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 порцию 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 удбриджу (правилу ампер-часов), зарядки пульсирующим и/или симметричным током, зарядки при постоянном напряжении, эенирующей попеременной зарядки-разрядки с регулируемым х соотношением и преобладанием зарядной компоненты, экспресс-заряд, заряд ступенчатым током, "плавающий" заряд, компенсационный подзаряд и т.д.
Неплохие результаты дает зарядка аккумулятора током, изменяющимся в соответствии с так называемым "законом ам-эр-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" наимошьный 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 считается 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" (Германия) [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 (восстановление) 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.