CN101577421A - 铅酸蓄电池充电保护与优化技术 - Google Patents

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Abstract

电动车用铅酸蓄电池由于做为交通工具动力供电需要,铅酸蓄电池就不得不面临容量大、循环寿命长、放电电流大、充电时间短等更多的使用要求,尤其是在充电技术方面就具有更高的要求。传统的三段式充电技术,一方面,从一阶段转向二阶段的设定转折电压如果低了,会造成充电不足,充电不足又会造成蓄电池容量迅速下降;如果这个转折电压设定高了,又会造成正过度充电而失液和发热。另一方面,因为不同蓄电池添加配方的不同,理想的转折电压和转折电流都是不同的。而且铅酸蓄电池是被动接受充电器的充电,如果充电器与蓄电池额定电压要求或正负方向不同,会造成蓄电池或充电器的损坏。本发明的充电干扰功能模块通过在充电后期不停使用负脉冲放电来拉低蓄电池充电电位,保障了充电器与蓄电池之间极化电位差,使充电更饱和,蓄电池极板活性物质在低电位发生电化学反应,产生的析气量大幅减少,同时充分的充电休息时间保障正极析出的氧气到达负极与氢复合为水,热散发也有了充分的时间保障,延长了铅酸蓄电池使用寿命。

Description

铅酸蓄电池充电保护与优化技术 技术领域本发明涉及一种铅酸蓄电池充电的技术领域,特别是建立了一种电动车铅酸蓄电 池充电保护和优化方案的实现技术基础与实现模型。背景技术电动车用铅酸蓄电池又称为阀控式铅酸蓄电池,由于做为交通工具动力供电需要, 铅酸蓄电池就不得不面临容量大、循环寿命长、放电电流大、充电时间短等更多的使 用要求,尤其是在对电动车用阀控式铅酸蓄电池的充电技术方面就提出了更高的要求。为保障电动车的续行里程,电动车阀控式铅酸蓄电池容量普遍较大,基本都在数 百瓦时的容量,在夜间IO小时左右的时间内就要求要被充满。由于这个充电时间和待 充电量都是变量,如果充电电流过大会导致过度充电,如果充电电流过小又会导致充 电不足。传统的充电方式是一种被称为三段式充电的技术,这种充电技术将充电分为 了三个阶段, 一阶段时采用电池集群容量0.2倍以下的电流恒流充电,当充电电压到 达规定的转折电压时,进入充电的第二个阶段。二阶段采用保持转折电压不变的恒压 充电,这时蓄电池随电量上升,电压也上升,充电电压与蓄电池电压的电势差逐渐减 小,充电电流也就逐渐减小,当充电电流到达规定的转折电流时,充电进入第三阶段。 三阶段采用低恒压涓流浮充法,也就是采用较低的电压向蓄电池慢慢充电。这样就可 以保障铅酸蓄电池在8个小时左右的时间充满电,而且充满后可以自动转为低电压低 电流的浮充方式,使蓄电池不会被过充电而损坏。但是,这种三段式充电方式还是存 在很多缺点。因为阀控式铅酸蓄电池在充电量达到80%左右时正极板会产生析氧反应, 也就是正极板的电化学反应将水分解为了氧气、氢离子和电子,氧气通过正负极板间 的气体空隙转移到负极板,并在负极板上还原为水。 一方面,从一阶段转向二阶段的 设定转折电压如果低了,会造成充电不足,充电不足又会造成蓄电池容量迅速下降;如果这个转折电压设定高了,又会造成正过度充电而失液和发热。另一方面,因为不 同蓄电池添加配方的不同,理想的转折电压和转折电流都是不同的。在现实意义中, 就是确定了理想转折电压,因为三段式充电器出厂元件误差、工作温度差异、湿度差 异等因素都使得实际使用的三段式充电并不理想。由于公知的电动车铅酸蓄电池充技术中,铅酸蓄电池是被动接受充电器的充电, 如果充电器与蓄电池额定电压要求或正负方向不同,会造成蓄电池或充电器的损坏。 本发明技术提出了一种对阀控式铅酸蓄电池接受普通三段式充电器充电的保护和优化 技术,使不附合安全要求的充电被终止,使不理想的充电被优化。发明内容本发明的目的是建立一种安全、合理的充电机制与实现模型,使不附合安全要求 的充电被终止,使不理想的充电方式被优化。本发明是一个在三段式充电器与铅酸蓄电池之间的电气干涉功能模块或装置,这 个功能模块的工作电源由充电器提供,当充电器与功能模块相连时,如果充电器的正 负电源导线方向与铅酸蓄电池正负极性相反时,功能模块内的整流二极管将阻挡充电 器的电流流向功能模块内的电源电路,电源电路不能上电工作就使充电器通向铅酸蓄 电池之间的线路无法接通,充电器被功能模块屏蔽,保护了因电源方向相反而造成的 不安全故障。当充电器正负极性方向符合铅酸蓄电池要求时,本发明的功能模块内的电源电路 上电工作,并向逻辑单片机提供工作供电,逻辑单片机对充电器电压信息进行验测, 如果充电器电压高于或低于铅酸蓄电池的要求,逻辑单片机将不进行任何动作,充电 器通向铅酸蓄电池之间的线路无法接通,充电器被本发明的功能模块屏蔽,保护了因 充电器电压不符合要求而造成的过度充电或充电不足故障。当充电器的正负性方向和电压都符合铅酸'蓄电池要求时,本发明的功能模块内的 电路上电工作,并且由逻辑单片机控制开关电路,接通充电器与铅酸蓄电池之间的线 路开始充电。功能模块内的逻辑单片机开始验测充电线路上的电压,当电压达到规定 值时,逻辑单片机控制开关电路断开充电,在经过一个延时休息后,控制开关电路对铅酸蓄电池进行一个瞬间大电流放电后继续接通充电,这样形成一个充电后期的"充 电——休息——负脉冲放电"的循环,循环的次数、周期时间长度和负脉冲放电时间 长度由铅酸蓄电池技术要求确定,并且可以由逻辑单片机内程序和放电器件固定,充 电与休息在一个循环周期内的时间占比由逻辑单片机的计数器与程序设定完成,计数 器内的循环次数做为可变因子调节周期内的充电与休息时间占比。循环初期,充电时 间占比大,随循环计数的增加,充电时间占比逐渐减小,休息时间占比逐渐增加,直 到计数达到规定循环次数时跳出循环,接通充电构成2小时浮充,断开充电。一方面,传统三段式充电器在充电的后期因为蓄电池电压上升,充电电位极化减 小,为保持充电电流,充电器只能逐步上升充电电压,当蓄电池电压超过析气电压后, 就会形成一定程度的失水,而失水的累积又使蓄电池充电时的热量散发能力逐渐下降, 使每次充电的失水量逐渐增加,最后因电解液干涸导致充电热失控,充电器无法进入 涓流浮充的第三阶段,电池因严重过充电而发生热变形损坏。另一方面,不同配方的 铅酸蓄电池和同一铅酸蓄电池的不同健康阶段对充电电压的要求差异非常大,而三段 式不变的充电电气特征根本不能适应需要,无法达到又能充满电又不失水的要求。本 发明的充电干扰功能模块通过在充电后期不停使用负脉冲放电来拉低蓄电池充电电 位,保障了充电器与蓄电池之间极化电位差,使充电更饱和,蓄电池极板活性物质在 低电位发生电化学反应,产生的析气量大幅减少,同时充分的充电休息时间保障正极 析出的氧气到达负极与氢复合为水,热散发也有了充分的时间保障。在使用本发明的 干扰充电模式中,不同配方的活性物质电化学反应始终是在较低的电位区间发生,而 且瞬间的大电流负脉冲放电能消除内阻较高的极板的累积未反应极化电荷,抑制健康 状态较差的极板电位快速上升,并使这种健康状态较差的板栅电流集流体与板栅活性 物质之间的阿尔法氧化铅阻挡层下的分枝体得到释放,使硫酸铅充分还原为氧化铅, 对于不同配方和同一配方的不同健康状态的铅酸蓄电池,本发明的"充电——休息一 一负脉冲放电"充电后期干扰模式能忽略这种差异,达到不失水的饱和充电,并延长 铅酸蓄电池使用寿命。本发明按照附图1,由图1中1开关1、 2开关2、 3开关3、 4电阻、5电容、6 开关1驱动电路、7开关2驱动电路、8开关3驱动电路、9电源电路、10逻辑单片机、 ll主电源正导线、12主电源负导线、13二极管、14电源线1、 15电源线2、 16电源 线3连接,按照附图2的流程实现三段式充电器向阀控式铅酸蓄电池充电的保护与优化。附图1中1开关1 、 2开关2、 3开关3是常开路电气性质开关,9电源电路是为 6开关1驱动电路、7开关2驱动电路、8开关3驱动电路、10逻辑单片机提供稳压工 作电源的单元,6开关1驱动电路是驱动1开关1开路或闭合的电路、7开关2驱动 电路是驱动2开关2开路或闭合的电路、8开关3驱动电路是驱动3开关3开路或闭 合的电池。本发明中的开关可以是包括各种继电器、场效应管在内的开关,电源电路可以是 任何实现稳压供电的电路,逻辑单片机是可以完成逻辑任务的任何单片机或数字逻辑 电路,这些元件和电路的电气特征不由本发明确定。本发明的优点:1、 保护正负极性方向与电池相反的充电器不损坏,增加了充电安全性。2、 阻挡与电池型号不匹配的充电器,保护蓄电池。3、 增加蓄电池充电饱和度。4、 减小蓄电池充电失水,防止充电热失控。5、 延长蓄电池使用寿命。附图说明图1是本发明的各技术组件的连接结构示意图。图1中1是开关1、 2是开关2、 3是开关3、 4是电阻、5是电容、6是开关1驱 动电路、7是开关2驱动电路、8是开关3驱动电路、9是电源电路、10是逻辑单片机、 ll是主电源正导线、12是主电源负导线、13是二极管、14是电源线1、 15是电源线 2、 16是电源线3图2是本发明的各技术组件的工作流程示意图。具体实施方式三段式充电器通过本发明构成的电路或装置再向阀控式铅酸蓄电池充电。第一步,附图1中的1开关1、 2开关2、 3开关3处于常开路状态,三段式充电 器通过11主电源正导线、12主电源负导线接入,如果充电器正负极性方向与铅酸蓄 电池要求相反,13二极管阻止充电器与9电源电路之间的电流,9电源电路不能上电 工作,本发明的装置或电路不产生任何动作,1开关1的开路状态使充电无法进行, 充电器与阀控式铅酸蓄电池之间不构成闭合回路,短路故障被排除,保护了充电器不 损坏。当充电器的正负极性方向与铅酸蓄电池要求相符时,,进行下一步工作第二步,9电源电路上电工作,并向通过14电源线1和15电源线2向10逻辑 单片机和6开关1驱动电路、7开关2驱动电路、8开关3驱动电路提供稳压工作供电。 IO逻辑单片机上电工作,通过16电源线3对充电器电压信息进行验测,如果充电器 电压高于或低于铅酸蓄电池的要求,10逻辑单片机将不进行任何动作,l开关l依然 处于开路状态,充电器通向铅酸蓄电池之间的ll主电源正导线无法接通,充电器被本 发明屏蔽,保护了因充电器电压不符合要求而造成的过度充电或充电不足故障。如果 充电器电压符合铅酸蓄电池的要求,进行下一步工作。第三步,当充电器的正负性方向和电压都符合铅酸蓄电池要求时,IO逻辑单片机 控制6开关1驱动电路,6开关1驱动电路闭合1开关1,接通充电器与铅酸蓄电池之 间的11主电源正导线开始充电,并将10逻辑单片机内的计数器置0, 10逻辑单片机 继续验测充电线路上16电源线3的电压,直到额定电压36V的铅酸蓄电池电压达到 4L5V时,进行下一步。第四步,10逻辑单片机控制6开关1驱动电路和8开关3驱动电路断开1开关1 和3开关3,充电暂时停止,IO逻辑单片机在经过(计数/20)秒延时休息后,向7开 关2驱动电路发出指令,7开关2驱动电路控制2开关2闭合100毫秒后开路,这100 毫秒中,5电容与蓄电池构成闭合回路,形成5电容对蓄电池的大电流负脉冲放电。 然后10逻辑单片机将其内部的计数器加1,控制6开关1驱动电路和8开关3驱动电 路闭合1开关1和3开关3,延时(30-计数/20)秒,在这个延时内,充电器通过1开 关1的闭合与蓄电池构成闭合回路充电,4电阻通过3开关3的闭合与5电容构成闭 合回路,对电容放电。10逻辑单片机检査内部计数器不大于200时重复第四步,大于200时,进行下一步工作。第五步,开路1开关1和3开关3,延时60秒后,闭合l开关l浮充电,2小时后开路l开关l,充电停止。

Claims (8)

1、铅酸蓄电池充电保护与优化技术,包括在充电器与铅酸蓄电池之间建立电气干涉功能模块或装置实现充电保护与优化的结构实现模型、流程模式、技术系统应用或产品。
2、 根据权利要求l所述的铅酸蓄电池充电保护与优化技术,其特征在于:对充电器的 正负极性反向采用了 13 二极管反向阻止电源电路上电工作的方式保护充电器。
3、 根据权利要求1所述的铅酸蓄电池充电保护与优化技术,其特征在于:由10逻辑 单片机检测充电器输出电压与铅酸蓄电池充电要求相符后,再接通1开关1进行充 电的连接方式与逻辑流程。
4、 根据权利要求l所述的铅酸蓄电池充电保护与优化技术,其特征在于:通过l开关1、 2开关2和3开关3来开路、闭合、插入脉冲的手段与技术改变和干涉充电器的电气输出特征方式进行充电。
5、 根据权利要求l所述的铅酸蓄电池充电保护与优化技术,其特征在于:采用了"充电——休息——负脉冲放电"循环工作的间歇式和负脉冲式充电干涉,压制铅酸蓄 电池在一个低电压区间完成后期充电的实现模式与流程。
6、 根据权利要求l所述的铅酸蓄电池充电保护与优化技术,其特征在于:采用5电容对铅酸蓄电池瞬间快速放电实现负脉冲放电的方式与技术。
7、 根据权利要求l所述的铅酸蓄电池充电保护与优化技术,其特征在于:在"充电一一休息——负脉冲放电"循环工作的间歇充电中以循环计数为因子,达到充电时间 逐渐变短,休息时间逐渐变长的技术方法和流程模式。
8、 根据权利要求l所述的铅酸蓄电池充电保护与优化技术,其特征在于:充电干涉的 采用了大于循环计数和延时断开充电手段实现充电停止。
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Addressee: Wang Hongtu

Document name: the First Notification of an Office Action

C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20091111