CN102893447B - 防止由铅蓄电池的电气处理导致的蓄电能力恶化和再生装置 - Google Patents

Abstract

在铅蓄电池中，随着充放电次数的增加，电池的电极表面被不良导体化的硫酸铅结晶覆盖，而不能通过充电将正极氧化还原为氧化铅，将负极氧化还原为金属铅，因此铅蓄电池的充电能力随着充放电的循环而恶化。因此，需要防止该循环寿命的恶化、以及再生的技术。提供一种装置，通过以硫酸铅介电缓和损失峰值频率10MHz，选择性地对硫酸铅进行介电缓和损失加热，从而将不良导体化的结晶微细分解，并通过充电电流将正极氧化还原为氧化铅，将负极氧化还原为铅，从而去除硫酸铅绝缘体结晶覆膜。

Description

防止由铅蓄电池的电气处理导致的蓄电能力恶化和再生装置

技术范围

本发明涉及防止由铅蓄电池的硫酸铅导致的蓄电能力恶化和再生装置，该再生装置在硫酸铅介电损失频率下，加热不良导体化的硫酸铅结晶并使其微细化，并且通过充电电流进行化学分解而使电池再生。

背景技术

在铅蓄电池中，随着放电次数的增加，电池的电极表面被不良导体即硫酸铅胶体薄膜覆盖，而硫酸铅胶体薄膜经过一定时间时会结晶化，硫酸铅的结晶化使得薄膜变成电气绝缘体，从而不能通过再充电将正极氧化还原为氧化铅，将负极氧化还原为金属铅，因此导致铅蓄电池的蓄电能力恶化。现在，为了使自然能、太阳光、风力等的不稳定发电变得稳定，不可缺少的是使便宜的铅蓄电池的寿命增长，并且需要防止由硫酸铅导致的蓄电能力恶化、以及再生的技术。

目前，防止由硫酸铅导致的蓄电能力恶化以及再生的技术已知的是使铅蓄电池中流动脉冲电流，对生长在电极表面上的硫酸铅覆膜施加电气冲击，从而去除硫酸铅绝缘体覆膜的装置。

专利文献

专利文献1：特许第3902212号

专利文献2：特开2000-156247号

专利文献3：特开2000-323188号

专利文献4：特开2006-244973号

专利文献5：特开2000-40537号

专利文献6：特开2004-79374号

发明内容

例如，上述文献都是设想利用1MHz以下的高电压脉冲的电气机械冲击波，用以破坏硫酸铅微结晶。其中，认为越是采用高电压，硫酸铅的去除效果越大。

但是，在这种情况下，通过电气机械的冲击波破坏去除硫酸铅微结晶的方法，在电极表面由硫酸铅斑点状绝缘的情况下，电场不能集中在绝缘表面即硫酸铅结晶表面上，而使电流集中在没有被硫酸铅绝缘体覆盖的容易流动的传导电极表面上。因此，可以认为难以进行电气机械冲击波的破坏。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种装置，其通过采用MHz范围内的硫酸铅介电缓和损失加热，使电流集中在硫酸铅绝缘体表面，从而选择性地分解硫酸铅。

通过由硫酸铅绝缘体的介电缓和损失而产生的发热，热机械地扭曲硫酸铅结晶，使结晶形成微细裂缝，其结果，进行电气导通化，并且通过充电电流进行电化学分解，从而在正极上生成氧化铅，在负极上生成金属铅，在大约10MHz的硫酸铅介电损失峰值频率附近，在没有被硫酸铅绝缘体覆盖的电极表面上的电气传导率小。其原因在于：金属电极表面的电气传导率以离子扩散电流为主，而离子电流的响应速度为几十KHz以下，因此金属电极表面的电气传导率低。由于在MHz范围下的稀硫酸电解液的极化介电常数低，所以与稀硫酸电解液相比较，在MHz范围下，电流集中在介电常数高的硫酸铅绝缘体膜的表面上。

通过本发明，由于选择将硫酸铅绝缘体结晶膜进行热机械地微细分解，所以能够通过2V峰值对峰值的高频低电压低电流，对每个单元进行硫酸铅结晶膜的氧化还原分解，并且不会造成现有的高电压高电流脉冲再生导致的电极板的发热变形而引起电极间短路，从而能够再生铅蓄电池。

附图说明

图1是示出介电损失电流相对于频率的特性图。

图2是示出铅蓄电池恶化防止和再生装置的简要结构的方块图。

图3是示出针对12V铅蓄电池每6个单元的传统充电方法的实施硫酸电解液密度再生的比较图。

具体实施方式

在下文中，将基于图1至图3说明作为本发明实施方式的一个实施例。

实施例1

图1是在硫酸铅粉末中加入稀硫酸并由绝缘电极夹着，实际测量从0.1MHz到30MHz的电流特性，以探究硫酸铅介电损失频率。同时，还示出由德拜缓和方程式的数学式(1)得出的近似曲线。如图所示，测量与近似式很好地保持一致。根据图1，介电损失峰值分布在1MHz到100MHz，在大约10MHz附近具有峰值。可知，在该峰值频率10MHz时，稀硫酸电解液中的硫酸铅的加热效率变得最大。

[数学式1]

$P=\frac{\mathrm{\ω}\·\mathrm{\τ}}{\{1+{(\mathrm{\ω}\·\mathrm{\τ})}^2\}}...\left(1\right)$

P：介电损失

ω：外力频率

τ：偶极时间常数

图2是示出本发明实施方式所涉及的防止铅蓄电池恶化、再生装置的简要结构的方块图。如图2所示，由铅蓄电池再生装置控制MPU(微处理器)21，基于MPU21的充电电压指令D/A转换器22，充电电压功率放大器23，高频遮断器24，铅蓄电池25，铅蓄电池端子电压测量A/D转换器26，硫酸铅介电损失频率指令用振荡器27，硫酸铅介电损失频率功率放大器28，直流电流遮断电容器29构成。

图2描述由外部电源再生的12V铅蓄电池的例子。

该铅蓄电池25的电压由A/D转换器26计量，并输入到MPU21中。MPU21在检测铅蓄电池25的开放电压小于等于13V的情况下，进入蓄电池再生模式，由硫酸铅介电损失频率指令用振荡器27产生10MHz的高频交流电流，并由高频功率放大器28放大，通过直流遮断器29，从而在铅蓄电池25中流动介电损失加热交流电流。在MPU21的控制下，从D/A转换器22，到由功率放大器23放大，并通过高频遮断器24，由比铅蓄电池25的开放电压高大约2V的电压开始充电。通过A/D转换器26，一直测量铅蓄电池25的电压，并且在MPU21的控制下，由D/A转换器22进行充电感应，直到铅蓄电池25的开放电压变成13.5V。在开放电压变成13.5V之后，作为浮动充电，MPU21通过D/A转换器22进行14V的恒压充电，在此同时，使10MHz的高频交流电流持续流入到铅蓄电池25中。

关于前述的铅蓄电池再生顺序，在权利要求3所述的铅蓄电池的硫酸覆膜去除法中，对于连续的高频电流，也可以将连续的高频电流调制为断续的，以提供间歇性的热冲击。

也可以交替地进行在权利要求5中记载的高频交流电流的施加和充电。

图3示出在放置了一年时间的12V电池中，对于每个单元，连续地施加2V峰值对峰值的10MHz高频电流，同时由直流电压的15V恒压电源进行充电，并且再生18个小时的例子。以传统的充电方法充电，各单元的密度在1.20以下，但是在6个单元中，有2个可以完全被100％地再生。可以认为是：在电解液密度示出为1.25的单元6中，硫酸铅结晶从电极表面脱落，电化学分解中不保留硫酸铅，所以单元6上的硫酸浓度没有上升。在硫酸浓度没有上升的单元6中加入硫酸，直到密度变成1.28，从而能够通过再充放电，而使其100％地再生。

铅蓄电池被广泛地使用，包括用作汽车、船舶等发动机启动或智能电网的区域蓄电站，用作自然能、风力发电机或太阳能电池的波动整流，对此，本发明可以在延长这些蓄电池的循环使用寿命方面有所贡献，并且可以进行利用。

符号说明

11  硫酸铅介电损失实验值

12  由德拜缓和方程式得出的近似曲线

21  铅蓄电池再生装置控制MPU(微处理器)

22  MPU充电电压指令D/A转换器

23  充电电压功率放大器

24  高频遮断器

25  铅蓄电池

26  铅蓄电池端子电压测量A/D转换器

27  硫酸铅介电损失频率指令用振荡器

28  硫酸铅介电损失频率功率放大器

29  直流电流遮断电容器

Claims (6)

1.一种电化学地去除硫酸铅覆膜的硫酸铅覆膜去除装置，该硫酸铅覆膜是铅蓄电池的蓄电能力恶化的原因，该装置包括：测定铅蓄电池的电压的A/D转换器、当该铅蓄电池的电压成为规定值以下时产生高频交流电流的硫酸铅介电损失频率指令用振荡器、对上述高频交流电流进行放大的高频功率放大器、使放大后的上述高频交流电流通过并在铅蓄电池中流动介电损失加热交流电流的直流遮断器，其特征在于：

将伴随着由介电缓和损失产生的发热效果的介电损失频率的高频交流电流输出到铅蓄电池正负电极上，选择性地分解硫酸铅覆膜，高频交流电流的频率是从1MHz到100MHz的硫酸铅介电损失频带。

2.根据权利要求1所述的硫酸铅覆膜去除装置，其特征在于：作为电源使用作为向所述去除装置的安装对象的铅蓄电池。

3.根据权利要求1所述的硫酸铅覆膜去除装置，其特征在于：出于休止目的，调制所述高频交流电流，以使所述高频交流电流间歇性地提供热冲击。

4.根据权利要求1或3所述的硫酸铅覆膜去除装置，其特征在于：与施加高频交流电流并行地进行直流电流充电，从而还原通过介电缓和损失分解而微细化的硫酸铅覆膜成分。

5.根据权利要求1或3所述的硫酸铅覆膜去除装置，其特征在于：交替地进行高频交流电流的施加和充电，并且通过充电电流，氧化还原由介电缓和损失加热分解后的硫酸铅覆膜成分。

6.根据权利要求1或3所述的硫酸铅覆膜去除装置，其特征在于：使用商业电源、自然能、太阳能电池、风力发电、波浪发电作为电源，同时对该电源储存电力。