Существующая проблема — разбежность (неравномерность) величин характеристик АЭ, последовательно подключённых в состав АБ, является основной причиной трудно предсказуемых отказов в обеспечении высоконадежной работы свинцовых аккумуляторных батарей как химических источников тока (ХИТ)
На современном уровне техники нет известных технологических решений, обеспечивающих предупреждение возможного разброса величин характеристик среди аккумуляторных элементов в составе новой, например, 12-ти либо 24-х вольтовой аккумуляторной батареи.
Как известно, высоко объективная оценка состояния данной аккумуляторной батареи может быть проведена только после максимально возможной полноты её заряда .
Из опыта эксплуатации высоковольтных свинцовых стационарных аккумуляторных батарей, используемых на энергоблоках ПО «Запорожская АЭС» известно, что из-за наличия значительной разбежности характеристик 2-х вольтовых АЭ, начиная с 4-х лет работы, ежегодно заменяют на однотипные новые от 2 до 4 свинцовых аккумуляторов. При этом сама эта процедура не обеспечивает возможности достижения значительного выравнивания работоспособности АЭ в составе АБ.
В случае, если АЭ в составе новой АБ при высоком уровне неравномерности работоспособности окажутся установленными так, что наиболее слабый АЭ со стороны плюсового вывода, а остальные в порядке нарастания уровня качества их характеристик — от плюсового к минусовому выводу АБ, то такая новая АБ не сможет надежно работать на максимально возможную штатную нагрузку.
Справка
Под воздействием тока разряда (штатной нагрузки) происходит снижение величины разрядного напряжения на полюсных выводах АЭ. При прочих равных условиях, δUр зависит от величины внутреннего сопротивления (r) каждого АЭ. При этом , чем больше плотность тока разряда и чем более длительное время его воздействия, тем больше δUр.
Образовавшаяся разность величины Uр в цепи последовательно подключенных АЭ имеет свойство спонтанно стремиться к самоуничтожению, вызывая высокоинтенсивный саморазряд данной АБ, при котором вектор силы тока этого саморазряда направлен от аккумулятора с меньшим Uр к тому аккумулятору, где Uр больше. При штатной нагрузке разрядный ток в аккумуляторной батарее протекает от минусового к плюсовому выводу.. При прочих равных условиях, если АЭ в составе АБ будут расположены так , чтобы со стороны плюсового вывода был наиболее сильный АЭ, а остальные от плюсового к минусовому выводу в порядке убывания уровня их силы, то вектор силы тока выше упомянутого саморазряда будет совпадать по направленности с вектором тока штатной нагрузки и при этом АБ будет работать безотказно до достижения максимально возможной полноты её эксплуатационного разряда.
По данным некоторых технических экспертов, проводивших расследование невозможности предотвращения техногенных катастроф на Чернобыльской АЭС, Саяно-Шушенской ГРЭС и Угледарской ТЭЦ, установлено, что одной из основных причин отказов в срабатывании систем защиты этих объектов был имеющийся на то время высокий уровень разбежности величин характеристик среди АЭ в составе стационарных АБ, обеспечивающих их оперативное электропитание.
Вывод:
1. Некоторая разбежность величин характеристик среди аккумуляторных элементов в составе аккумуляторной батареи допускается при изготовлении и она нарастает в процессе их эксплуатации.
2. Состояние аккумуляторной батареи оценивается по уровню качества наиболее слабого аккумуляторного элемента в её составе.
3. Надежность и долговечность ресурса службы свинцовых аккумуляторных батарей всецело зависит от интенсивности нарастания разбежности величин характеристик аккумуляторных элементов в её составе.
Предлагаемое решение.
С целью обеспечения максимально возможно высокого уровня равномерности работоспособности аккумуляторных элементов в составе отдельной АБ и АБ в составе одной партии выпуска предлагается к использованию методика проведения формовочного заряда и восстановительного обслуживания свинцовых аккумуляторных батарей, которую разработал инженер изобретатель Данков Владимир Васильевич.
Формовочный заряд
Формовочный заряд начинают через 4 часа после заливки электролита плотности ρ=1,24 г/см3. Температура электролита при этом может быть на уровне на уровне +60 оС. При использовании Методики Данкова В.В., в отличие от всех иных известных на современном уровне техники способов, формовочный заряд свинцовой АБ может быть проведен без принудительного охлаждения формуемой АБ.
Согласно методики Данкова В.В. на первом этапе формовочного заряда на формуемую АБ воздействуют силой тока заряда Iз <= 0,025 в долях от номинальной ёмкости (Сном А-ч), в течение до 2 часов. После чего проводят 20 минутную бестоковую паузу и переходят на второй этап. При этом пик броска величины зарядного напряжения Uз в самом начале формовочного заряда составляет не более 1,9 вольта, из расчёта, в среднем, на один 2-х вольтовый АЭ, а на момент завершения первого этапа из того же расчёта Uз <= 1,7 вольта.
На первой ступени второго этапа в течение 2 часов заряд проводят при силе тока Iз = 0,005 в долях от Сном. В течение этого времени отсутствуют положительная динамика величины зарядного напряжения на полюсных выводах формуемой АБ и достигается максимально возможное выравнивание величин зарядного напряжения среди аккумуляторных элементов в составе аккумуляторной батареи .
На втором этапе, который завершают при достижении токоограничения на уровне Iз max =0,1 в долях от Сном , с периодичностью 1 раз в 30 минут ступенчато повышают величину силы тока заряда на 0,005 в долях Сном.
При таком порядке заряда происходит по фазная (от низа до верха) проработка активной массы без явно заметного перемешивания электролита. При этом происходит остывание формуемой аккумуляторной батареи без потребности в проведении её принудительного охлаждения.
На третьем этапе формовочного заряда по данным мониторинга динамики вольт-амперной зависимости процесса заряда при достижении уровня Uз =2,3 В , из расчета на один 2-х вольтовый элемен, контролируют и запоминают количество электричества, сообщенного подконтрольной аккумуляторной батарее от момента начала заряда (Qз 1 , А-ч).
В течение первой третьей части формовочного заряда величина зарядного напряжения не превышает уровня 2,19 вольта, из расчёта на один аккумуляторный элемент из состава формируемой аккумуляторной батареи .
По данным ведущих ученых-исследователей центра научных исследований АО «Varta Battery» при наличии таких условий заряда в составе активной массы зарождается большее количество зерен активной массы тетрагональной формы. Эти зерна, в отличие от зерен активной массы ромбической формы, обладают большей площадью боковой поверхности, за счет этого значительно большее количество частиц электролита могут одномоментно вступать в токообразующей процесс. При этом при прочих равных условиях, достигается увеличение отдаваемой ёмкости данной аккумуляторной батареи.
При таком порядке проведения формовочного заряда в течении первой половины времени от его начала обеспечивается минимально возможная интенсивность нарастания величины зарядного напряжения.
Кроме того при этом отсутствует интенсивная загазованность, за счет чего предупреждается интенсивный разогрев электролита и достигается высокий уровень объёмной пористости и некоторое увеличение отдаваемой ёмкости аккумуляторной батареи.
На третьем этапе по данным мониторинга динамики величины напряжения заряда контролируют наличие участка, где в течении двух часов подряд приращение величины Uз <= 0 В . Это свидетельствует о том, что величина электродвижущей силы данной аккумуляторной батареи достигла максимума. При наличии таких условий третий этап заряда завершают.
На четвертом этапе с периодичностью 1 раз в час величину силы тока заряда ступенчато снижают на 0,005 в долях от Сном. Заряд аккумуляторной батареи завершают при достижении силы тока Iз <= 0,01 долях от Сном. Примерный график вольт-амперной зависимости формовочного заряда 12-ти вольтовой свинцовой АБ приведен в Приложении 1.
На момент завершения заряда аккумуляторной батареи все аккумуляторные элементы в её составе достигают максимально возможной степени их заряженности. В целом, при формовочном заряде свинцовой АБ, проводимом с использованием Методики Данкова В.В. в отличии от прочих, известных на современном уровне техники аналогичных действий, обеспечивается возможность предупреждения наличия высокого уровня напряжения поляризации. При этом, за счет предупреждения наличия условий, могущих вызвать высоко интенсивную загазованность и разогрев электролита, что общепринято имеет место во всех прочих известных способах формовочного заряда, при действиях согласно Методики Данкова В. В. температура электролита формуемой АБ не превышает установленных нормативных пределов. При завершении заряда по данным мониторинга за динамикой вольт-амперной зависимости процесса формовочного заряда контролируют и запоминают количество электричества, сообщенного аккумуляторной батареи от начала до завершения заряда (Qз кон , А-ч.).
При оценке уровня качества состояния аккумуляторной батареи учитывают величины количества электричества Qз 1 , А-ч. и Qз кон , А-ч.
При этом лучше та аккумуляторная батарея где больше величина Qз 1, А-ч, а при одинаковых величинах Qз 1 лучше та аккумуляторная батарея где больше Qз кон, А-ч.
При проведении селективного качественного отбора отформованных однотипных аккумуляторных батарей, например, для комплектования новой высоковольтной АБ, целесообразно руководствоваться таким правилом:
Qз 1 max <= 1,05 Qз 1min
Для отбора в комплект поставки на объекте её использования следует устанавливать со стороны общего плюсового вывода аккумуляторную батарею, где величина Qз 1 имеет наибольшее значение, а остальные в порядке уменьшения её значения.
В настоящее время Методика Данкова В. В. реализована в виде основы алгоритма работы интеллектуального автоматического зарядно-разрядного устройства (ИАЗРУ) типа «БЗВМ-4-12-5»
В Приложении 2 приведены внешний вид и основные параметры технических характеристик блока ИАЗРУ БЗВМ-4-12-5.
В Приложении 3 приведен Протокол мониторинга вольт-амперной зависимости процесса профилактического разряда и восстановительного заряда АБ 6СТ-100, проведенных по Методике Данкова В. В. при использовании ИАЗРУ БЗВМ-4-12-5.
В Приложении 4 приведены данные показателей АБ 6СТО-100 до и после проведения восстановительного обслуживания по Методике Данкова В. В.