Методы
восстановления химических источников тока
Для восстановления работоспособности аккумуляторов (многократно
заряжаемых гальванических элементов, основанных на обратимом
преобразовании электрической энергии в химическую и наоборот)
используют специальные зарядные устройства, позволяющие
«закачать» в разряженный аккумулятор очередную
юрцию энергии. В отличие от аккумуляторов гальванические элементы и
батареи одноразового использования изначально не предполагалось
подзаряжать (иначе они и именовались бы по иному). Однако в процессе
эксплуатации некоторых гальванических эле-1ентов и батарей выявилась
возможность частичного восстановления их свойств путем зарядки.
Для зарядки аккумуляторов используют несколько методов, основным из
которых следует считать зарядку постоянным оком. Зачастую расчетное
время полной зарядки составляет О час. Помимо классического, используют
метод зарядки по Вудбриджу (правилу ампер-часов), зарядки пульсирующим
и/или симметричным током, зарядки при постоянном напряжении,
генирирующей попеременной зарядки-разрядки с регулируемым х
соотношением и преобладанием зарядной компоненты, экспресс-заряд, заряд
ступенчатым током, «плавающий» заряд,
эмпенсационный подзаряд и т.д.
Неплохие результаты дает зарядка аккумулятора током, изменяющимся в
соответствии с так называемым «законом ампер-часов»
Вудбриджа [13.1]. В начале зарядки ток максимален, а затем уменьшается
по закону, описываемому экспоненциальной кривой. При зарядке в
соответствии с «законом ампер-часов» начальный ток
может достигать 80% от емкости аккумулятора, в результате чего время
зарядки значительно сокращается.
Каждый из перечисленных способов имеет как преимущества, так и
недостатки. Самым распространенным и надежным является зарядка
постоянным током [13.2]. Появление микросхем стабилизаторов напряжения,
позволяющих работать в режиме стабилизации тока, делает применение
этого способа еще более
привлекательным. Кроме того, только зарядка постоянным током
обеспечивает наилучшее восстановление емкости аккумулятора в случае,
когда процесс разбивают, как правило, на две ступени: заряжают
номинальным током и вдвое меньшим.
Например, номинальное напряжение батареи из четырех аккумуляторов
Д-0,25 емкостью 250 мА-ч — 4,8...5 6. Номинальный зарядный
ток обычно выбирают равным 0,1 от емкости, т.е. 25 мА. Заряжают таким
током до тех пор, пока напряжение на аккумуляторной батарее не
достигнет 5,7...5,8 6 при подключенных клеммах зарядного устройства, а
затем в течение двух-трех часов продолжают заряжать током около 12 /и/А.
Возможность увеличения срока службы сухих гальванических элементов
(метод регенерации) была заложена патентом Эрнста Веера в 1954 г.
(Патент США) [13.3]. Регенерацию осуществляют пропусканием через
гальванический элемент или их группу асимметричного переменного тока с
соотношением полупериодов 1:10. По данным разных авторов средний срок
службы гальванических элементов может быть увеличен таким образом от 4
до 20 раз.
Согласно практическим рекомендациям фирмы «Варта»
(ФРГ) [13.3]:
- регенерации поддаются элементы, напряжение которых
ниже номинала не более чем на 10%;
- напряжение для регенерации элемента не должно
превышать более чем на 10% номинальное значение;
- ток регенерации должен быть в пределах 25...30% от
максимального разрядного тока для данного элемента;
- время регенерации должно в 4,5...6 раз превышать
время разрядки;
- регенерацию следует производить непосредственно
вслед за разрядкой батареи;
- не следует производить регенерацию для элементов с
поврежденным цинковым корпусом, с вытекшим электролитом.
Помимо
зарядно-разрядных операций для некоторых видов аккумуляторов актуальным
вопросом является регенерация (вое-
становление) по мере возможности их исходных свойств, утраченных в
результате неправильного хранения и/или эксплуатации.
Приемы «реанимации» и восстановления ресурсов
разряженных электрических батарей (сухих гальванических батарей и
элементов) в общих чертах похожи и порой отвечают соответствующим
процедурам для аккумуляторов.
Устройства для заряда, восстановления или регенерации химических
источников тока обычно содержат стабилизатор тока, иногда устройство
защиты от перенапряжения или перезарядки, приборы и схемы контроля и
регулирования.
Так, например, на практике для никель-кадмиевых аккумуляторов получили
распространение несколько типов зарядных устройств [13.1].
- Зарядное
устройство с фиксированным постоянным током. Зарядку аккумулятора
прекращают вручную по истечении времени, достаточного для полной
зарядки. Зарядный ток должен составлять 0,1 от емкости аккумулятора в
течение 12... 15 ч.
- Ток
зарядки фиксированный. Напряжение на заряжаемом аккумуляторе
контролируется пороговым устройством. При достижении заданного
напряжения зарядка автоматически прекращается.
- Зарядное
устройство заряжает аккумулятор постоянным током в течение
фиксированного времени. Зарядка автоматически прекращается по
истечении, например, 15 ч. Последний вариант зарядного устройства имеет
существенный недостаток. Перед зарядкой аккумулятор должен быть
разряжен до напряжения 1 6, только тогда при зарядке током 0,1 от
емкости аккумулятора в течение 15 ч аккумулятор зарядится до
номинальной емкости. В противном случае при зарядке не полностью
разряженного аккумулятора в течение указанного времени произойдет его
перезарядка, что ведет к сокращению времени службы.
В
первых двух вариантах устройств зарядка постоянным стабильным током не
является оптимальной. Исследованиями установлено [13.1], что в самом
начале цикла зарядки аккумулятор наиболее восприимчив к сообщаемому ему
количеству электричества. К концу зарядки процесс накопления энергии
аккумулятора замедляется.
|