RU2826538C1

RU2826538C1 - Lead-acid battery charging device

Info

Publication number: RU2826538C1
Application number: RU2024107465A
Authority: RU
Inventors: Степан Степанович Волков; Евгений Александрович Гречушников; Юрий Николаевич Меркушов; Андрей Владимирович Нечаев; Алексей Алексеевич Кочуров; Сергей Васильевич Степанов; Сергей Васильевич Николин; Александр Вячеславович Набатчиков
Filing date: 2024-03-19
Publication date: 2024-09-11

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: invention relates to accumulator equipment and is intended to increase availability of unmanned aerial vehicles, ground and water vehicles. Charging device of lead-acid accumulator comprises DC power supply, rheostat, ammeter, current relay connected in series and connected to terminals of charged lead-acid accumulator, voltmeter, measuring device of electrolyte solution density, thermometer, chronometer. Device additionally contains a hydraulic pump with inlet and outlet hydraulic lines connected to the chronometer; at that, the inlet hydraulic line is introduced into the near-bottom sub-electrode space of the electrolyte solution, and the outlet hydraulic line is introduced into the above-electrode space of the electrolyte solution. Sensors of density of electrolyte solution, temperature, voltage and determination of intense gas release are connected to a comparator of levels of output values, which is connected to a relay-switch of charging current.

EFFECT: reduction of lead-acid storage batteries charging time and volume of labour costs for storage batteries charging.

1 cl, 1 dwg

Description

Предполагаемое изобретение относится к области аккумуляторной техники и предназначено для повышения готовности беспилотных летательных аппаратов, наземных и водных транспортных средств, а также автономных силовых электроагрегатов и электростанций, оборудования командно-штабных машинThe proposed invention relates to the field of battery technology and is intended to increase the readiness of unmanned aerial vehicles, land and water vehicles, as well as autonomous power units and power plants, equipment for command and staff vehicles.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является устройство заряда свинцово-кислотного аккумулятора, содержащее источник питания постоянного тока, реостат, амперметр, реле выключатель тока, соединенные последовательно и соединяемые к клеммам заряжаемому свинцово-кислотному аккумулятору, вольтметр, измеритель плотности раствора электролита, хронометр [Руководство по свинцовым аккумуляторным батареям. Утверждено заместителем начальника Главного бронетанкового управления и заместителем начальника Центрального автотракторного управления. - М.: Воениздат, 1983. - 183 с].The closest to the proposed invention is a device for charging a lead-acid battery, containing a DC power source, a rheostat, an ammeter, a current switch relay, connected in series and connected to the terminals of the lead-acid battery being charged, a voltmeter, an electrolyte solution density meter, and a chronometer [Guide to Lead-Acid Storage Batteries. Approved by the Deputy Chief of the Main Armored Directorate and the Deputy Chief of the Central Automobile and Tractor Directorate. - M.: Voenizdat, 1983. - 183 p.].

Известное устройство заряда свинцово-кислотного аккумулятора (далее - аккумулятора) является устройством заряда в режиме постоянного тока, обеспечивающим заряд до 100% емкости аккумулятора (зарядовой емкости). Для всех типов свинцовых аккумуляторных батарей принято оценивать величину зарядовой емкости в режиме 10-и часового разряда.The known device for charging a lead-acid battery (hereinafter referred to as the battery) is a device for charging in the constant current mode, providing a charge of up to 100% of the battery capacity (charge capacity). For all types of lead-acid batteries, it is customary to evaluate the value of the charge capacity in the 10-hour discharge mode.

Прим.: Так как свинцово-кислотный аккумулятор практически всегда является элементом свинцово-кислотной аккумуляторной батареи из 6-ти или 12-ти аккумуляторов, то далее в тексте описания рассматриваются особенности заряда батарей. В прототипе различие между устройствами заряда одного аккумулятора и аккумуляторной батареи заключается в величинах электрических характеристик (напряжения) источника питания, вольтметров, реостатов. В предлагаемом устройстве содержатся функциональные узлы общие для всей батареи независимо от числа аккумуляторов и индивидуальные узлы для каждого аккумулятора в отдельности. Поэтому для упрощения в работе описано устройство заряда одного аккумулятора и даны пояснения формирования устройства заряда батарей из нескольких аккумуляторов.Note: Since a lead-acid battery is almost always an element of a lead-acid battery of 6 or 12 batteries, then the description text further considers the features of battery charging. In the prototype, the difference between the devices for charging one battery and a battery is in the values of the electrical characteristics (voltage) of the power source, voltmeters, rheostats. The proposed device contains functional units common to the entire battery regardless of the number of batteries and individual units for each battery separately. Therefore, for simplicity, the work describes a device for charging one battery and provides explanations for the formation of a device for charging batteries from several batteries.

Зарядовая емкость аккумуляторной батареи зависит от скорости отбора заряда. Чем меньшей величиной тока разряжается батарея (полностью), тем большее количество заряда выдает батарея. Например, батарея 6СТ-190 с зарядовой емкостью 190 Ампер-часов=190 3600 Кулон, определяемой в режиме 10 часового разряда током 19 Ампер, при отборе тока 800 А показывает емкость 20 Ампер-часов. Поэтому все свинцовые батареи характеризуются и сравниваются и заряжаются в режиме 10 часового заряда-разряда током I_зар=0.1 С₁₀, где С₁₀ - зарядовая емкость батареи в режиме 10-часового разряда.The charging capacity of the battery depends on the rate of charge extraction. The lower the current value at which the battery is discharged (completely), the greater the amount of charge the battery produces. For example, a 6ST-190 battery with a charging capacity of 190 Amp-hours = 190 3600 Coulombs, determined in the 10-hour discharge mode with a current of 19 A, shows a capacity of 20 Amp-hours when extracting a current of 800 A. Therefore, all lead batteries are characterized and compared and charged in the 10-hour charge-discharge mode with a current of I _zar = 0.1 C ₁₀ , where C ₁₀ is the charging capacity of the battery in the 10-hour discharge mode.

Все технические возможности устройств заряда используются при заряде батарей в режиме постоянного тока, позволяющего заряжать батареи до 100%. Поэтому далее технические возможности предполагаемого изобретения рассматриваются на примере режима заряда постоянным током. Заряд в режиме постоянного тока осуществляется пропусканием постоянного тока через аккумуляторную батарею величиной I_зар=0.1 С₁₀. где С₁₀ -зарядовая емкость батареи в режиме 10-часового разряда. В течение заряда контролируются уровень, плотность и температура раствора электролита в каждом аккумуляторе батареи, напряжение аккумуляторов и интенсивность газовыделения из раствора электролита. Номинальная плотность раствора электролита в заряженной до 100% батарее равна ρ_ном=1.26 г/см³, у разряженной батареи до 50% минимальная плотность ρ_мин=1.15 г/см³. Уровень потери заряда батареей приближенно оценивается по величине плотности раствора электролитаAll technical capabilities of the charging devices are used when charging batteries in the constant current mode, which allows charging batteries to 100%. Therefore, the technical capabilities of the proposed invention are further considered using the example of the constant current charging mode. Charging in the constant current mode is carried out by passing a constant current through the battery with a value of _Icharge = 0.1 C ₁₀ . where C ₁₀ is the charge capacity of the battery in the 10-hour discharge mode. During charging, the level, density and temperature of the electrolyte solution in each battery, the voltage of the batteries and the intensity of gas evolution from the electrolyte solution are monitored. The nominal density of the electrolyte solution in a battery charged to 100% is ρ _nom = 1.26 g / cm ³ , for a battery discharged to 50% the minimum density is ρ _min = 1.15 g / cm ³ . The level of charge loss by the battery is approximately estimated by the value of the density of the electrolyte solution

При заряде от состояния максимально допустимой разряженности время заряда батареи составляет 10 часов. При заряде от неизвестного уровня заряженности время заряда определяется по критериям заряженности аккумуляторной батареи до 100% емкости. В любом случае в процессе заряда ток заряда поддерживается постоянным по величине, регистрируется нарастание плотности и температуры раствора электролита, напряжения на клеммах батареи, а также, наблюдая за газовыделением раствора электролита, определяется время начала интенсивного газовыделения - «кипения». После одного часа «кипения» процесс заряда заканчивается -батарея заряжена до 100% емкости. Признаки, показатели заряженности: 1) напряжение на одном аккумуляторе U₁=2.7 В, на 12-вольтовой батарее из 6-и аккумуляторов U_бат=16.2 В; 2) плотность раствора электролита во всех аккумуляторах ρ_ном=1.26 г/см, 3) обильное газовыделение в течение 1 часа; 4) температура раствора электролита не должна превышать 45°С.When charging from the maximum permissible discharge state, the battery charging time is 10 hours. When charging from an unknown charge level, the charging time is determined by the criteria of charging the battery to 100% of its capacity. In any case, during the charging process, the charging current is maintained constant in value, the increase in the density and temperature of the electrolyte solution, voltage at the battery terminals is recorded, and, by observing the gas evolution of the electrolyte solution, the start time of intensive gas evolution - "boiling" is determined. After one hour of "boiling", the charging process is completed - the battery is charged to 100% of its capacity. Signs, indicators of charge: 1) voltage on one battery U ₁ = 2.7 V, on a 12-volt battery of 6 batteries U _bat = 16.2 V; 2) density of the electrolyte solution in all batteries ρ _nom = 1.26 g / cm, 3) abundant gas evolution for 1 hour; 4) the temperature of the electrolyte solution should not exceed 45°C.

Количество заряда, имеющегося в батарее, заряженной до 100% (или в любой батарее), определяется методом контрольно-тренировочного цикла (к.т.ц.), разряжением батареи током постоянной величины I_разр=0.1 С₁₀, и регистрацией длительности полного разряда. Фактическая зарядовая емкость батареи С_факт батареи, заряженной до 100% равно количеству полученного заряда от батареи при разряде и определяется по соотношению С_факт=(t_paзp / 10) С₁₀, где t_paзp - длительность разряда в часах.The amount of charge present in a battery charged to 100% (or in any battery) is determined by the control and training cycle method (CTC), discharging the battery with a constant current of I _discharge = 0.1 C ₁₀ , and recording the duration of the full discharge. The actual charge capacity of the battery C _{fact of} a battery charged to 100% is equal to the amount of charge received from the battery during discharge and is determined by the ratio C _fact = (t _discharge / 10) C ₁₀ , where t _discharge is the duration of the discharge in hours.

Недостатком известного устройства в сочетании со способом заряда аккумуляторной батареи до 100% емкости является большая длительность заряда и большой объем ручной работы. Количество только предписанных по инструкции операций (отдельных действий) по поддержанию и контролю режима заряда при заряде одной батареи составляет более тысячи элементарных действий.The disadvantage of the known device in combination with the method of charging the battery to 100% capacity is the long duration of the charge and the large amount of manual work. The number of operations (individual actions) prescribed by the instructions to maintain and control the charging mode when charging one battery is more than a thousand elementary actions.

Техническое решение направлено на уменьшение времени заряда свинцово-кислотных аккумуляторных батарей и объема трудозатрат на заряд аккумуляторных батарей.The technical solution is aimed at reducing the charging time of lead-acid batteries and the amount of labor required to charge the batteries.

Техническое решение достигается тем, что в устройстве заряда свинцово-кислотного аккумулятора, содержащем источник питания постоянного тока, реостат, амперметр, реле выключатель тока, соединенные последовательно и соединяемые к клеммам заряжаемой свинцово-кислотного аккумулятора, вольтметр, измеритель плотности раствора электролита, термометр, хронометр, при этомThe technical solution is achieved in that in a lead-acid battery charging device containing a DC power source, a rheostat, an ammeter, a relay current switch, connected in series and connected to the terminals of the lead-acid battery being charged, a voltmeter, an electrolyte solution density meter, a thermometer, a chronometer, while

реостат и амперметр выполнены в виде стабилизатора тока с регулируемым и измеряемым уровнем тока,the rheostat and ammeter are made in the form of a current stabilizer with an adjustable and measurable current level,

вольтметр выполнен с сигнализатором уровня по верхнему и нижнему пределам,the voltmeter is equipped with a level indicator for the upper and lower limits,

измеритель плотности электролита выполнен в виде преобразователя величины плотности раствора электролита в электрический сигнал пропорциональной величины,the electrolyte density meter is designed as a converter of the density value of the electrolyte solution into an electrical signal of proportional value,

термометр сдержит реле выключения, срабатывающее при температуре выше 45°С,the thermometer will contain a shutdown relay that will operate at temperatures above 45°C,

хронометр выполнен с реле включения в пределах до 30 минут и реле отключения в пределах до 5 часов,the chronometer is equipped with a relay for switching on within 30 minutes and a relay for switching off within 5 hours,

и дополнительно содержатсяand additionally contain

гидронасос с входным и выходным гидропроводами, соединенный с хронометром, при этом входной гидропровод введен в придонное подэлектродное пространство раствора электролита, а выходной гидропровод введен в надэлектродное пространство раствора электролита,a hydraulic pump with input and output hydraulic lines connected to a chronometer, wherein the input hydraulic line is inserted into the bottom sub-electrode space of the electrolyte solution, and the output hydraulic line is inserted into the above-electrode space of the electrolyte solution,

а также светодиодно-оптоволоконный датчик отражательного состояния поверхности электролита,as well as a LED-fiber optic sensor for the reflective state of the electrolyte surface,

преобразователи сигналов по напряжению, по плотности раствора электролита и по отражению светового потока поверхностью раствора электролита,signal converters for voltage, for the density of the electrolyte solution and for the reflection of the light flux by the surface of the electrolyte solution,

компаратор сигналов, соединенный с преобразователями, с хронометром и с реле-выключателем тока.a signal comparator connected to converters, a chronometer and a current switch relay.

Структура и состав предполагаемого изобретения построены с учетом физико-химических процессов в растворе электролита и на поверхностях электродов.The structure and composition of the proposed invention are constructed taking into account the physical and chemical processes in the electrolyte solution and on the surfaces of the electrodes.

Существующая практика техобслуживания и заряда батарей построена на представлении об уменьшении плотности раствора электролита со временем и a'priori об уменьшении плотности равномерно по всему объему раствора, сопровождаемой уменьшением заряженности аккумулятора, то есть потерей запаса заряда. Это основано на измерениях плотности отбором пробы только с самого верхнего слоя электролита над щитком. Ареометр в виде большой груши-пипетки и конструкция аккумулятора плотноупакованная электродами других вариантов и не допускают. Кроме этого утверждается (на основе предположений), что сера в сульфатах оседает на электродах по всему объему электродов.The current practice of battery maintenance and charging is based on the idea of a decrease in the density of the electrolyte solution over time and a'priori on a uniform decrease in density throughout the entire volume of the solution, accompanied by a decrease in the battery charge, i.e. a loss of charge reserve. This is based on density measurements by sampling only the uppermost layer of electrolyte above the shield. A hydrometer in the form of a large pear-pipette and a battery design tightly packed with electrodes do not allow other options. In addition, it is claimed (based on assumptions) that sulfur in sulfates settles on the electrodes throughout the entire volume of the electrodes.

Заводской практикой и нами экспериментально установлено, что с течением времени в отсутствие токоотбора плотность раствора электролита в верхних слоях уменьшается, а в нижних слоях (в придонном слое) повышается. При этом в разряженном аккумуляторе плотность раствора электролита в верхних слоях может быть повышена (восстановлена) до номинального значения в результате гидромеханического перемешивания без пропускания электрического тока через аккумулятор, в результате чего батарея оказывается заряженной (по электрическим характеристикам) почти до номинального уровня (до 95%). Поэтому получение одного из показателей заряженности батареи - величину плотности - можно ускорить гидромеханическим перемешиванием раствора электролита. Другие три критерия (напряжение, температура и «кипение») обеспечиваются традиционным образом - пропусканием тока в обратном направлении. Опытам установлено, что при пропускании тока заряда происходят окс-ред-реакции на поверхностях электродов: подокисленный при отборе тока отрицательный электрод раскисляется, а раскисленный положительный электрод окисляется. Возможно, с поверхностей электродов удаляются еще сульфаты, но проведенными нами прецизионными экспериментами по анализу состава одного внешнего мономолекулярного слоя поверхности электродов свинцовых аккумуляторов сульфатов на поверхностях не обнаружено.It has been experimentally established by our own and our factory practice that over time, in the absence of current sampling, the density of the electrolyte solution in the upper layers decreases, while in the lower layers (in the bottom layer) it increases. In this case, in a discharged battery, the density of the electrolyte solution in the upper layers can be increased (restored) to the nominal value as a result of hydromechanical mixing without passing electric current through the battery, as a result of which the battery turns out to be charged (according to electrical characteristics) almost to the nominal level (up to 95%). Therefore, obtaining one of the battery charge indicators - the density value - can be accelerated by hydromechanical mixing of the electrolyte solution. The other three criteria (voltage, temperature and "boiling") are provided in the traditional way - by passing current in the opposite direction. Experiments have established that when passing a charging current, ox-red reactions occur on the surfaces of the electrodes: the negative electrode oxidized during current sampling is deoxidized, and the deoxidized positive electrode is oxidized. It is possible that sulfates are also removed from the electrode surfaces, but our precision experiments to analyze the composition of one outer monomolecular layer of the electrode surface of lead batteries did not detect any sulfates on the surfaces.

Таким образом, в предполагаемом изобретении устройство восстановления зарядоотдачи аккумуляторной батареи (устройство для заряда) содержит электрическую подсистему для проведения окислительно-восстановительных реакций на поверхностях электродов и подсистему для гидромеханического перемешивания раствора электролита для восстановления равномерного распределения ионов по объему аккумулятора, а также электрическую схему согласования работы и режимов указанных подсистем.Thus, in the proposed invention, the device for restoring the charge output of a storage battery (charging device) contains an electrical subsystem for carrying out oxidation-reduction reactions on the surfaces of the electrodes and a subsystem for hydromechanical mixing of the electrolyte solution to restore the uniform distribution of ions throughout the volume of the battery, as well as an electrical circuit for coordinating the operation and modes of the said subsystems.

Параллельное выполнение действий по повышению плотности электролита перемешиванием и восстановлению состава поверхности электродов пропусканием тока в равнении последовательности операций снижает время заряда в 2 и более раза.Parallel execution of actions to increase the density of the electrolyte by mixing and to restore the composition of the electrode surface by passing current in the same sequence of operations reduces the charging time by 2 or more times.

На рисунке приведена функциональная схема свинцово-кислотного аккумулятора и устройства заряда по предполагаемому изобретению.The figure shows a functional diagram of a lead-acid battery and a charging device according to the proposed invention.

Заряжаемый свинцово-кислотный аккумулятор 18 (далее аккумулятор) содержит следующие узлы и детали, используемые в процессе заряжания. Аккумулятор 18 содержит корпус 12, с днищем 16 и ребрами 13, 17 на днище 16, крышку 1,4 с тубусом 7 и заливным отверстием, электродный блок 15, расположенный на ребрах 13, 17, электрические выводы 3, 10 электродов блока 15, щиток 8 над блоком 15, раствор электролита, пропитавший электродный блок 15, заполняющий придонное подэлектродное пространство 14 и надэлектродное пространство 9 на высоту 10-15 мм от щитка, воздушное пространство 11 над раствором электролита 9.Rechargeable lead-acid battery 18 (hereinafter referred to as battery) contains the following units and parts used in the charging process. Battery 18 contains body 12, with bottom 16 and ribs 13, 17 on bottom 16, cover 1.4 with tube 7 and filling hole, electrode block 15 located on ribs 13, 17, electrical terminals 3, 10 of electrodes of block 15, shield 8 above block 15, electrolyte solution impregnated electrode block 15, filling bottom subelectrode space 14 and above-electrode space 9 to a height of 10-15 mm from shield, air space 11 above electrolyte solution 9.

Устройство заряда содержит последовательно соединенные к клеммам 3, 10 аккумулятора 18 источник постоянного напряжения 19 регулируемой величины, стабилизатор тока 20 регулируемой величины, прерыватель тока 24, а также измеритель напряжения 21 с сигнализатором минимального и максимального значений напряжения, соединенный с источником напряжения 19, датчик проводимости 26 раствора электролита 9, датчик светофотодиодный 27 с оптоволоконным проводником 25, преобразователь 22 сигналов датчиков 26, 27, устройство управления 23, соединенное с прерывателем тока 24 с преобразователем 22, с вольтметром 21, содержащее дискриминаторы сигналов вольтметра 21 преобразователя 22 сигналов датчиков 26, 27 и хронометр времени «кипения» раствора электролита.The charging device comprises a constant voltage source 19 of adjustable value, a current stabilizer 20 of adjustable value, a current interrupter 24, and also a voltage meter 21 with an indicator of minimum and maximum voltage values, connected to the voltage source 19, a conductivity sensor 26 of the electrolyte solution 9, a light-photodiode sensor 27 with a fiber-optic conductor 25, a converter 22 of signals of sensors 26, 27, a control device 23, connected to the current interrupter 24 with the converter 22, with a voltmeter 21, containing discriminators of signals of the voltmeter 21, a converter 22 of signals of sensors 26, 27 and a chronometer of the “boiling” time of the electrolyte solution.

В датчике 26 при изменении плотности электролита увеличивается протекающий ток, величина которого градуируется в блок 22 значениями плотности раствора электролита.In sensor 26, when the density of the electrolyte changes, the flowing current increases, the value of which is calibrated in block 22 by the values of the density of the electrolyte solution.

Датчик 27 содержит световод, излучающий свет на поверхность раствора электролита, и световод, в который поступает отраженный свет. Излучающий светодиод и регистрирующий фотодиод расположены в блоке 22. При наличии отраженного света на выходе фотодиода формируется электрический сигнал. С началом обильного газовыделения интенсивность отраженного света резко падает, и сигнал фотодиода снижается до уровня фона. С исчезновением сигнала в устройстве управления запускается реле времени хронометра, который по истечении 1 часа вырабатывает команду отключения тока заряда прерывателем 24.Sensor 27 contains a light guide emitting light onto the surface of the electrolyte solution and a light guide into which the reflected light enters. The emitting LED and the recording photodiode are located in block 22. In the presence of reflected light, an electric signal is formed at the output of the photodiode. With the onset of abundant gas evolution, the intensity of the reflected light drops sharply, and the photodiode signal decreases to the background level. With the disappearance of the signal in the control device, the time relay of the chronometer is started, which, after 1 hour, generates a command to turn off the charging current by interrupter 24.

Устройство заряда аккумулятора содержит дополнительно к традиционным компонентам гидронасос 5 с входным и выходным гидропроводами 2, 6 соответственно, соединенный к источнику напряжения 19 и к устройству управления 23. Входной гидропровод 2 гидронасоса 5 встроен началом в придонный объем 14 раствора электролита; выходной гидропровод 6 введен в надэлектродный объем 9 раствора электролита.The accumulator charging device contains, in addition to the traditional components, a hydraulic pump 5 with input and output hydraulic lines 2, 6, respectively, connected to a voltage source 19 and to a control device 23. The input hydraulic line 2 of the hydraulic pump 5 is built in with its beginning in the bottom volume 14 of the electrolyte solution; the output hydraulic line 6 is introduced into the above-electrode volume 9 of the electrolyte solution.

Отметим, что датчик 26 плотности раствора электролита 9 может быть размещен в растворе электролита либо через отверстие тубуса 7, либо встроен в аккумулятор при изготовлении с электрическими выводами датчика, проводимыми через специальный разъем, вмонтированный на крышке 4.It should be noted that the sensor 26 of the density of the electrolyte solution 9 can be placed in the electrolyte solution either through the opening of the tube 7, or built into the battery during manufacture with the electrical terminals of the sensor, conducted through a special connector mounted on the cover 4.

Для контроля плотности раствора электролита в придонном пространстве 14 необходимо дополнительно установить второй датчик в подэлектродное пространство 14 (на рисунке не показан). Размещение гидропровода 2 и второго датчика проводимости в придонном подэлектродном пространстве 14 возможно с помощью гибкого тонкого направляющего стержня вдоль торцевой боковой поверхности аккумулятора.To control the density of the electrolyte solution in the bottom space 14, it is necessary to additionally install a second sensor in the sub-electrode space 14 (not shown in the figure). The placement of the hydraulic line 2 and the second conductivity sensor in the bottom sub-electrode space 14 is possible using a flexible thin guide rod along the end side surface of the accumulator.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Соединяют источник питания 21, стабилизатор тока 20, реле прерыватель тока 24, вольтметр 19, преобразователь 22, устройство управления 23 и гидронасос 5 согласно схеме, приведенной на рисунке.Connect the power source 21, current stabilizer 20, current interrupter relay 24, voltmeter 19, converter 22, control device 23 and hydraulic pump 5 according to the diagram shown in the figure.

Соединяют схему к выводам 3, 10 электродного блока 15 аккумулятора (батареи) 18, расположенные на крышке 3, 4. Вводят датчик 26 в раствор электролита пространства 9 над щитком над щитком 8, а датчик 27 через тубус 7 заливного отверстия в воздушное простраство 11. Вводят в пространство 14 между дном 16 корпуса 12 и электродным блоком 15, расположенном на опорных призмах 13 и 17, входной гидропровод 2 гидронасоса 5. Вводят выходной гидропровод 6 гидронасоса 5 в объем 9 над щитком 8 электродного блока 15.Connect the circuit to terminals 3, 10 of the electrode block 15 of the accumulator (battery) 18, located on the cover 3, 4. Insert the sensor 26 into the electrolyte solution of the space 9 above the shield above the shield 8, and the sensor 27 through the tube 7 of the filler hole into the air space 11. Insert the input hydraulic line 2 of the hydraulic pump 5 into the space 14 between the bottom 16 of the housing 12 and the electrode block 15, located on the support prisms 13 and 17. Insert the output hydraulic line 6 of the hydraulic pump 5 into the volume 9 above the shield 8 of the electrode block 15.

Включают источник напряжения 19, устанавливают величину тока заряда I_зар=0.1 С₁₀ на стабилизаторе тока 20.Turn on the voltage source 19, set the charging current value I _zar = 0.1 C ₁₀ on the current stabilizer 20.

Включают в работу гидронасос 5, который перекачивает раствор электролита по гидропроводам 2, 6 из придонного пространства 14 в надэлектродное пространство 9.The hydraulic pump 5 is switched on, which pumps the electrolyte solution through the hydraulic lines 2, 6 from the bottom space 14 to the above-electrode space 9.

На вольтметре 21 устанавливают сигнальные уровни минимального и максимального напряжений по условию U_1зap=2+(0.3÷0.4÷0,7)В.On voltmeter 21, the signal levels of minimum and maximum voltages are set according to the condition U _1зap = 2+(0.3÷0.4÷0.7)V.

На преобразователе 22 устанавливают допустимые пределы изменения плотности в пределах ρ_мин÷ρ_макс=(1.15÷1.28) г/см³.On converter 22, the permissible limits of density change are set within the range ρ _min ÷ρ _max = (1.15÷1.28) g/ ^cm3 .

На преобразователе 22 включают устройство генерации электрического сигнала, срабатывающее на отключение тока заряда в блоке 24 при отсутствии отраженного светового сигнала в световоде 25 датчика 27. Устройство управления 23 вырабатывает команду отключения при достижении в едином сочетании показателей: напряжения U_зар=2.7 В, плотности раствора электролита ρ_макс=1.28 г/см³ и при отсутствии отражательного сигнала через 1 час. При отсутствии указанного сочетания показателей заряженности к установленному предельному времени заряда (например, 3 часа) ток заряда прерывателем 24 отключается с выводом на устройстве управления 23 сигнала о неисправности аккумулятора.On converter 22, a device for generating an electric signal is switched on, which is triggered to switch off the charging current in block 24 in the absence of a reflected light signal in light guide 25 of sensor 27. Control device 23 generates a switch-off command when the following indicators are reached in a single combination: voltage U _charge = 2.7 V, electrolyte solution density ρ _max = 1.28 g/cm ³ and in the absence of a reflective signal after 1 hour. In the absence of the specified combination of charge indicators by the set maximum charging time (for example, 3 hours), the charging current is switched off by interrupter 24 with the output of a battery fault signal on control device 23.

Нормальным режимом является очередность достижения номинальной плотности, затем максимального напряжения, и затем пропадание отражения света, то есть начало кипения, через час которого аккумулятор считается заряженным.The normal mode is the sequence of reaching the nominal density, then the maximum voltage, and then the disappearance of light reflection, that is, the beginning of boiling, after an hour of which the battery is considered charged.

При нарушениях граничных значений контрольных параметров, устройством 23 вырабатывается сигнал отключения тока заряда, тока гидронасоса и вырабатывает сигнал «проверки».If the limit values of the control parameters are violated, device 23 generates a signal to turn off the charging current, the hydraulic pump current, and generates a “check” signal.

Результатом использования устройства является перекачивание раствора электролита и пропускание заряда между электродами. Перекачивание раствора из придонного пространства в верхнее пространство в ламинарном режиме для одного аккумулятора объемом в 1 литр можно за 15-20 мин. В течение часа можно раствор перекачать три-четыре раза, что уравномерит плотность раствора электролита по всему объему, включая электроды.The result of using the device is pumping the electrolyte solution and passing the charge between the electrodes. Pumping the solution from the bottom space to the upper space in the laminar mode for one battery with a volume of 1 liter can be done in 15-20 minutes. Within an hour, the solution can be pumped three or four times, which will equalize the density of the electrolyte solution throughout the entire volume, including the electrodes.

Если на каждый атом поверхности электродов пропустить 1 элементарный заряд, то понадобится количество заряда в 100 раз меньше зарядовой емкости при вероятности окс-ред - реакции в одной молекуле за пять зарядов (электронов, ионов), то для восстановления электродов достаточно пропускания заряда между электродами десятой доли зарядовой емкости, то есть пропускания номинального тока заряда в течение 1 часа, что подтверждается экспериментом. В итоге по оценочным расчетам время заряда аккумулятора может быть сокращено до 1-2-х часов, то есть в 5-10 раз.If 1 elementary charge is passed to each atom of the electrode surface, then the amount of charge required is 100 times less than the charge capacity with the probability of an ox-red reaction in one molecule for five charges (electrons, ions), then to restore the electrodes it is enough to pass a charge between the electrodes of a tenth of the charge capacity, that is, passing the nominal charging current for 1 hour, which is confirmed by the experiment. As a result, according to estimated calculations, the battery charging time can be reduced to 1-2 hours, that is, by 5-10 times.

Таким образом, гидромеханическим перемешиванием повышается плотность раствора электролита в верхних слоях за счет уменьшения плотности в нижних слоях, а пропусканием электрического тока в обратном направлении проводятся окислительно-восстановительные реакции РbО - Рb на поверхности отрицательного электрода и Рb - РbО на поверхности положительного электрода по восстановлению исходного состава поверхности. Надо отметить, что при хранении аккумулятора без отбора тока саморазряд обусловлен только оседанием тяжелых фракций раствора электролита. Поэтому работоспособность аккумуляторной батареи можно восстановить перемешиванием раствора электролита без пропускания тока между электродами. В таком случае работу гидронасоса можно обеспечить энергией заряжаемой аккумуляторной батареи.Thus, hydromechanical mixing increases the density of the electrolyte solution in the upper layers by reducing the density in the lower layers, and by passing electric current in the opposite direction, oxidation-reduction reactions PbO - Pb on the surface of the negative electrode and Pb - PbO on the surface of the positive electrode are carried out to restore the original composition of the surface. It should be noted that when storing the battery without taking off the current, self-discharge is caused only by the sedimentation of heavy fractions of the electrolyte solution. Therefore, the performance of the battery can be restored by mixing the electrolyte solution without passing current between the electrodes. In this case, the operation of the hydraulic pump can be provided by the energy of the charged battery.

Как следует из описания работы устройства все ручные работы по поддержанию и контролю режима заряда перекладываются на электронную регулировку и измерения.As follows from the description of the device's operation, all manual work on maintaining and monitoring the charging mode is transferred to electronic regulation and measurements.

Сопоставительный анализ сравнения предполагаемого изобретения с прототипом показал, что применение гидромеханического перемешивания в сочетании с заряжением аккумулятора пропусканием электрического тока в обратном направлении позволяет сократить время заряда свинцово-кислотной аккумуляторной батареи более чем в 2 раза, а также кратно сокращает трудозатраты.A comparative analysis of the proposed invention with the prototype showed that the use of hydromechanical mixing in combination with charging the battery by passing electric current in the opposite direction allows for a reduction in the charging time of a lead-acid battery by more than 2 times, and also reduces labor costs many times over.

Claims

A lead-acid battery charging device comprising a DC power source, a rheostat, an ammeter, a current switch relay connected in series and connected to the terminals of a lead-acid battery being charged, a voltmeter, an electrolyte solution density meter, a thermometer, a chronometer, characterized in that the rheostat and ammeter are made in the form of a current stabilizer with an adjustable and measurable current level, the voltmeter is made with a level indicator at the upper and lower limits, the electrolyte density meter is made in the form of a converter of the electrolyte solution density value into an electrical signal of proportional value, the thermometer contains a shutdown relay triggered at a temperature above 45°C, the chronometer is made with a switch-on relay within up to 30 minutes and a switch-off relay within up to 5 hours and additionally contains a hydraulic pump with input and output hydraulic lines connected to the chronometer, wherein the input hydraulic line is introduced into the bottom subelectrode space of the electrolyte solution, and the output hydraulic line is introduced into the above-electrode space electrolyte solution, as well as a LED-fiber optic sensor of the reflective state of the electrolyte surface, signal converters for voltage, for the density of the electrolyte solution and for the reflection of the light flux by the surface of the electrolyte solution, a signal comparator connected to the converters, with a chronometer and with a current relay switch.