электрически последовательно соединенными аккумуляторными элементами, если и можно приложить к каждому элементу напряжение от внешнего источника, то вызывает большие трудности изменение количества электролита в одном элементе, не изменяя в других, поскольку аккумуляторные элементы механически соединены в один электрохимический пакет.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является патент /Патент №2146068, Н 01 М 10/10, 12/08, заявл. 02.03.1998/, в котором вакуумированием и последующей пропиткой электролитом обеспечивается практически полное заполнение всех пор. Уменьшение объема электролита до заданной величины проводится на основании экспериментально определяемой зависимости электрических характеристик от электролитосодержания путем осушения с контролем объема удаленной сконденсированной воды. Способ получения оптимального количества электролита методом осушения имеет ряд недостатков. Во-первых, после удаления каждой порции воды необходимо определять электрические характеристики батареи, что требует ее перемонтажа из камеры заправки в технологическую емкость и обратно для удаления следующей порции воды и т.д., пока энергоемкость батареи не достигнет максимального значения. А операция перемонтажа достаточно трудоемка и требует много времени. Во-вторых, перемонтаж предполагает контакт батареи с воздухом, что, с одной стороны, нежелательно из-за адсорбции примесей, с другой - замена воздуха на аргон, а затем на водород для определения электрических характеристик приводит к дополнительному удалению воды, что вызывает несоответствие между измеренным объемом сконденсированной воды и действительно удаленной. В-третьих, удаление воды методом осушения не гарантирует оптимального количества электролита, поскольку граница раздела газ - электролит зависит от индивидуальных структурных характеристик каждого аккумуляторного элемента.

Таким образом, задачей заявляемого технического решения является способ получения оптимального количества электролита в никель-водородной батарее. Заявляемый способ заключается в том, что батарея после электрической коммутации аккумуляторных элементов заправляется электролитом под вакуумом, после чего она устанавливается в технологический корпус для проведения приработочных зарядно-разрядных циклов. Циклирование проводится по следующей программе:

A) 1-й цикл - батарея заряжается током (Iз) 0,05-0,20 долей от расчетной электрической емкости (Ст), определенной из количества активной массы в положительных электродах, до зарядной емкости (0,8-1,2)Ст. На первом цикле определяется давление водорода в конце заряда (Ркз). Разряжается батарея током (Iр), равным (0,05-0,20)Ст, до напряжения конца разряда Uкp=n(0,8-1,0), В, где n - количество аккумуляторных элементов в батарее;

Б) циклирование при токах Iз и Iр, равных (0,05-0,40)Ст. Заряд ведется до Ркз, разряд до Uкр. Проводится 1-15 циклов;

B) циклирование при токах Iз и Iр, равных (0,1-0,8)Ст. Заряд ведется до Ркз, разряд до Uкр. Проводится 3-15 циклов;

Г) циклирование при токах Iз и Iр, равных токам заряда и разряда при штатной эксплуатации. Заряд ведется до Ркз, разряд до Uкр. Циклирование ведется до постоянного значения разрядной емкости.

В процессе проведения приработочных зарядно-разрядных циклов происходит выбрасывание излишков электролита выделяющимся водородом из аккумуляторных элементов, о чем свидетельствует наличие электролита на дне технологического корпуса. Поэлементный контроль напряжения показывает, что с увеличением количества циклов повышается идентичность разрядных характеристик аккумуляторных элементов, при этом возрастает разрядная емкость (Ср) и практически достигает Ст и снижается давление водорода в конце разряда (Ркр). При достижении разброса энергоемкости между аккумуляторными элементами меньше 5% батарея устанавливается в штатный корпус и герметизируется.

В качестве примеров конкретного применения заявляемого технического решения приведены три варианта получения оптимального количества электролита в никель-водородных аккумуляторных батареях.

Пример 1

Батарея 5 НВ-4,3, Ст=4,5 Ач

Программа циклирования:

A) на первом цикле батарея заряжалась током Iз=0,66 А до емкости Сз=4,5 Ач, при этом давление (Ркз) в конце заряда составило 17 атм, после чего батарея разряжалась током Iр=0,66 А до напряжения (Uкр) 5,0 В;

Б) проведено 5 циклов Iз=Iр=0,66 А, батарея заряжалась до давления (Ркз) 17 атм, разряжалась - до напряжения (Uкр) 5,0 В;

B) проведено 7 циклов с увеличенными значениями токов заряда (Iз) и разряда (Iр) до 1,33 А, батарея заряжалась до давления (Ркз) 17 атм, разряжалась - до напряжения (Uкр) 5,0 В;

Г) проведено 10 циклов с токами заряда (Iз) 1,33 А и разряда (Iр) 2,0 А, соответствующими токам штатной эксплуатации, батарея заряжалась до давления (Ркз) 17 атм, разряжалась - до напряжения (Uкр) 5,0 В. Всего было проведено 23 приработочных зарядно-разрядных циклов, на последних четырех циклах емкость разряда составила 4,25-4,30 Ач. На фигуре 1 представлена зависимость изменения параметров батареи при циклировании.

Пример 2

Батарея 3 НВ-7,2, Ст=8,2 Ач

Программа циклирования:

A) Iз=Iр=1,0 А, Сз=9 Ач, Ркз=19,6 атм;

Б) Iз=Iр=1,0 А, Ркз=19,6 атм, Uкр=3,0 В, 5 циклов;

B) Iз=Iр=2,0 А, Ркз=19,6 атм, UKp=3,0 В, 10 циклов;

Г) Iз=2,0 А, Iр=4,0 А, Ркз=19,6 атм, Uкр=3,0 В, 24 цикла.

Проведено 40 приработочных зарядно-разрядных циклов, на последних пяти циклах емкость разряда составила 7,2 Ач.

На фигуре 2 представлена зависимость изменения параметров батареи при циклировании.

Пример 3

Батарея 28 НВ-12, Ст=14 Ач

Программа циклирования:

A) Iз=Iр=2,0 А, Сз=14 Ач, Ркз=59 атм;

Б) Iз=Iр=2,0 А, Ркз=59 атм, Uкр=28,0 В, 2 цикла;

B) Iз=2,0 А, Iр=4,0 А, Ркз=63 атм, Uкр=28,0 В, 7 циклов;

Г) Iз=Iр=4,0 А, Ркз=67,5 атм, Uкр=28,0 В, 8 циклов.

Проведено 18 приработочных зарядно-разрядных циклов, на последних двух циклах емкость разряда составила 12 Ач.

На фигуре 3 представлена зависимость изменения параметров батареи при циклировании.

Преимуществом предложенного способа получения оптимального количества электролита является возможность его применения для высоковольтных батарей, в каждом аккумуляторном элементе остается оптимальное количество электролита, независимо от различий в структурных характеристиках электродов и сепараторов, а отсутствие операции осушки исключает необходимость проведения трудоемкой операции перемонтажа и неоднократный контакт с воздухом.

Источники информации

1. Патент №504263, Н 01 М 10/30. Заявл. 06.08.1974.

2. Патент №2146068, Н 01 М 10/10, 12/08. Заявл. 02.03.1998. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ получения оптимального количества электролита в аккумуляторной батарее, включающий вакуумную пропитку аккумуляторных элементов до полного заполнения электролитом пористых сред с последующим удалением избытка электролита, отличающийся тем, что избыток электролита удаляется путем проведения зарядно-разрядных циклов в следующей последовательности, проводится первый цикл, в котором батарея заряжается током (Iз) 0,05-0,20 долей от расчетной электрической емкости (Ст) до зарядной емкости (0,8-1,2)Ст, на первом цикле определяется давление водорода в конце заряда (Ркз), разряжается батарея током (Iр), равным (0,05-0,20)Ст, до напряжения конца разряда Uкp=n(0,8-1,0), В, где n - количество аккумуляторных элементов в батарее, затем проводится 1-15 циклов при токах Iз и Iр, равных (0,05-0,40)Ст, заряд ведется до Ркз, разряд до Uкр, после проводится 3-15 циклов при токах Iз и Iр, равных (0,1-0,8)Ст, заряд ведется до Ркз, разряд до Uкр, на последнем этапе проводится циклирование при токах Iз и Iр, равных токам заряда и разряда при штатной эксплуатации, заряд ведется до Ркз, разряд до Uкр, циклирование ведется до постоянного значения разрядной емкости.

2. Способ получения оптимального количества электролита в аккумуляторной батарее по п.1, отличающийся тем, что давление в конце заряда, начиная со второго цикла, может варьироваться в пределах (0,8-1,2)Ркз, полученного на первом цикле.






ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru