196863. lajstromszámú szabadalom • Eljárás nikkel-kadmium akkumulátorok feltőltésére és kapcsolási elrendezés az eljárás foganatosítására
I A találmány tárgya eljárás Ni-Cd akkumulátorok feltöltésére, amelynek során a töltést adott első időtartamú töltési és ennél rövidebb második időtartamú kisütósí szakaszok ismétlődő sorozata révén végezzük. A találmány tárgyát képezi az eljárás foganatosítására alkalmas kapcsolási elrendezés is. A Ni-Cd akkumulátorok töltésével kapcsolatos problémákat részletesen ismerteti a 189.832 lsz. HU szabadalmi leírás. Itt vázoltuk, hogy az ilyen akkumulátorok üresjárási feszültsége a töltöttségi állapottal csak nagyon nagy szórással korrelál, ezért a töltési folyamat végét az jelzi, hogy a kisülési szakaszokban, adott késleltetéssel vett fcszültségminták ér léke egy adott feszültségszintet elér. Az erre visszavezetett töltöttségi vizsgálat azért indokolt, mert meghatározott mértékű kisütés elteltével a mérhető feszültség töltőttsőgtől függő ingadozása lényegesen kisebb mértékűazürcsjárási feszültség értékében tapasztalható ingadozásnál. A hivatkozott szabadalmi leírás szerint mind a töltést, mind pedig a kisütést állandó árammal végzik, amelynek értéke töltéskor az akkumulátor amperóra kapacitásának tizede körül van, kisütéskor pedig ennél kisebb. A szabadalmi leírás 2. ábráján látható, hogy töltéskor a mintavett feszültség értéke nagyon kis meredekséggel növekszik, ezért a töltési folyamat befejeződését a koinparálás viszonylag széles időbeli bizonytalansággal jelöli ki. Ni-Cd akkumulátorok alkalmazásánál a fentiekben vázolt töltési viszonyoktól függetlenül hátrányosnak tekinthető, hogy az akkumulátorok még előírásos, rendes használati körülmények mellett is gyakran zárlatossá válnak. A zárlatos akkumulátorok nem javíthatók, és magas árukra való tekintettel a zárlat által okozott meghibásodások jelentős anyagi kárt képviselnek. A Ni-Cd akkumulátorok kapacitása a használat során először lassan, majd rohamosabban csökken, és ez a kapacitáscsökkenés felgyorsul, ha az akkumulátort hoszszabb ideig nem használják. Számos alkalmazási területen már a csökkent kapacitású akkumulátorok sem felelnek meg, így azokat kiselejtezik. A találmány alapvető feladata olyan töltési eljárás létrehozása, amely mellett a zárlat, illetve a kapacitáscsökkenés veszélye lényegesen kisebb a korábban tapasztaltértékckhcz viszonyítva, sőt amely alkalmas zárlatossá vált és/vagy csökkent kapacitású Ni-Cd akkumulátorok regenerálására is, és emellett a töltés folyamatát képes hatékonyabbá és az egyedi szórásoktól kevésbé függővé tenni. A találmány a használat során az akkumulátorban lejátszódójelenségek és a töltés erre gyakorolt hatása összefüggéseinek felismerésén és kihasználásán alapul. Töltéskor az elektródák felületén inhomogén eloszlásban ott megtapadó iongócok alakulnak ki, ahol a fématomok koncentráltan adszorbeálódnak. Durva, nagy kristályszerkezetű fémlcrakódások alakulnak ki az elektródokon, amelyek a fémionoktól eltérő anyagi minőségűek. A lerakódások környezetében használat során a relatív áramsűrűség megváltozik, ami kezdetben az akkumulátor tárolási kapacitását csökkenti, majd a lerakódások növekedésekor az elektródok között zárlat alakul ki. Felismertük, hogy ha a Ni-Cd akkumulátorok töltése során a töltési és kisütési szakaszok ismétlődő sorozatában az egyes szakaszokban létesített állandó egyenáramokra velük azonos irányú, meredeken változó áramimpulzusokat szupcrponálunk, amelyek intenzitása adott 1 küszöbszintet meghalad, akkor a szakaszosan ismétlődő áramimpulzusok hatására adott idő elteltével megváltozik az elektródok felületi eloszlása, az említett fémlerakódások nagysága csökken, idővel az clektródfelület egyenletessé válik. Az itt vázolt hatást valószínűleg az váltja ki, hogy a fémlcrakódások (adott esetben zárlatos helyek) környezetében az áramsűrűség megközelíti a diffúziós határáramot, és a végtelen felé tartó diffúziós potenciál lép fel. A váltakozó irányú, nagymeredeksógű impulzusok a kristály környezetében erőteljesen felkavarják az elektrolitot és ezzel elősegítik a kristály feloldódását az elektrolitban. Már a részleges feloldódás is u zárlat megszűnését eredményezi, és az akkumulátor ismét használatba vehető. Felismertük továbbá, hogy a meredeken változó, szakaszosan ismétlődő áramimpulzusok az akkumulátorok töltésénél tartósan használhatók, és kedvező hatást fejtenek ki új akkumulátorok rendszeres fcltöltésénél is. Ez azzal magyarázható, hogy az elektrolitban keltett ionfront lökésektől mozgásba jönnek és vezetővé válnak olyan ionok is, amelyek egyébként a hagyományos egyenáramú töltés során kialakuló rész-potenciál egyensúly miatt nem aktívak. Ettől a mozgástól nagyobb ionaktivitás jön létre az elektródák felületén a Heimholz zónában. Ennek következtében javul az akkumulátorok töltési hatásfoka, csökken a feltöltéshez szükséges idő, ami energia megtakarítást is eredményez. Az elektrolit erőteljes belső mozgatása megakadályozza a korábban elkerülhetetlenül kialakuló iongócok létrejöttét és az ebből adódó kapacitás csökkenést és a zárlatossá válást, ami jelentős élettartam és megbízhatóság növekedést eredményez. A találmány szerinti eljárással rendszeresen töltött akkumulátor elektródjainak felületén finom kristályszerkezetű, elektrokémiai szempontból egyenletesen aktív, sok apró kristály keletkezik, amelynek eredménye az aktív felület növekedésében nyilvánul meg. Ez a növekedés mintegy 8—13%-os mértékben növeli az akkumulátor kapacitását. A találmány szerinti eljárásnál az egyenáramra szuperponált impulzusokat célszerű a töltési és a kisütési szakaszok kezdetéhez időzíteni, hogy a teljes változási amplitúdó a tizedkapacításnak megfelelő áram legalább mintegy 7—7,5-szcrcsc legyen. A kezdeti impulzusokon túl nem kizárt további impulzusok alkalmazása is. Abból a célból, hogy mindkét elektródon hasonló jelenségek játszódjanak le, célszerű olyan impulzus amplitúdókat választani, amelyeknél a kezdeti teljes változás (áramugrás) mindkét irányban azonos. Az egyes szakaszokban létesített impulzusok energiáját előnyös 3—5 mWs értékre választani, amelyből az impulzusok időzítése a mindenkori áramértékek mellett meghatározható. A töltési szakaszokban az állandósult áram értékét célszerű az említett tizedkapacításnak megfelelő áram háromszorosa alatt, ezen belül azonban minél magasabb szinten tartani. Egyes akkumulátortípusoknál ennél nagyobb áram tartós alkalmazása hátrányos lehet. A kisütési szakaszokban létesített kisütő áram a töltőáram fele-harmada körüli értékre választandó. A töltési folyamat végét a találmány szerinti eljárás esetén is célszerű a kisütési szakaszokban, azok kezdete után adott, pl. 5 másodperces késleltetés elteltével vett feszültségminták alapján megállapítani. A töltés pl. akkor fejeződhet be, ha cellánként ezen feszültség értéke az 1,41 V-ot eléri. 2 196 863 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
