CN102457077A - 同时进行电池再生和充电的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种同时进行电池再生和充电的装置。该装置包括功率单元、充电单元、主控制单元、放电单元、显示单元和用户输入单元。该功率单元接收外部功率以对电池充电；该充电单元接收由该功率单元提供的电流；该主控制单元输出高频脉冲信号到该充电单元；该放电单元在该主控制单元控制下进行电池的放电；该显示单元显示关于电池充电或放电的信息；该用户输入单元使用户能够设置与电池充电或放电有关的设置值。在该装置中，充电单元将由该功率单元提供的电流转化为高频脉冲电流以将该高频脉冲电流提供给电池，并且该主控制单元根据电池的内部电阻判断是否由该放电单元进行电池的放电。

Description

同时进行电池再生和充电的装置和方法

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.119和35U.S.C.365要求2010年10月15日提交的韩国专利申请号为10-2010-0101126的优先权，其以引用的形式整体并入本申请。

技术领域

本发明涉及一种用于从内部电极有效去除积聚在电池内的异物(如硫酸盐)的同时为电池充电的装置和方法。

背景技术

一般来说，电池利用化学反应产生电流，并将化学能转化为电能。在电池放电的情况下，电池的功能可以通过对其充电再次恢复。如果将负载与电池的外部电极端子相连接，则电池通过电池内的电极板和电解液的化学反应产生电压。通常，稀硫酸、过氧化铅和纯铅分别用作电池中的电解液、正电极板和负电极板。

为使电池以小体积获得大量电能，通过将电极板成形为薄板状使多个电极板相互平行连接，以增加发生化学反应的电极板与电解液的接触面积，并且正、负电极板彼此相对放置。

在两个电极板即正、负电极板的反应过程中，生成不可溶解的PbSO₄，随后PbSO₄附着在所述两个电极板上。当电池放电时，硫酸被消耗，并因此生成水。由于水的密度小于硫酸的密度，电池的充电状态可通过测量电解液的密度来识别。当电池再充电时，电极的反应为逆向反应。

然而，如果长时间的重复充电和放电，附着在电极板上的硫酸盐并没有在电池充电过程中从电极板上分离下来，而是仍然附着在电极板上，这称为硫酸化现象。

硫酸化现象具有绝缘功能，这种绝缘功能会阻挡在电极板之间进行的电反应的通道，并因此降低了电池的电压、容量和比重。

发明内容

本发明的实施方式提供了一种能去除积聚在电池内的异物(如硫酸盐)的同时为电池充电的装置和方法。

本发明的实施方式还提供了一种能显著减少电池再生所消耗的时间的装置和方法，所述电池再生是通过去除形成在内部电极上的异物(如硫酸盐)，并使电池被充电的方式来实现的。

在一个实施方式中，一种同时进行电池再生和充电的装置包括：功率单元，配置为接收外部功率以对电池充电；充电单元，配置为接收所述功率单元提供的电流；主控制单元，配置为输出高频脉冲信号到所述充电单元；放电单元，配置为在所述主控制单元控制下进行该电池的放电；显示单元，配置为显示关于电池充电或放电的信息；和用户输入单元，配置为使用户能够设置与电池充电或放电相关的设置值。在该装置中，充电单元将由功率单元提供的电流转化为高频脉冲电流，以将该高频脉冲电流提供给电池，并且主控制单元根据电池的内部电阻判断放电单元是否进行电池的放电。

在另一实施方式中，一种同时进行电池再生和充电的装置包括：功率单元，配置为接收外部功率以对电池充电；充电单元，配置为接收所述功率单元提供的电流；主控制单元，配置为输出高频脉冲信号到所述充电单元；显示单元，配置为显示有关电池充电的信息；和用户输入单元，配置为使用户能够设置与对电池充电相关的设置值。在该装置中，充电单元将由功率单元提供的电流转化为高频脉冲电流，以将该高频脉冲电流提供给电池。

在另一实施方式中，一种同时进行电池再生和充电的方法包括：电池放电；判断放电电池的电压是否达到预设的第一设置电压；当判断结果为电池电压达到了第一设置电压时，将要提供给电池的电流转换为高频脉冲电流，以同时进行电池的再生和充电；并将该高频脉冲电流供应给电池，这样，电池的电压经充电升至预设的设置电压。

一个或多个实施方式的细节载于附图及下文的描述中。通过下文的描述和附图以及权利要求书，其它特征也将是易于理解的。

附图说明

图1为根据本发明实施方式的同时进行电池再生和充电的装置的方框图；

图2为根据本发明实施方式的装置中主控制单元的详细方框图；

图3为根据本发明实施方式的装置的操作流程图；

图4为根据本发明另一实施方式的同时进行电池再生和充电的装置的方框图；

图5为根据本发明另一实施方式的装置中主控制单元的详细方框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明披露的实施方式，并结合附图对本发明的实施例进行阐明。但本发明可由多种形式实现，不应理解为仅限于本文所描述的实施方式；然而，对本领域技术人员来说，其它倒退发明所包含的替代实施方式，以及落入本发明披露的精神和范围的替代实施方式可以由本领域的技术人员易于通过增加、修改、和变化的方式而获得，并将完全传达本发明的构思。

图1为根据本发明实施方式的同时进行电池再生和充电的装置的方框图。图2详细示出了根据本发明的实施方式的装置中的主控制单元的方框图。

参考图1，根据本实施方式的装置包括功率单元120，该功率单元120接收从装置外部供给的功率以将该功率提供给充电单元150；充电单元150，该充电单元150进行脉冲宽度调制(PWM，Pulse Width Modulation)，这样，由所述功率单元120供给的功率电流被以高频脉冲的形式提供给电池300；和主控制单元110，该主控制单元110控制所述功率单元120和充电单元150的操作。

该装置还包括显示单元130，该显示单元130使用户能够识别有关电池因去除形成在电池300中的异物(如硫酸盐)而再生的设置和进程信息，以及关于对电池300进行充电的电池充电的设置和进程信息等。

该装置还包括用户输入单元140，该用户输入单元140使用户能够设置与电池再生和充电有关的项目，例如，设置用于判断电池再生依据的设置电压值或设置电流的振幅、与电池充电相关的充电时间和充电电流等类似项目。

根据本实施方式的装置中，放电单元160用于释放电池300的功率，放电单元160与主控制单元110和电池300相连接，这样，能够对电池300同时进行电池的有效再生和充电。

特别地，在根据本实施方式的装置中，由于时间上的差异，对电池300的再生操作和充电操作不是接续进行，而是同时进行。

也就是说，本实施方式的装置将供应给电池300的电流转化为高频脉冲电流，以对电池300充电。如上所述转化后的高频脉冲电流对电池300充电，而且引起电池300的内部电极在高频脉冲电流的高频振动作用下颤动，以使诸如硫酸盐这样的异物从内部电极上分离。

本实施方式的装置不同于仅仅简单地给电池提供高频脉冲信号的装置，而是可以理解为将提供给电池充电的电流功率转化为高频脉冲功率，因此同时对电池300进行再生和充电。

充电单元150具有一种结构，在该结构中，对施加到与充电单元120供应的电流相关的晶体管基级的脉冲信号发生响应，以进行充电单元150的开/关操作，从而将高频脉冲电流供应给电池300。

同时，根据由用户输入单元140输入的与电池再生和充电相关的设置值，主控制单元110可以控制充电单元150输出电流的振幅、电池的充电时间等。如果用户通过用户输入单元140输入对电池自动再生和充电，主控制单元110根据预先储存的值控制对电池300的再生和充电。

例如，在对高尔夫球车中使用的高容量电池，或者与之类似的进行再生或充电的电池，主控制单元110将充电单元150输出的高频脉冲电流的振幅控制在电池容量的1/10左右。用于高尔夫球车或卡车中的电池容量约为200安培(A，ampere)，高于用于普通汽车的电池容量。在这种情况下，主控制单元110将通过充电单元150输出的电流的振幅控制在20A左右。如果公共汽车使用的高容量电池的容量约为100-120A，主控制单元110将充电单元150输出的电流的振幅控制在10-12A左右。

通过操作用户输入单元140，用户可以单独控制由充电单元150输出的高频脉冲电流的振幅，而且可以理解的是，所输出的高频脉冲电流与电池300的充电时间是相关的。

根据本实施方式的装置完全能够对高容量电池进行再生和充电。为了对电池进行有效的再生和充电，提供一种具有放电单元160的装置，该放电单元160用于给电池300提供负载。结合图2和图3对放电单元160进行描述，其中图2示出了主控制单元110的详细配置，图3描述了本实施方式的操作。

图2较为详细地示出了根据本实施方式的装置的主控制单元110的配置。图3示出了根据本实施方式的装置的自动再生和充电过程。

参考图2，通过给电池300提供高频脉冲电流，所述装置能够同时对电池300进行再生和充电，在该装置中，主控制单元110包括：检测单元114，用于检测电池的状态，如供给电池的电压和电流；比较单元115，用于将通过检测单元114测得的值与预设值相比较；子控制单元111，用于接收比较单元115比较得出的结果，以控制充电单元150和放电单元160；充电PWM产生单元112，用于产生提供给子控制单元111的充电脉冲信号；以及，放电PWM产生单元113，用于产生提供给子控制单元111的放电脉冲信号。

检测单元114执行检测供应给电池的电压或电流的振幅、通过给电池300提供的温度传感器检测电池的内部温度、测量电池300的充电时间等操作，这样，子控制单元111能够判断充电单元150是否对电池300进行正常充电。

检测单元114测量电池的内部电阻、电压、电流和温度等。

比较单元115将通过检测单元114测得的值与预设的设置值相比较，并将这一比较结果提供给子控制单元111。

更具体地说，比较单元115可以将通过检测单元114识别的电池的内部电阻与预先储存的第一设置电阻(参见图3)相比较，然后将这一比较结果提供给子控制单元111。当内部电阻小于第一设置电阻时，接收来自检测单元114提供的比较结果的子控制单元111可以控制放电单元160对电池进行放电。也就是说，当电池的内部电阻大于预先储存的第一设置电阻时，子控制单元111可以判断电池不能再生。

电池的内部电阻使电池具有寄生电压(stray voltage)，对电池进行放电以去除这种寄生电压。在这一过程中，比较单元115可以将放电期间电池的电压与预设的设置电压相比较，然后将这一比较结果提供给子控制单元111。在这种情况下，在电池的电压降至第一设置电压后，子控制单元111可以控制电池充电的进行。

比较单元115可以将与电池再生和充电相关的项目和预设值相比较，然后将这一比较结果提供给子控制单元111。

充电PWM产生单元112产生高频脉冲，以便通过充电单元150内的晶体管的开/关操作，由功率单元120供应的电流被转化为高频脉冲电流。例如，充电PWM产生单元112可以产生约10千赫(kHz，kilohertz)的高频脉冲信号。但本发明所披露的技术范围并非局限于这一数值范围。

放电PWM产生单元113的作用是产生高频脉冲，以使在由放电单元160对电池放电的同时去除电池中的硫酸盐。

放电单元160也包括像充电单元150中那样的具有开关功能的晶体管，并对由子控制单元111提供的放电PWM信号发生响应，以执行放电单元160内的晶体管开/关操作。相应地，电池300与负载连接以进行放电等。然后，由放电PWM产生单元113产生的高频脉冲信号使电池的内部电极上产生振动，因此在电池放电期间能去除如硫酸盐的异物。

下面将参考图3，对根据本实施方式的具有这种配置的装置的操作进行详细地描述。

在本实施方式的配置中，可以选择是否自动进行电池的再生和充电，或者是否由用户通过操作用户输入单元140直接设置电流的振幅、电池的充电时间等与电池再生和充电相关的类似设置。不过，如果用户仅选择对目标电池自动进行再生和充电，可以参考电池的容量来设置充电电流的振幅。

例如，如果电池的容量为200A，用户可以识别电池的容量，然后设置充电电流约为20A，即电池容量的1/10。

下面将对用户设置对电池自动进行再生和充电的情况进行描述。当用户设置对电池手动进行再生和充电时，设置电阻或设置电压会被修改，并成为与待测量的电池的内部电阻、电压振幅等进行比较的对象。

在根据本实施方式的装置中，当用户选择电池自动再生和充电功能(S101)，该装置则对电池的内部电阻进行测量(S102)。如本领域所周知的，电池的内部电阻可以根据供应的电流，通过测量电压的振幅来获得。

可以由检测单元114来测量电池的内部电阻，而且比较单元115比较所测得的电池的内部电阻是否小于预设的第一设置电阻(S103)。

如果比较的结果是内部电阻大于预设的第一设置电阻，子控制单元116判断相应电池为不可再利用的电池(S104)，并且控制不对相应电池进行再生和充电。然后，子控制单元116控制将相应电池的失败信息在显示单元130上显示，这样，用户可以通过显示单元130来识别这一信息。

另一方面，如果电池的内部电阻小于预设的第一电阻，则开始电池的再生和充电操作。但是，首先进行电池的放电过程(S105)以提高对电池的再生和充电的效率。放电过程是一个去除可能存在于电池中的寄生电压以提高电池充电的效率。

检测单元114检测电池的电压，比较单元115将电压的振幅与预设的第一设置电压相比较，以将这一比较结果提供给子控制单元111。

子控制单元111判断电池的电压是否达到预设的第一设置电压(S106)。如果判断得到电池的电压没有达到所述第一设置电压，子控制单元111控制由放电单元160继续对电池进行放电。如上所述，基于晶体管的开/关操作，通过将负载与电池相连接，由放电单元160对电池进行放电。

同时，如果所测得的电池电压达到所述第一设置电压，子控制单元111控制由充电单元150对电池进行充电(S107)。如上所述，此处的由充电单元进行的电池充电是通过向电池提供高频脉冲电流来进行的。因此，将由高频脉冲电流引起的振动提供给电池的内部电极，这样，就可能通过电流在去除异物(如硫酸盐)的同时对电池进行充电。

子控制单元111读取同时进行再生和充电的电池的电压，并控制电池充电的进行，直到相应电池的电压达到预设的第二设置电压(S108)。如果用户手动进行电池的充电，则用户可以改变所述第二设置电压。可替代地，用户可以设置电池充电的完成时间为充电时间而非设置电压。

另外，子控制单元111还要读取通过检测单元114检测到的电池的内部电阻(S109)，并判断所测得的电池的内部电阻是否小于预设的第二设置电阻(S110)。这里，虽然已经对电池进行了再生和充电，但子控制单元111会重新确认对电池的充电是否是在一个适当的或更高的水平上完成的。

如果判断重新测得的该电池的内部电阻不小于预设的设置电阻，则子控制单元111判断对应电池为不可再利用的电池，对电池的充电不能正常进行，并控制不对对应的电池进行再生和充电(S111)。然后，子控制单元116控制将对应电池的失败信息在显示单元130上显示，这样，用户可通过显示单元130来识别这一信息。

另一方面，如果所测得的电池的内部电阻小于预设的第二设置电阻，则子控制单元111通过显示单元130通知用户电池完成充电且电池可再利用(S112)。

如上所述，就高容量电池而言，在对所述电池放电之后再对其进行再生和充电，这样，可以更稳定地延长电池的使用寿命。

图4为根据本发明的另一实施方式的同时进行电池再生和充电的装置的方框图。图5为根据本发明的另一实施方式的装置中主控制单元的详细方框图。

下面将参考图4和图5对本实施方式进行描述，并且，对于与上文所述实施方式中描述相同的部分，不再赘述。

本实施方式的装置包括：功率单元220，用于接收从装置外部供应的功率以将该功率提供给充电单元250；充电单元250，具有用于执行开关功能的晶体管，以便将由功率单元220供应的电流转化为高频脉冲电流；主控制单元210，用于控制由充电单元250输出的高频脉冲电流，以提供给电池400。

该装置还包括显示单元230，该显示单元230使用户能识别有关电池因去除形成在电池400中的异物(如硫酸盐)而再生的设置和进程的信息，以及有关对电池400进行充电的电池充电的设置和进程的信息等。

该装置还包括用户输入单元240，该用户输入单元240使用户能够设置关于电池再生和充电的项目，例如，设置用于判断电池再生依据的设置电压值或设置电流的振幅、与电池充电相关的充电时间和充电电流等类似项目。

不同于上文所描述的实施方式的情况，根据本实施方式的装置在对电池进行再生和充电之前，不进行电池的放电操作。该装置适于对容量在80A左右的电池进行再生和充电，这种电池安装于机动车等中。

下面将对根据本实施方式的装置中的主控制单元210的详细配置进行描述。主控制单元210包括：PWM产生单元212，用于产生PWM信号，以控制充电单元250中的晶体管的开/关操作；检测单元214，用于检测如提供给电池的电压和电流等；比较单元215，用于将通过检测单元214测得的值与预设值相比较；以及，子控制单元211，用于根据比较单元215输出的值控制装置的操作。

在根据本实施方式的装置中，用户可以直接设置与电池再生和充电相关的项目，电池的再生和充电也可以根据预设值自动进行。

如果将电池400与本实施方式的装置相连接，子控制单元211将来自PWM产生单元212的PWM信号提供给充电单元250，并在充电单元250内的晶体管的开/关操作下，给电池400供应高频脉冲电流，其中充电单元250接收来自PWM产生单元212提供的PWM信号。

高频脉冲电流引起电池400的内部电极的振动，这样，可以在去除异物如硫酸盐的同时，对电池400进行充电。与上文所述的实施方式的情况类似，在对电池400再生和充电的过程中，根据在电池400完成充电后测量得到的电池400的内部电阻和附加内部电阻，子控制单元211可以判断电池是否可用。

如上所述，根据本发明的实施方式，电池的充电和放电过程不需要单独进行，而是同时进行对电池的再生和充电，这样，使用本装置的用户可以提高其工作速度。

在根据本发明实施方式的装置中，对电池的再生和充电过程同时进行，这样，可以显著减少用以延长电池使用寿命的操作的时间。

同样，可以基于用户的选择使用多种方式对电池进行再生和充电，从而可以在多种环境下使用本装置。

尽管上文通过多个示例实施方案描述了本发明的实施方式，应当理解，本领域技术人员可以做出多种其它修改和设计出多种实施方式，这些修改和其他实施方式落入本发明披露原则的精神和范围。更具体地说，在本发明披露的内容、附图和所附权利要求的范围内对组成部分或各组成部分的排列组合方式的各种变化和修改是可能的。除了对组成部分和/或排列方式进行变化和修改外，其它的使用方法对本领域技术人员来说也是显而易见的。

Claims (4)

1.一种同时进行电池再生和充电的装置，其特征在于，该装置包括：

功率单元，配置为接收外部功率以对电池充电；

充电单元，配置为接收该功率单元提供的电流；

主控制单元，配置为输出高频脉冲信号到该充电单元；

放电单元，配置为在该主控制单元控制下进行该电池的放电；

显示单元，配置为显示关于该电池充电或放电的信息；

用户输入单元，配置为使用户能够设置与该电池充电或放电相关的设置值；

其中，该充电单元将由该功率单元提供的电流转化为高频脉冲电流，以将该高频脉冲电流提供给该电池，而且该主控制单元根据电池的内部电阻判断是否由该放电单元进行该电池的放电。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主控制单元包括：

检测单元，配置为测量提供给所述电池的电压或电流的振幅；

比较单元，配置为对由该检测单元测得的值与预设值进行比较；和

子控制单元，配置为根据该比较单元的比较结果控制该充电单元和放电单元的操作。

3.一种同时进行电池再生和充电的装置，其特征在于，该装置包括：

功率单元，配置为接收外部功率以对电池充电；

充电单元，配置为接收该功率单元提供的电流；

主控制单元，配置为输出高频脉冲信号到该充电单元；

显示单元，配置为显示有关该电池充电的信息；和

用户输入单元，配置为使用户能够设置与该电池充电相关的设置值；

其中，该充电单元将由该功率单元提供的电流转化为高频脉冲电流，以将该高频脉冲电流提供给该电池。

4.一种同时进行电池再生和充电的方法，其特征在于，该方法包括：

电池放电；

判断该放电电池的电压是否达到预设的第一设置电压；

将要提供给该电池的电流转化为高频脉冲电流，以便当判断结果为该电池的电压达到该第一设置电压时，同时进行该电池的再生和充电；和

向该电池提供该高频脉冲电流，使该电池的电压被充电升至预设的设置电压。

Images