CN101552362A

CN101552362A - 铅酸电池的还原电路及其方法

Info

Publication number: CN101552362A
Application number: CNA2008100432122A
Authority: CN
Inventors: 李常恺; 李凯文
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-04-01
Filing date: 2008-04-01
Publication date: 2009-10-07

Abstract

本发明公开了一种铅酸电池的还原电路及其方法，其主要是以一检测电路实施一检测流程，以侦测铅酸电池于定电流(定负载)下完全放电的时间，并将侦测数据输送至一中央处理单元，中央处理单元可接受检测电路的侦测数据而输出控制信号；一修复电路可实施一修复流程，以接受中央处理单元所输出的控制信号而对铅酸电池进行高速切换的恒定负电压脉冲高偏压充电动作，以消除铅酸电池各极板的硫酸铅附着；一充电电路可实施一充电流程，接受中央处理单元所输出的控制信号，而以一具恒定电流的浮动充电电压对铅酸电池实施充电动作。

Description

铅酸电池的还原电路及其方法

技术领域

本发明涉及一种铅酸电池的还原电路及其方法，具体涉及一种可检测铅酸电池的状态，并加以活化其特性的还原电路与方法。

背景技术

铅酸电池是一种历史悠久的电池系统，其阳极为铅、阴极为二氧化铅，电解质则为27~39％的硫酸溶液，在25℃时可提供2.0V的电压，其由于具有大电动势、操作温度广、结构简单、技术成熟与价格低廉等的优势，再加上良好的循环寿命，使得此种电池的产量与产值在电池产品中具有相当重要的地位。

铅酸电池运作时的化学反应如下：

Pb_(s)+SO₄ ^2- _(ag)→PbSO_4(s)+2e^- anodePbO_2(s)+4H⁺ _(ag)+SO₄ ^2- _(ag)+2e-→PbSO_4(s)+2H₂O_(l) cathode

当铅酸电池开始放电时，电子从阳极(铅)流向阴极(二氧化铅)，并产生硫酸铅附着在阳极(铅)表面，而流向阴极的电子就把二氧化铅还还原成硫酸铅，并有水生成。整个反应就是将铅与二氧化铅都变为硫酸铅，而将化学能转换为电能的过程。但由于硫酸铅本身为绝缘体，过多的硫酸铅累积于各极板上，会降低各极板的导电性，使其失去活性而无法再参与化学反应。因此，适当放电后的铅酸电池都必须藉由充电的过程将上述的反应逆转，以于硫酸铅尚未过度累积于各极板表面而影响其正常导电功能之前，即将其溶解于硫酸溶液中，并使铅与二氧化铅回复沉积于各极板表面，藉以避免上述过度硫酸化过程的形成。而一般具有单纯充电功能的充电器结构为一极为普遍及成熟的产品。

但在铅酸电池的使用上，常有长时间保持充电不足、久置不用，或有过度放电(每个cell低于1.8V)的情形，致使硫酸铅过度堆积于各极板面(已严重影响各极板正常导电)，此时，过小或不足的充电电流已使上述逆转反应难以进行。因此，一般都必须以较大电流进行充电，但由于硫酸铅的溶解极为缓慢，加上各极板的体积膨胀、导电度降低，电解液里铅的浓度极易达到饱和，此时若持续以大电流加以充电，很容易在隔板里形成铅沉积而产生短路(hydration short)，造成电池损坏、报废。因此，如何以适当电流充电，对于铅酸电池的修复或使用寿命延长、放电性能的保持，乃为一重要的课题。

为此，有中国台湾专利公告号为515139的发明专利公开了一种铅酸电池活化器，包括：一震荡器，用以输出一震荡频率；一除频器，具有多个操作频率输出端，除频器接收震荡频率，并将震荡频率分割成不相重迭的多个操作频率，再将些操作频率分别输出至些操作频率输出端上；一第一晶体管，第一晶体管的-负载端电性耦接至一电感的一端，电感的另一端则耦接至铅酸电池的正极，第一晶体管的一接地端电性耦接至铅酸电池的负极，且第一晶体管的一控制端接收自除频器所输出的任一操作频率；一第二晶体管，第二晶体管的负载端电性耦接至一电阻的一端，电阻的另一端则耦接至铅酸电池的正极，第二晶体管的接地端电性耦接至铅酸电池的负极，且第二晶体管的控制端接收自除频器所输出，除第一晶体管所接收的操作频率外的任一操作频率。藉由上述装置，可达到一种先提供一脉冲讯号，再于脉冲讯号结束的一预定时间后，提供一反相脉冲讯号的操作形态，期能产生较佳的电池活化效果及效率。

另有中国台湾公告号为M274650的实用新型专利公开了一种铅酸电池活化器结构，包括：一模块具有铅酸电池活化电路的活化电路芯片、一可调整脉波频率宽度的调整电路、一可控制铅酸电池活化器停止活化铅酸电池作业的停止电路及另一可控制铅酸电池活化器启动活化铅酸电池作业的启动电路。其中活化电路芯片包含一低压截止参考电压点、一高压截止参考电压点、一参考电压点、一脉波输出点、一脉波补偿点、一振荡输出点、一振荡输入点、一第一脉波宽度调整点、一第二脉波宽度调整点、一电源正端输入点及一电源负端输入点。调整电路与活化电路芯片的振荡输出点、振荡输入点、第一脉波宽度调整点、第二脉波宽度调整点并联；停止电路与活化电路芯片的低压截止参考电压点、参考电压点并联；启动电路与活化电路芯片的高压截止参考电压点及铅酸电池的电源正端输入点并联。藉由上述的组成结构，可在不影响整体功能的前题下，有效缩小装置的体积。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种铅酸电池的还原电路，利用负电压提供可变周期的脉冲大电流进行充电，可有效避免修复铅酸电池时过热损坏的情形产生。本发明还要提供一种基于上述电路的铅酸电池的还原方法。

为解决上述技术问题，本发明的铅酸电池的还原电路，包括：

一检测电路，侦测铅酸电池于定电流下完全放电的时间，并将侦测数据输送至下述中央处理单元；

一中央处理单元，接受检测电路的侦测数据而输出控制信号；

一修复电路，接受中央处理单元所输出的控制信号而对铅酸电池进行高速切换的恒定负电压脉冲高偏压充电动作，以消除铅酸电池各极板的硫酸铅附着；

一充电电路，接受中央处理单元所输出的控制信号而对铅酸电池实施充电动作。

本发明还提供了一种铅酸电池的还原方法，包括：

至少一判断流程，以确认欲分别执行的下列各流程；

一修复流程，预先调整动作时间及脉冲周期，然后持续输出一恒定负电压脉冲信号至铅酸电池的二极，并于到达预定时间后停止输出脉冲信号；

一充电流程，以一具恒定电流的浮动充电电压施加于铅酸电池的二极，并监测其电压，于铅酸电池的输出电压达到预设满足电压时停止充电。

本发明的铅酸电池的还原电路及其方法可达成简易而有效检测铅酸电池放电状态并活化其特性的功效。其具有一检测电路，可有效检测铅酸电池的放电情形，以便于确认铅酸电池是否处于正常状态。另具有一保护电路，可有效保护铅酸电池以避免极性误接而造成损坏。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明的电路结构方块图；

图2是本发明的电路图(一)；

图2A是本发明的电路图(二)

图3是本发明的电路图(三)；

图4是本发明的电路图(四)；

图5是本发明的方法流程图。

图中附图标记为，1、电路结构；10、中央处理单元；11、稳压电路；12、控制电路；13、使用者界面；131、控制键；132、显示单元；14、数据传输界面；15、充电电路；16、修复电路；17、保护电路；18、检测电路；2、铅酸电池；3、电源；4、计算机；601、经由使用者界面选择各项操作功能；602、是否开始检测电池；603、关闭修复电路、关闭充电电路、开启检测电路；604、电池开始放电；605、620、电压监测；606、电压是否低于10.5V；607、停止放电；608、送出检测信息；609、是否开始修复电池；610、开启修复电路、开启充电电路、关闭检测电路；611、调整时间函数；612、设定脉冲周期；613、送出修复脉冲信号；614、是否已达设定时间；615、停止送出修复脉冲信号；616、送出修复结束信号；617、是否开始充电；618、关闭修复电路、开启充电电路、关闭检测电路；619、开始充电；621、是否已达满足电压；622、停止充电；623、送出充电结束信号；624、接受各种结束信号或检测信息；625、经由使用者界面显示操作状态。

具体实施方式

请参图1至图4所示，明显可以看出，本发明的电路结构1主要包括：中央处理单元10、稳压电路11控制电路12、使用者界面13、数据传输界面14、充电电路15、修复电路16、保护电路17及检测电路18等部份，其中稳压电路11是直接将外部的(交流)电源3加以转换，以供应内部其它组件及电路的所需，中央处理单元10是分别与使用者界面13、控制电路12及数据传输界面14衔接，且使用者界面13可另结合一显示单元132与至少一控制键131，使中央处理单元10可接受使用者界面13的控制键131输入控制指令，或其它各电路的回馈信号，并经处理运算之后，驱动控制电路12输出相关的控制信号，同时中央处理单元10亦可将目前各电路运作状态经由使用者界面13的显示单元132加以显示，而数据传输界面14则与外部的计算机4形成电性连接，以供输出中央处理单元10的运算数据至计算机4，充电电路15是分别与稳压电路11、控制电路12衔接，其可接受控制电路12的控制信号而由稳压电路11获取电源以实施充电动作，且充电电路15内部具有一可调整的电流源控制电路，可自动依铅酸电池2的电压情形而改变充电电流，而修复电路16则分别与充电电路15、控制电路12衔接，其可接受控制电路12的控制信号而由充电电路15获取电源以实施修复动作，保护电路17是设置于修复电路16、充电电路15的输出端，以供衔接于待处理的铅酸电池2，以于电池极性衔接错误时，有效切断电流的输出，以避免铅酸电池损坏，检测电路18是利用不同负载施加于铅酸电池2，使其产生固定电流的放电，并记录其放电时间，藉以提供判断铅酸电池2正常与否的依据。

由上述的电路结构，再配合图5的操作流程所示，可知本发明实际运用时，当铅酸电池2与电路结构1衔接完成后，首先经“经由使用者界面选择各项操作功能”601步骤，由操作者经由使用者界面13的控制键131输入操作指令及各项相关条件(如：电池容量)至中央处理单元10，中央处理单元10会暂存输入的数据并执行判断流程，以分别经过“是否开始检测电池”602、“是否开始修复电池”609、“是否开始充电”617等判断步骤、以确认欲执行的操作流程，若“是否开始检测电池”602判断步骤的结果为”是”，则执行检测流程，检测流程先执行“关闭修复电路、关闭充电电路、开启检测电路”603步骤，将负载施加于铅酸电池2上，经“电池开始放电”604步骤，然后以一“电压监测”605步骤，监测铅酸电池2二极的电压，经“电压是否低于10.5V”606判断步骤与“停止放电”607步骤，于铅酸电池2二极的电压低于10.5V时停止放电，并纪录放电时间及各项操作数据，再以一“送出检测信息”608步骤，将上述检测数据及信息送至中央处理单元10，中央处理单元10则经“接受各种结束信号或检测信息”624步骤，再执行“经由使用者界面显示操作状态”625步骤，由使用者界面13的显示单元132显示上述的操作状态及结果(各种修复数据)，且数据可经由数据传输界面14传输至外部的计算机4或其它信息接收装置。

而若“是否开始修复电池”609判断步骤的结果为”是”，则执行修复流程(此流程可于铅酸电池2经检测流程判定为放电不良时执行)，检测流程首先是执行“开启修复电路、开启充电电路、关闭检测电路”610步骤，由中央处理单元10经控制电路12启动修复电路16，同时，另由一“调整时间函数”611步骤与“设定脉冲周期”612步骤，由操作者依需要而另由使用者界面13的控制键131输入各项操作指令(修复时间、脉冲电压的周期)，然后执行“送出修复脉冲信号”613步骤，以一恒定负电压脉冲信号输出至铅酸电池2的二极，经“是否已达设定时间”614判断步骤，在确定已达设定的修复时间后，执行“停止送出修复脉冲信号”615步骤，并经由“送出修复结束信号”616步骤，以分别输出各项数据及信息送至中央处理单元10并完成修复流程，而后再执行前述的“接受各种结束信号或检测信息”624与“经由使用者界面显示操作状态”625等二步骤。

另若“是否开始充电”617判断步骤的结果为“是”，则执行充电流程(此流程可于铅酸电池2完成修复流程或检测流程判定为正常放电时执行)，充电流程先执行“关闭修复电路、开启充电电路、关闭检测电路”618及“开始充电”619步骤，由中央处理单元10经控制电路12启动充电电路15，以一具恒定电流的浮动充电电压施加于铅酸电池2的二极，并经“电压监测”620步骤，监测铅酸电池2二极的电压，经“是否已达满足电压”621判断步骤，于铅酸电池2的输出端电压达到预设满足电压时，执行“停止充电”622步骤，然后以“送出充电结束信号”623步骤，以输出各项数据及信息送至中央处理单元10并完成充电流程，而后再执行前述的“接受各种结束信号或检测信息”624与“经由使用者界面显示操作状态”625等二步骤。

本发明于实际应用时，可于“经由使用者界面选择各项操作功能”601步骤中设定为全自动修复功能，此时，中央处理单元10会依序由检测流程、修复流程、检测流程、充电流程执行完整的操作程序，其修复与充电时间都是依电池的容量而决定；而若设定为快速保养功能，则可依序仅执行检测流程、修复流程，其修复时间亦较为缩短，以节省时间并可延长电池寿命。

综合以上所述，本发明的铅酸电池的还原电路及其方法可达成简易而有效检测铅酸电池放电状态并活化其特性的功效。

Claims

1、一种铅酸电池的还原电路，其特征在于，包括：

一检测电路，可侦测铅酸电池于定电流下完全放电的时间，并将侦测数据输送至下述中央处理单元；

一中央处理单元，可接受所述的检测电路的侦测数据而输出控制信号；

一修复电路，可接受所述的中央处理单元所输出的控制信号而对所述的铅酸电池进行高速切换的恒定负电压脉冲高偏压充电动作，以消除铅酸电池各极板的硫酸铅附着；

一充电电路，可接受所述的中央处理单元所输出的控制信号而对所述的铅酸电池实施充电动作。

2、如权利要求1所述的铅酸电池的还原电路，其特征在于，所述的中央处理单元另结合一操作界面，所述的操作界面包含多个控制键及一显示单元，所述的多个控制键供使用者输入各项操作指令，以执行各项功能，而所述的显示单元则供显示目前的操作状态。

3、如权利要求1所述的铅酸电池的还原电路，其特征在于，另包括一保护电路，所述的保护电路于充电电路、修复电路与铅酸电池的极性反接时，切断电流的输出，以有效保护铅酸电池避免损坏。

4、如权利要求1所述的铅酸电池的还原电路，其特征在于，所述的充电电路具有一可调整的电流源控制电路，自动依铅酸电池的电压情形而改变充电电流。

5、如权利要求1所述的铅酸电池的还原电路，其特征在于，所述的中央处理单元另结合一计算机数据传输界面，供与外部计算机衔接，以输出铅酸电池的修复或充电信息。

6、一种铅酸电池的还原方法，包括：

至少一判断流程，以确认欲分别执行的下列各流程；

一修复流程，可预先调整动作时间及脉冲周期，然后持续输出一恒定负电压脉冲信号至铅酸电池的二极，并于到达所述的预定时间后停止输出脉冲信号；

一充电流程，以一具恒定电流的浮动充电电压施加于铅酸电池的二极，并监测其电压，于所述的铅酸电池的输出电压达到预设满足电压时停止充电。

7、如权利要求6所述的铅酸电池的还原方法，其特征在于，所述的判断流程至少包含：是否开始检测电池、是否开始修复电池、是否开始充电三步骤，以分别判断确定欲执行的各流程。

8、如权利要求6所述的铅酸电池的还原方法，其特征在于，另包括一检测流程，所述的检测流程至少包含：

电池开始放电步骤，以固定负载使电池放电；

电压监测步骤，以监测所述的放电的铅酸电池二极电压；

电压是否低于10.5V判断步骤与停止放电步骤，于所述的铅酸电池二极的电压低于10.5V时停止放电，并纪录放电时间。

9、如权利要求6所述的铅酸电池的还原方法，其特征在于，所述的修复流程至少包含：

调整时间函数步骤，以调整后续修复铅酸电池的作用时间；

设定脉冲周期步骤及送出修复脉冲信号步骤，以设定一恒定负电压脉冲信号的周期，并将的输出至铅酸电池的二极；

再经是否已达设定时间判断步骤，在确定已达设定时间后；

执行停止送出修复脉冲信号步骤。

10、如权利要求6所述的铅酸电池的还原方法，其特征在于，所述的充电流程至少包含：

开始充电步骤，以一充电电压施加于铅酸电池的二极；

电压监测步骤，以监测所述的放电的铅酸电池二极电压；

经是否已达满足电压判断步骤与停止放电步骤，于所述的铅酸电池二极的电压达到满足电压时停止充电。