196863. lajstromszámú szabadalom • Eljárás nikkel-kadmium akkumulátorok feltőltésére és kapcsolási elrendezés az eljárás foganatosítására
3 196 863 4 A találmány szerinti eljárás egy érdekes kísérő jelensége, hogyazemlítctt feszültségminták értéke a töltés során enyhén növekszik, majd a fcltöltöltség elérése előtt közvetlenül meredeken emelkedik. A meredek emelkedés a komparálás pontosságát lényegesen növeli, és a tiíltöltés veszélye nélkül egyöntetűen feltöltött akkumulátorokat eredményez. Az eljárás foganatosítására alkalmas kapcsolási elrendezés tartalmaz: — az akkumulátorhoz csatlakozd áramgenerátorból és vele párhuzamosan kapcsolt, meredeken változó áramimpulzusokat előállító, vezérelt áramgenerátorból álló töltő és ehhez hasonlóan felépített kisütő áramkört, amelyeknek indító és leállító bemencteik vannak, ahol a két áramgenerátor egyetlen vezérelt áramgenerátorral is megvalósítható; — a töltési és kisütési szakaszokat meghatározó időzítő egységet, előnyösen impulzusgcnerátort; — az időzítő egység kimenetéi és a töltő és kisütő áramkörök indító és leállító bemenetéhez csatlakoztatott vezérelt kapcsolókat; — a kisütési szakaszokban, ezek kezdete után adott időzítéssel az akkumulátor feszültségét érzékelő és a töltöttséghez rendelt adott feszültségszinttel koinparáló feszültség érzékelő egységet; és — a komparálási jellel aktivált, a töltési és kisütési folyamaot leállító beavatkozó egységet. A találmány szerinti eljárást és kapcsolási elrendezést a továbbiakban példák kapcsán, a rajz alapján ismertetjük részletesebben. A rajzon az: 1. ábra a találmány szerinti eljárás két teljes ciklusát szemléltető áramerősség-idő diagram, a 2. ábra hagyományos egyenáramú töltéssel töltött akkumulátor elcktródfelületének részlete 600-szoros nagyításban a 22. használati ciklus után, a 3. ábra a 2. ábrához hasonló kép, amely a találmány szerinti eljárással töltött, azonos típusú akkumulátorról készült a 22. használati ciklus után, a 4. ábra két zárlatos akkumulátor „ feléledését” szemléltető feszültség-idő diagram, az 5. ábra több, mint 9 éve nem használt, kapacitását már elvesztett akkumulátor regenerálását szemléltető feszültség-idő diagram, a 6. ábra két kisütött akkumulátor töltési diagramja, ahol az egyik töltése hagyományosan, a másiké pedig a találmány szerint történik, a 7. ábra három különböző töltöttségű akkumulátor töltési diagramját szemlélteti, és a 8. ábra a találmány szerinti kapcsolási elrendezés vázlata. A találmány szerinti eljárás során a Ni-Cd akkumulátor töltését egymást váltakozva követő töltési és kisütési szakaszok alatt végezzük. Minden töltési 10 szakasz az 1. ábrán vázolt példakénti esetben 1 percig, az ezt követő kisütési 11 szakasz pedig 10 másodpercig tart. Amíg a hivatkozott magyar szabadalom szerinti eljárásnál a töltési és kisütési szakaszokban külön-külön állandó, egymással azonban nem egyenlő töltő, illetve kisütő áramot használtak, az 1. ábra diagramjában megfigyelhető, hogy minden töltési 10 szakaszegy intenzív, rövid idejű 12 töltő impulzussal, a kisütési 11 szakasz pedig egyezzél ellentétes irányú, hasonló 13 kisütő impulzussal kezdődik, majd az áram a szakasz végéig állandósul. Az egyes áramértékeket az 1. ábra relatív skálája szerint az akkumulátor amperóra kapacitása tört részének megfelelően adtuk meg. A töltési 10 szakaszban az állandósult It töltőáram értéke It = 2,5 • I10, a kisütési 11 szakaszban az állandósult Ik kisütőáram Ik—Ijo, ahol I10 az amperóra kapacitás tizedrészének megfelelő áramot jelent. A12 töltő impulzus a nulltcngclyhcz képest 7,5 • I10 értékű, tehát az állandósult It töltőáramnál 5 • I10 ugrással nagyobb. A kisütési 11 szakaszban a 13 kisütő impulzus értéke —6 ■ í10, és az állandósult Ik kisütő áramhoz \aló visszatérésnél az áramugrás 5 • I,0 értékű. Megfigyelhetjük, hogy minden 12 töltő és 13 kisütő impulzus kezdeti élének az abszolút értéke, tehát a teljes ugíásnagyság egyformán 8,5 • Ilfl értékű. Az állandósult áramértékekre szuperponálódott impulzusok energiája 3—5 mWs körül van. Ebből adódik, hogy egy 500 mAó kapacitású akkumulátornál a 12 töltő és 13 kisütő impulzusok ideje mintegy 1,5 ms hosszúságú, amely lényegesen rövidebba teljes szakaszliossznál. A kisülési 11 szakaszok közepén ts mintavételi időpontokat jelöltünk ki, és a 'öl lesi folyamat szabályozását az egyes periódusok ts nintavételi időpontjaiban felvett Um feszültség mért értéke alapján végezzük. 1. példa A találmány szerinti eljárásnak az elektródok felületi eloszlására gyakorolt hatását 4 db gyári új VARTA 10/ 600RSE típusú akkumulátoron vizsgáltuk. Két akkumulátort a gyári előírások szerint egyenárammal töltöttünk, a másik kettőt pedig az 1. ábrán vázolt időbeli lefolyású impulzusokkal. A töltést akkor fejeztük be, amikor a cellánkénti feszültség 1,41 V-ot ért el. Minden feltöltés után az akkumulátorokat 2 órán keresztül pihentettük, majd I10 értékű árammal egészen 0,9 V-os cellafeszültség eléréséig kisütöttük. A 22. ciklus befejeződése után az akkumulátorokat szétbontottuk. A 2. ábrán a hagyományos egyenáramú töltéssel kezelt akkumulátor elektródjának 1 mm-es szelete látható 600-szoros nagyításban, a 3. ábra ugyanezt a találmány szerint töltött akkumulátor esetében láthatjuk. A két elektródfelület jellege lényegesen különbözik. Amíg a 2. ábrán több kiemelkedő sziget alakult ki, amelyek környezetében az eloszlás egyenetlen, tüskés és durva, a 3. ábrán apró, egyenletes szcmcsézetű felület látható, amelynek bársonyos jellege van. 2. példa Zárlatos akkumulátorok regenerálása céljából 4 db STORNO BU806 típusú, 225 mAh kapacitású; 2 db STORNO BU807 típusú és 450 mAh kapacitású; 2 db VARTA 8/500RS típusú, 500 mAh kapacitású és 1 db VARTA 10/600RSE típusú, 600 mAh kapacitású, korábban zárlatossá vált és ezért selejtes Ni-Cd akkumulátort a találmány szerinti eljárással töltöttünk. Az akkumulátorokat előzőleg kézi rádiótelefonok táplálására rendeltetésszerűen használtuk, és egyenárammal előírásszerűén töltöttük. A találmány szerinti eljárással való töltéskor kivétel nélkül minden zárlatos cella Um feszültsége a töltés kezdetétől számított 0,3—4 órás időszak alatt viszonylag gyors ugrással „magához tért” és 1,22—1,25 V körüli értéket vett fel. A töltést addig folytattuk, ameddig az Um feszültség értéke cellánként 1,41 V-ot elért. Ezt követően az akku5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
