CN103026576B - 双极性过电压电池脉冲装置及方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种双极性过电压电池脉冲装置及方法，其在电池的端子上交替地施加正脉冲电压和负脉冲电压。所述双极性过电压电池脉冲装置及方法的目的在于增加蓄电池比如铅酸蓄电池的循环寿命及容量。正脉冲前沿及负脉冲后沿的上升时间与电化学溶液的离子弛豫时间相比要短。正脉冲与负脉冲之间交替为每个新脉冲提供了相同的起动条件，而无需实现最后施加的脉冲具有相同极性时可能产生的任何记忆效应，使可以使向所述电池施加的过电压的程度降低并使可以使得最高可用脉冲循环频率降低，而无需经历脉冲重叠。可以对脉冲的形状、类型及定时进行调整以产生持续时间长、振幅高的过电压脉冲。

Description

双极性过电压电池脉冲装置及方法

技术领域

本发明涉及用来增加电池的循环寿命及容量的双极性过电压电池脉冲装置及方法。

背景技术

可充电电池是一种存储能量的电化学电池，基于电气设备的需求通过放电传递能量。可通过使得电流沿与放电方向相反的方向通过电池来给可充电电池充电。

可充电电池常遇到的问题是电池的能量容量在后续充电周期内会损失，导致电池在下一充电周期之前的使用的时间量缩短。例如，当电池没有完全放电时，在使用一段时间之后的充电周期之后，可能导致电池的保持全部能量容量的能力的丧失。当存在重复的浅充电周期之后跟随充电周期时，保持全部能量容量的能力丧失可能会加剧。为了降低保持电池的大致全部能量容量的能力的丧失程度，进一步防止可用能量容量在充电周期之后快速劣化，制造商建议在给充电电池充电之前使可电池深度放电。

尽管存在可能导致电池保持全部充电容量的能力丧失的许多现象，但众所周知的是，在阳极和阴极任何一者或两者上再生的活性成分（activeconstituent）的能力退化可能是一个影响因素。例如，据报道，铅酸蓄电池的容量下降与阴极和阳极的活性物质的性质的逐渐变化有关，同样导致了电池的寿命缩短以及电池保持容量的能力丧失。阴极和阳极的表面结构的初始状态是多孔的，允许更多活性物质暴露在电池内部的电解质中。由于电池经受多次放电和充电，因此阴极和阳极的表面结构逐步变得不断由总体的晶体结构限定，晶体结构减少了活性物质的表面与电池的电解质溶液的整体表面接触。

现有技术中尝试降低电池的这些影响以改善电池的充电周期，所述尝试包括在将电池充电至推荐的工作电平之前要确保电池深度放电。现有技术中的其他电池充电器控制充电模式，在一些情况下，可包括电池充电期间的轻微放电序列。例如，Sage在美国专利第5,633,574号中公开了一种电池的充电序列（包括重复地应用包括1000毫秒充电、2毫秒不充电、5毫秒放电及10毫秒不充电的序列），可以降低电池保持全部充电容量的能力的丧失程度。Pittman等人在美国专利第5,998,968中公开了以预定充电序列向电池应用放电、充电及休息期直至电池充满电。Imanaga在美国专利第5,777,453号中提出另一种充电测序策略，其中，在充电序列期间没有施加电压时，周期性地向电池施加电压脉冲，在脉冲之后是休眠期。

电池保持全部充电容量的能力在多个充电周期内不断的丧失也可以导致电池的整个寿命缩短。即，众所周知，电池保持容量的能力丧失不是完全不可逆转的且在电池的寿命期间是可以累积的，从而导致电池的整个寿命缩短。

在充电周期内，电极或板吸引离子—正极板吸引负离子，负极板吸引正离子—阻碍了离子进一步转移给板。由于给电池充了电，因此形成了增加的阻抗，从而导致要充了电的电池的电阻增加。最后，一旦完成充电并除去任何过电压，阳极和阴极上就会达到平衡，使得离子转移至电极的速率等于相同类型的离子远离电极的速率。

方程1表示的波尔兹曼方程及方程2表示的能斯特方程以离子在本体电化学溶液中的浓度D_se与存在于电极表面层的相同类型的离子的浓度D_me的比相对于存在于电化学溶液和电极之间的电位差（V_se–V_me）以及其对所述比D_se/D_me的相互依赖性描述了在电化学体系中形成的热力学平衡（稳态）。例如，参见Christian Gerthsen和Helmut Vogel:Gerthsen Physics,19ed.,Springer Verlag,Berlin and New York。

$(D_{\mathrm{se}}/D_{\mathrm{me}})=e^{{-(V_{\mathrm{se}}-V_{\mathrm{me}})*}^q/\mathrm{KT}}---\left(1\right)$

$(V_{\mathrm{se}}-V_{\mathrm{me}})=-(\mathrm{KT}/q)*\ln (D_{\mathrm{se}}/D_{\mathrm{me}})---\left(2\right)$

其中：

q=电子的电荷，库仑

k=波尔兹曼常数，焦耳/开尔文

T=绝对温度，开尔文

D_se/D_me=电化学溶液的离子浓度与电极表面层的离子浓度处于平衡状态时的比

（V_se–V_me）=电化学溶液和电极处于平衡状态时的电位差，伏特

在平衡条件下，体系是稳定的，即，不会出现形成、生长或溶解或相变。平衡时，任何离子流入电极的表面层都会由来自电极表面层的相同数量的同等离子流入电化学溶液进行补偿。

在所有的化学体系中，存在变为平衡状态的倾向。例如，参见JamesE.Brady:General Chemistry—Principles and Structure,John Wiley&Sons,New York。如果通过对电极的电位施加改变来干扰现有平衡，那么电化学溶液的离子浓度与电极表面层的离子浓度的比会改变直至达到新的平衡条件。将弛豫时间定义为体系达到新的平衡条件所需的时间量。表征离子浓度与时间的比的变化的弛豫时间常数由单位介电常数除以单位电导率限定，单位介电常数和单位电导率都是电解质溶液的特性。

当溶液过饱和且体系偏离平衡条件时，会出现相移的有利条件，即，来自电解质溶液的离子在电极的表面上放电。例如，当离子在电化学溶液中的电位V_s大于电极上的平衡电位V_me时会出现过饱和，如方程（3）所表示。

（V_s–V_me）>0    （3）

解决过饱和状态有两种可能。一种可能为向电极施加电位V_m（其比处于平衡状态时的电极的电位V_me更负或更小），同时将电化学溶液的电位保持在平衡电位，如方程（4）所表示。

（V_se–V_m）>0    （4）

处于平衡状态时的电极的电位与上述情况下的电极的电位之间的差被称为电化学过电位或电化学过电压，如方程（5）所表示。

（V_me–V_m）>0    （5）

解决过饱和状态的另一种可能为通过将电极上的电位V_m保持在平衡电位V_me而向电化学溶液施加大于电化学溶液处于平衡状态时的电位V_se的电位V_s。因此，过电压状态的情况如方程（3）所表示。

两个量，过饱和及过电压状态，可以被视为偏离稳定热力学平衡的状态的测量值。然而，体系过饱和且存在过电压的唯一事实不一定会产生相移。相反，这些状况增加了可能出现相移的可能性。例如，参见AlexanderMilchev:Electrocrystallization—Fundamentals of Nucleation and Growth,Kluwer Academic Publishers,New York。

在本领域中，仍然需要一种装置及方法，以在电池在整个运行周期，即，即便不在给电池充电的周期内，操作为降低电池随时间保存能量的能力的丧失并增加电池的整个寿命。

发明内容

本发明涉及增加电池的循环寿命及容量的设备及方法。并不受理论束缚，本发明的双极性过电压电池脉冲装置及技术保持了电池的容量并延长了电池的使用寿命。

在一个方面，本发明提供了一种双极性过电压电池脉冲装置，其包括产生正脉冲电压和负脉冲电压的脉冲发生器，将正脉冲电压转换为正脉冲电压波形的正脉冲电压驱动器，将负脉冲电压转换为负脉冲电压波形的负脉冲电压驱动器，以及将正脉冲电压波形和负脉冲电压波形合并成在电池的端子上施加的脉冲电压波形的脉冲电压分配器。

在本发明的一个实施方式中，所述双极性过电压电池脉冲装置的脉冲发生器配置在微控制器中。在本发明的另一个实施方式中，所述双极性过电压电池脉冲装置的脉冲发生器具有生成正脉冲电压的正脉冲发生器和生成负脉冲电压的负脉冲发生器。在本发明的又一个实施方式中，所述脉冲发生器具有交变反向开关，其中，所述脉冲发生器生成脉冲电压，所述交变反向开关交替地将脉冲电压处理成直通脉冲电压和反向脉冲电压，直通脉冲电压是正脉冲电压及负脉冲电压中的任何一个，反向脉冲电压是正脉冲电压及负脉冲电压中的另一个。

在本发明的实施方式中，所述双极性过电压电池脉冲装置的正脉冲电压驱动器和负脉冲电压驱动器分别具有脉冲整形器和定时发生器，其中，所述脉冲整形器和所述定时发生器被配置为将脉冲电压转换为脉冲电压波形。

按照本发明的某些实施方式，正电压放大器和负电压放大器分别将正脉冲电压波形和负脉冲电压波形放大。在本发明的某些其他实施方式中，电压放大器将脉冲电压波形放大。

在本发明的实施方式中，所述双极性过电压电池脉冲装置的脉冲电压波形具有由前沿和正脉冲振幅限定的至少一个正电压脉冲，在所述正电压脉冲之后跟随由后沿和负或反向脉冲振幅限定的至少一个负电压脉冲。按照本发明的实施方式，至少一个正电压脉冲前沿的上升时间和至少一个负电压脉冲后沿的上升时间都短于所述电池的电解质溶液的弛豫时间。具体地，所述前沿的上升时间和所述后沿的上升时间大约可以为弛豫时间的三分之一。

在本发明的某些实施方式中，至少一个正电压脉冲的正脉冲振幅和至少一个负电压脉冲的负脉冲振幅大于所述电池的电压，例如，大约为所述电池的电压的至少两倍。

在本发明的一个实施方式中，所述脉冲电压波形具有使得至少一个正电压脉冲的脉冲宽度和至少一个负电压脉冲的脉冲宽度不会重叠脉冲周期频率。在本发明的另一个实施方式中，所述至少一个正电压脉冲的脉冲宽度和所述至少一个负电压脉冲的脉冲宽度都超过弛豫时间。

在本发明的另一个实施方式中，所述双极性过电压电池脉冲装置还包括控制器和测量所述电池的电压的测量设备。按照本发明的实施方式，所述控制器利用所述电池的电压识别所述电池的状态并基于所述电池的状态激活所述双极性过电压电池脉冲装置。

在本发明的一个实施方式中，所述双极性过电压电池脉冲装置用于处理铅酸蓄电池。在本发明的另一个实施方式中，所述双极性过电压电池脉冲装置可以处理其他类型的电池（即，非铅酸蓄电池）。

在本发明的某些实施方式中，本发明的双极性过电压电池脉冲装置直接集成在所述电池中。

本发明的另一方面提供了处理电池的方法。在本发明的实施方式中，处理电池的方法包括使用本发明的双极性过电压电池脉冲装置以增加电池的循环寿命及电池保持容量的能力的步骤。

在本发明的又一个实施方式中，一种处理多个电池（多个电池中的每个电池具有本发明的双极性过电压电池脉冲装置）的方法包括对所述双极性过电压电池脉冲装置进行控制，使得所述双极性过电压电池脉冲装置中的至多一个在任何时候施加过电压的步骤。

在本发明的实施方式中，处理电池的方法包括以下步骤：提供具有单个正脉冲的正脉冲电压波形和具有单个负或反向脉冲的负脉冲电压波形，以及在电池的端子上交替地施加正脉冲电压波形和负脉冲电压波形。按照本发明的实施方式，处理电池的方法还可以包括在所述电池的端子上施加波形之前，合并正脉冲电压波形和负脉冲电压波形的步骤。

在本发明的另一个实施方式中，单个正脉冲由前沿和正脉冲振幅限定，负或反向脉冲由后沿和负脉冲振幅限定。在本发明的某些实施方式中，所述前沿的上升时间和所述后沿的上升时间都短于所述电池的电解质溶液的弛豫时间。

在本发明的实施方式中，一种方法包括以下步骤：产生正脉冲电压和负脉冲电压，将正脉冲电压转换为正脉冲电压波形并将负脉冲电压转换为负脉冲电压波形，将正脉冲电压波形和负脉冲电压波形合并成脉冲电压波形，以及在电池的端子上施加脉冲电压波形。

在本发明的另一个实施方式中，所述方法还包括将正脉冲电压波形和负脉冲电压波形放大的步骤，或在本发明的另一个实施方式中，将包括合并的正脉冲电压波形和负脉冲电压波形的脉冲电压波形放大的步骤。

在本发明的某些实施方式中，所述方法的产生步骤包括以下步骤：生成脉冲电压，以及交替地将脉冲电压处理成直通脉冲电压和反向脉冲电压，其中，直通脉冲电压是正脉冲电压及负脉冲电压中的任何一个，反向脉冲电压是正脉冲电压及负脉冲电压中的另一个。

在本发明的某些实施方式中，所述方法的转换步骤包括以下步骤：将正脉冲电压和负脉冲电压分别整形为正脉冲电压形状和负脉冲电压形状，以及将正脉冲电压形状的分布和负脉冲电压形状的分布分别定时到正脉冲电压波形和负脉冲电压波形中。

在结合附图考虑以下描述之后，其他方面和实施方式将变得显而易见。尽管通过所附权利要求指出本发明具有特殊性。

附图说明

在概括地对本发明进行描述之后，现在参照附图，附图并不一定按比例绘制，其中：

图1为将施加在根据本发明的电池的端子上的示例性过电压脉冲周期与电化学电池中离子浓度的比进行比较的示图；

图2为示出了本发明的双极性过电压电池脉冲装置的实施方式的框图；

图3A示出了表示本发明的双极性过电压电池脉冲装置的微控制器的实施方式的电路图；

图3B示出了表示本发明的双极性过电压电池脉冲装置的电压驱动器的实施方式的电路图；

图3C示出了表示本发明的双极性过电压电池脉冲装置的电压放大器及脉冲电压分配器的实施方式的电路图；

图3D示出了表示包括微控制器、电压驱动器及电压放大器的本发明的双极性过电压电池脉冲装置的实施方式的电路图；

图4为示出了与电池集成的本发明的双极性过电压电池脉冲装置的实施方式的透视图；

图5为示出了具有与相应数量的电池集成的多个双极性过电压电池脉冲装置的本发明的实施方式的框图；

图6为示出了根据本发明实施方式的已经处理的电池放电时间相对于未经过此处理的电池的放电时间的曲线图；

图7为根据放电次数相对于已经本发明实施方式处理的电池的充电/放电循环数与放电次数相对于未经过此处理的充电/放电循环数的比较的曲线图。

具体实施方式

下文将参照附图对本发明进行更完整的描述，其中示出了本发明的一部分实施方式，而不是全部实施方式。可以对本发明的优选实施方式进行描述，然而，本发明可实施为多种不同形式且不应解释为受限于本文中陈述的实施方式。相反，这些实施方式的提供使得公开内容是全面且完整的，并向本领域的技术人员完整传达了本发明的范围。本发明的实施方式不以任何方式解释为限制本发明。全文中，类似的编号表示类似的元件。

如说明书及所附权利要求中所使用的，单数形式“一个（a）”、“一个（an）”及“所述（the）”包括复数指示对象，除非上下文另有明确指示。例如，引用“一个电池”包括多个这样的电池。

应理解，相关术语，比如“前述的”或“在…之后跟随（followed）”等在本文中可用来描述图中所示的一个元件与另一个元件的关系。应理解的是，除图中所示的元件定向之外，相关术语还旨在涵盖元件的不同定向。应理解的是，这样的术语可用于描述本发明的元件或多个元件的相对位置，除非上下文另有明确指示，否则目的不在于限制。

本文参照各个方面对本发明的实施方式进行了描述，包括透视图，其是本发明理想化实施方式的示图。本发明所属领域的技术人员应该理解，在实践本发明时，期望对图中所示的形状进行变形或修改。这样的变形和/或修改可以是制造技术、设计考虑等的结果，且这样的变形在本文中旨在包括在本发明的范围内并在接下来的权利要求中进一步陈述。本发明的制品及其图中所示的各个组件意不在示出制品的组件的精确形状且意不在限制本发明的范围。

尽管本文采用了特定术语，但这些特定术语仅用于通用、描述性的意义，目的不在于限制。除非术语另外定义，否则本文使用的所有术语，包括技术和科学术语，均具有和本发明所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。应进一步理解的是，术语，比如常用词典中所使用的术语，应被解释为具有本发明所属领域的技术人员通常理解的含义。应进一步理解的是，术语，比如常用词典中所使用的术语，应被解释为具有与相关技术及发明的上下文中的含义一致的含义。这样的常用术语不在理想化或过于正式的意义上进行解释，除非本文的公开内容另外明确地如此定义。

本文描述的发明涉及一种双极性过电压电池脉冲装置。该双极性过电压电池脉冲装置通常由产生正脉冲电压和负脉冲电压的脉冲发生器，将正脉冲电压和负脉冲电压转换为正脉冲电压波形和负脉冲电压波形的脉冲电压驱动器，将正脉冲电压波形和负脉冲电压波形合并成施加在电池的端子上的脉冲电压波形的脉冲电压分配器，以及可选地，可以将正脉冲电压波形和负脉冲电压波形或脉冲电压波形放大的放大器组成。

在本发明的一个实施方式中，脉冲发生器可以被配置在微控制器中。在本发明的另一个实施方式中，脉冲发生器包括正脉冲发生器和负脉冲发生器。在本发明的其他实施方式中，脉冲发生器可包括交变反向开关，该交变反向开关交替地将脉冲电压处理成正脉冲电压和负脉冲电压。目的不在于限制，本发明设备对于增加电池的循环寿命并提高电池保持容量的能力尤其有用。

如果在电池的电极上施加电压脉冲，将经历电化学溶液与电极之间的电位变化。在所有化学体系中，例如，铅酸蓄电池（目的不在于限制），存在变为平衡状态的倾向。

例如，如果通过对电极的电位施加改变来干扰现有平衡，那么电化学溶液的离子浓度与电极表面层的离子浓度的比将会改变直至达到新的平衡条件。将弛豫时间定义为体系达到新的平衡条件所需的时间量。表征离子浓度与时间的比的变化的弛豫时间常数由单位介电常数除以单位电导率定义，单位介电常数和单位电导率都是电解质溶液的特性。

在电化学体系上施加的正电压脉冲，脉冲型A，由脉冲的上升时间限定，指的是电压脉冲的起始缘从脉冲开始上升的时间过渡到达到脉冲最大峰值的时间所需的时间量。

如果脉冲型A的上升时间短于电化学体系的弛豫时间，那么向电化学体系施加过电压条件，然后离子浓度比在弛豫时间期间基于新近施加的电位差根据方程（1）的波尔兹曼分布定律变为一个新值。在电化学体系中导致过电压的正电压脉冲将导致电化学溶液的离子浓度与电极表面层的离子浓度的比增加直至去除这个正电压脉冲，这将允许电化学体系返回或回到其原来的平衡状态。

相反，还可以利用极性与正电压脉冲脉冲型A的极性相反的负电压脉冲或脉冲型B施加过电压条件。在施加脉冲型B的时间内，离子浓度的比会降低，但在终止脉冲型B之后，离子浓度的比将会根据方程（1）回到满足波尔兹曼分布的值。负电压脉冲的上升时间指的是电压脉冲的后沿从脉冲的后沿开始改变的时间过渡到不再施加脉冲的时间而所需的时间量。如果负电压脉冲后沿的上升时间短于体系的弛豫时间，则对电化学体系施加过电压条件。

已发现的是，如果对电化学体系一个接着一个地施加高频率下的类似正电压脉冲或脉冲型A，那么由于电化学溶液的离子浓度与表面层的离子浓度的比的无效性，从第二脉冲获得更少过电压，以恢复至平衡状态。还发现，通过在两个正电压脉冲，脉冲型A之间包括负电压脉冲，脉冲型B（这些脉冲都交替地施加在电池的电极上）可以避免“记忆效应”。

并无意受理论束缚，脉冲型B的应用用来“重置”由脉冲型A导致的效应，反之亦然，防止“记忆效应”实现。还发现，通过脉冲终止之后的“等待时间”或弛豫时间，可以增加脉冲型A和脉冲型B的频率，只不过缺少脉冲重叠，通过延长电化学体系处于非平衡状态的时间同样具有良好影响。

正电压脉冲的前沿和负电压脉冲的后沿的较快的上升时间将会增加施加给电池的过电压的程度。施加给电池的过电压同样允许较高的频率脉冲，从而导致电化学体系经历非平衡状态的时间甚至更长。

在平衡条件下，什么都没发生，即，对电化学体系的变化不产生净效应。可以对电化学体系进行变化以通过在电极与电极周围的离子“云”之间施加过电压脉冲来中断平衡。这导致过电压期间具有作用于离子云的增加的电场力，在数量增加、能量增加时，离子云会吸引到电极上。同时，扩散力，或产生的吸引离子远离电极的力比电场力弱。

通过更高的速度和能量，附着有具有相反极性的离子的离子会丢失这些附着离子，从而导致它们自身的速度和能量增加。高能离子，例如，来自分裂的水分子的正的氢离子H₂ ⁺可以穿透在负电极处形成的任何晶体结构。在非限制性实例中，在铅酸蓄电池中，正的氢离子可以穿透形成在负电极处的任何硫酸铅PbSO₄晶体层，并通过形成硫酸H₂SO₄来溶解晶体层，从而在将纯铅留在电极处的同时补充电化学溶液。

在另一个非限制性实例中，来自分裂的水分子的负氧离子有助于在正电极上复原二氧化铅PbO₂晶体。并无意受理论限制，构建大的现有晶体（甚至更大的晶体）需要更少的能量；因此，更均匀，具有更多二氧化铅的晶体将在正电极处出现。因此，在本发明所施加的情况下，新晶体的“出生率”相对于施加的过电压的值成比例地增加更多。

图1为将在电池的端子上施加的过电压脉冲周期与离子浓度在电化学电池中的比进行比较的示图。实线10表示电池的电压，曲线12表示离子浓度的比，并在电化学电池上施加过电压状态14、16、18。正电压脉冲和负电压脉冲的上升时间用T_r表示，同时弛豫时间常数用T_c表示。

在铅酸蓄电池中，例如，硫酸铅晶体在负电极上的生长及正电极上二氧化铅晶体数量的减少可能会导致电池的整个寿命缩短。同样，还发现，记忆效应的降低增加了过电压的机会，且过电压脉冲的振幅的应用还会导致电池的整个寿命增加。通过重复地在电池的电极上施加正电压脉冲（对电池施加过电压条件），之后通过在电池的电极上施加负电压脉冲（施加类似的过电压条件以抵消先前过电压条件的效果），使电池所经受的记忆效应降低并实现电池循环寿命及电池保持容量的能力增加。在本发明的某些实施方式中，电池的寿命可以增加1.7-2.2倍，如图7中的增加的循环寿命所示。例如，在本发明的一个实施方式中，本发明的方法，比如通过本发明的双极性过电压电池脉冲装置实现的方法，使电池的循环寿命与未应用本发明的类似电池相比增加约10%。在另一个实施方式中，本发明的双极性过电压电池脉冲装置使电池的寿命增加约50%。在另一个实施方式中，本发明的双极性过电压电池脉冲装置使电池的寿命增加约70%。在另一个实施方式中，本发明的双极性过电压电池脉冲装置使电池的寿命增加约120%。在另一个实施方式中，本发明的双极性过电压电池脉冲装置使电池的寿命增加约200%。在另一个实施方式中，本发明的双极性过电压电池脉冲装置使电池的寿命增加约250%。

在本发明的其他实施方式中，本发明的方法，比如通过本发明的双极性过电压电池脉冲装置实现的方法，将电池的容量保持为至少比未应用本发明的类似电池的保持容量大10%左右。在另一个实施方式中，本发明的双极性过电压电池脉冲装置将电池的容量保持为至少比未应用本发明的类似电池的保持容量大50%左右。在另一个实施方式中，本发明的双极性过电压电池脉冲装置将电池的容量保持为至少比未应用本发明的类似电池的保持容量大100%左右。在另一个实施方式中，本发明的双极性过电压电池脉冲装置将电池的容量保持为至少比未应用本发明的类似电池的保持容量大150%左右。

在本发明的某些实施方式中，增加电池的循环寿命和/或允许电池保持容量的脉冲周期可以由本文已知的作为双极性过电压电池脉冲装置的设备或装置调用。图2为示出了双极性过电压电池脉冲装置1的实施方式的框图。在本发明的示意性实施方式中，双极性过电压电池脉冲装置1包括产生正脉冲电压和负脉冲电压的脉冲发生器20。在图2表示的示例性实施方式中，脉冲发生器20配置在微控制器22中，微控制器还包括模数（AD）转换器24、电压监控器26及开/关控制逻辑28。可选地，状态LED30可指示微控制器22和/或脉冲发生器20的状态。

图3A示出了表示具有实现脉冲发生器20的微控制器22的双极性过电压电池脉冲装置1的实施方式的电路图。微控制器22在该示例性实施方式中是一个基于RISC架构的8位微控制器。微控制器22可包括支持配置并实现脉冲发生器20的能力所需的任何数量的部件，包括但不限于CPU、工作寄存器、可包括但没必要限于闪存程序存储器、EEPROM和/或输入/输出缓冲器的非易失性内存段、定时/计数器、振荡器、ADC通道、串行接口、ADC转换及中断。至微控制器22的数字电源电压VCC由5伏电源100及电源感应器（supply inductor）102提供。至模拟转换器ADCC的模数转换器24电源电压由5伏电源104及次级次感应器106提供，该5伏电源104可以是与5伏电源100相同的电源或不同的5伏电源。在端口C PC6处提供复位输入108。在微控制器22的PB1处输出正脉冲电压110，在微控制器22的PB2处输出负脉冲电压112。

在本发明的另一个实施方式中，脉冲发生器20可以通过电路配置产生正脉冲电压和负脉冲电压。本领域已知的产生脉冲电压的电子电路装置可以用于生成正脉冲电压和负脉冲电压。

在本发明的又一个实施方式中，脉冲发生器生成脉冲电压，交变反向开关（alternating inverter switch）交替地将脉冲电压处理成直通脉冲电压（pass-through pulsed voltage）及反向脉冲电压。直通脉冲电压是正脉冲电压和负脉冲电压中的任何一个，反向脉冲电压是正脉冲电压和负脉冲电压中的另一个。

同样如图2中所示，正脉冲电压驱动器32将正脉冲电压转换为正脉冲电压波形34。类似地，负脉冲电压驱动器36将负脉冲电压转换为负脉冲电压波形38。正脉冲电压波形34和负脉冲电压波形38通常分别由脉冲周期频率、脉冲宽度、脉冲振幅、正脉冲开始缘（starting edge）的上升时间及负脉冲后沿的上升时间来限定。

在本发明的某些实施方式中，正脉冲电压驱动器32和负脉冲电压驱动器36都分别为正脉冲电压波形34和负脉冲电压波形38整形并提供所需的定时。在本发明的实施方式中，正脉冲电压驱动器32和负脉冲电压驱动器36中的任何一者或两者包括脉冲整形器和定时发生器（未示出）。脉冲整形器和定时发生器被配置为将脉冲电压转换为脉冲电压波形。

图3B示出了表示双极性过电压电池脉冲装置1的脉冲电压驱动器120的实施方式的电路图，其中，正脉冲电压驱动器32和负脉冲电压驱动器36在包含在电路122中。分别将正电压脉冲110和负电压脉冲112输入至集成电路122的高驱动器逻辑输入HIN和低驱动器逻辑输入LIN。集成电路122由其电流受电阻器126限制的12伏电源124供电。包括二极管128和自举电容器130的自举电路用于提供集成电路122的高压部分。浮置电压基准132由集成电路122在输出引线OUT处提供。正脉冲电压波形134和负脉冲电压波形136分别在高端驱动器输出HVG和低端驱动器输出LVG处从集成电路122输出。高端驱动器输出和低端驱动器输出的上升时间可以由负载电容控制。

根据本发明的其他实施方式，正脉冲电压驱动器和负脉冲电压驱动器可以在分开的配置中实现，比如通过分开的集成电路实施。

进一步如图2所示，可以利用由电源44供电的正电压放大器40和负电压放大器42将正脉冲电压波形和负脉冲电压波形放大。例如，电源的电压必须足以使正脉冲电压波形和反向负脉冲电压波形的振幅电压超过电池的电压。

经由脉冲电压分配器50或脉冲电压分配器电路将其信号被放大的正脉冲电压波形46和负脉冲电压波形48合并成脉冲电压波形52。脉冲电压分配器50在电池54的端子上施加表示正脉冲电压波形46和负脉冲电压波形48的组合的脉冲电压波形52。

图3C示出了表示双极性过电压电池脉冲装置的正电压放大器40、负电压放大器42及脉冲电压分配器50（表示示例性双极性过电压电池脉冲装置的输出级140）的实施方式的电路图。

在本发明的另一个实施方式中，不将正脉冲电压波形和负脉冲电压波形放大，脉冲电压波形52可以被自身放大（未示出）。在本发明的又一个实施方式中，正脉冲电压驱动器32和负脉冲电压驱动器36被配置为对正脉冲电压波形和负脉冲电压波形进行必要的电压放大，从而另外的放大是没有必要的。

图3D示出了表示包括向脉冲电压驱动器120提供正脉冲电压和负脉冲电压的微控制器22的本发明的双极性过电压电池脉冲装置的实施方式的电路图。脉冲电压驱动器120然后向双极性过电压电池脉冲装置的输出级140提供正脉冲电压波形和负脉冲电压波形。在电池的端子上施加来自输出级140的放大合成的脉冲电压波形。

根据图1，在电池的端子上施加的正电压脉冲和负电压脉冲的上升时间用T_r表示。弛豫时间常数限定了离子浓度的比回到平衡状态所需的时间，用T_c表示。正电压脉冲波形和负电压脉冲波形的脉冲宽度用T_w表示。正脉冲的起始缘与负脉冲的起始缘之间的时间被定义为T_a-b。周期，脉冲周期频率的倒数用T_a-a表示。正脉冲电压驱动器32和负脉冲电压驱动器36被配置为产生正脉冲电压波形34和负脉冲电压波形38，其中，正脉冲起始缘的上升时间和负脉冲后沿的上升时间短于电化学电池的弛豫时间常数。在本发明的某些实施方式中，正电压脉冲起始缘的上升时间和负电压脉冲后沿的上升时间被配置为至多为弛豫时间常数的3/4。在本发明的另一个实施方式中，正电压脉冲起始缘的上升时间和负电压脉冲后沿的上升时间被配置为至多为弛豫时间常数的1/2。在本发明的另一个实施方式中，正电压脉冲起始缘的上升时间和负电压脉冲后沿的上升时间被配置为至多为弛豫时间常数的1/3。在本发明的某些实施方式中，正电压脉冲起始缘的上升时间和负电压脉冲后沿的上升时间被配置为至多为弛豫时间常数的1/4。在本发明的某些实施方式中，正电压脉冲起始缘的上升时间和负电压脉冲后沿的上升时间被配置为至多为弛豫时间常数的1/8。在本发明的某些实施方式中，正电压脉冲起始缘的上升时间和负电压脉冲后沿的上升时间被配置为至多为弛豫时间常数的1/10。在本发明的其他实施方式中，正电压脉冲起始缘的上升时间和负电压脉冲后沿的上升时间不同，但都被配置为小于弛豫时间常数。

在本发明的其他实施方式中，正电压脉冲起始缘的上升时间和负电压脉冲后沿的上升时间短于电化学电池的弛豫时间。在本发明的某些实施方式中，正电压脉冲起始缘的上升时间和负电压脉冲后沿的上升时间被配置为至多为弛豫时间的1/2。在本发明的另一个实施方式中，正电压脉冲起始缘的上升时间和负电压脉冲后沿的上升时间被配置为至多为弛豫时间的1/3。在本发明的另一个实施方式中，正电压脉冲起始缘的上升时间和负电压脉冲后沿的上升时间被配置为至多为弛豫时间的1/4。在本发明的某些其他实施方式中，正电压脉冲起始缘的上升时间和负电压脉冲后沿的上升时间被配置为至多为弛豫时间的1/8。在本发明的其他实施方式中，正电压脉冲起始缘的上升时间和负电压脉冲后沿的上升时间被配置为至多为弛豫时间的1/10。在本发明的其他实施方式中，正电压脉冲起始缘的上升时间和负电压脉冲后沿的上升时间不同，但都被配置为小于弛豫时间。

在本发明的实施方式中，脉冲周期频率被最大化且不应太高而允许正脉冲电压波形和负脉冲电压波形的脉冲重叠。在本发明的某些实施方式中，脉冲周期频率的范围为约30kHz至约100kHz，周期为约10微秒至约35微秒。

在本发明的一个实施方式中，脉冲持续时间（pulse duration）超过弛豫时间。根据本发明的实施方式，脉冲持续时间至少是弛豫时间的5倍。

在本发明的另一个实施方式中，脉冲持续时间至少是弛豫时间的10倍。

在本发明的又一个实施方式中，脉冲持续时间至少是弛豫时间的20倍。

在本发明的又一个实施方式中，脉冲持续时间至少是弛豫时间的30倍。

在本发明的另一个实施方式中，脉冲持续时间至少是弛豫时间的40倍。

在本发明的另一个实施方式中，脉冲持续时间至少是弛豫时间的50倍。

在本发明的另一个实施方式中，脉冲持续时间至少是弛豫时间的100倍。

正脉冲起始缘与负脉冲起始缘之间的为一个周期的分数。在本发明的一个实施方式中，选择正脉冲起始缘与负脉冲起始缘之间的时间量，使得正脉冲电压波形与负脉冲电压波形的脉冲之间不重叠。根据本发明的实施方式，正脉冲起始缘与负脉冲起始缘之间的时间至少是周期的1/4。在本发明的另一个实施方式中，正脉冲起始缘与负脉冲起始缘之间的时间至少是周期的1/3。在本发明的又一个实施方式中，正脉冲起始缘与负脉冲起始缘之间的时间至少是周期的1/2。在本发明的再一个实施方式中，正脉冲起始缘与负脉冲起始缘之间的时间至少是周期的3/4。

为了实现过电压，正电压脉冲波形和负电压脉冲波形的脉冲的脉冲振幅应超过电池的电压。在本发明的一个实施方式中，正电压脉冲波形和负电压脉冲波形的脉冲的脉冲振幅至少比电池的电压大10%左右。在本发明的另一个实施方式中，正电压脉冲波形和负电压脉冲波形的脉冲的脉冲振幅至少大20%左右。在本发明的另一个实施方式中，正电压脉冲波形和负电压脉冲波形的脉冲的脉冲振幅至少大50%左右。在本发明的另一个实施方式中，正电压脉冲波形和负电压脉冲波形的脉冲的脉冲振幅至少大100%左右。在本发明的另一个实施方式中，正电压脉冲波形和负电压脉冲波形的脉冲的脉冲振幅至少大150%左右。在本发明的另一个实施方式中，正电压脉冲波形和负电压脉冲波形的脉冲的脉冲振幅至少大200%左右。

在本发明的某些实施方式中，正电压脉冲波形和负电压脉冲波形的脉冲的脉冲振幅在比电池的电压大75%至125%左右的范围内。在本发明的另一个实施方式中，正电压脉冲波形和负电压脉冲波形的脉冲的脉冲振幅在比电池的电压大80%至120%左右的范围内。在本发明的另一个实施方式中，正电压脉冲波形和负电压脉冲波形的脉冲的脉冲振幅在比电池的电压大90%至110%左右的范围内。在本发明的其他实施方式中，正电压脉冲波形和负电压脉冲波形的脉冲的脉冲振幅大约是电池电压的两倍。

在本发明的某些实施方式中，正电压脉冲波形和负电压脉冲波形的脉冲的脉冲振幅不相同。在本发明的其他实施方式中，对正电压脉冲波形和负电压脉冲波形的脉冲持续时间和脉冲振幅进行调整，从而允许向电池施加最大可能限度的过电压和/或允许电池的循环寿命最大限度地增加。

在本发明的实施方式中，测量设备提供电池的电压并向控制器提供测量反馈以获得期望的过电压量或期望范围的过电压，所述控制器被配置为重置由双极性过电压电池脉冲装置提供的正电压脉冲波形和负电压脉冲波形的脉冲的脉冲振幅。

在本发明的某些实施方式中，双极性过电压电池脉冲装置还可包括控制器和对电池的电压进行测量的测量设备。电池电压的测量值可以由控制器用来识别并确定电池的状态。例如，当电池的电压低于某个值时，控制器可以逻辑地被配置为识别电池处于充电状态。如果电池的电压超过某个值，控制器逻辑地被配置为识别电池处于充满状态。其他状态识别不但可以基于电池的电压进行配置，而且还可以基于电池电压的方向和/或变化率进行配置。还可以将其他测量至结合至状态确定中，比如，电池的温度。控制器可以被配置为基于电池的状态（由控制器基于电池的电压和/或其他测量值而识别）激活或停用双极性过电压电池脉冲装置。

双极性过电压电池脉冲装置可以是不直接与特定电池集成的独立设备。在本发明的其他实施方式中，双极性过电压电池脉冲装置可以集成在电池中。图4为示出了与电池集成的双极性过电压电池脉冲装置的本发明实施方式的透视图。本发明的示例性实施方式示出了被设计成适用于在铅酸蓄电池200的结构的双极性过电压电池脉冲装置1。双极性过电压电池脉冲装置1例如利用塑料合金等挡板与铅酸蓄电池200隔离。在该示例性实施方式中，双极性过电压电池脉冲装置与正电池端202和负电池端204内部连接。

尽管该示例性实施方式示出了与铅酸蓄电池200集成的双极性过电压电池脉冲装置1，但双极性过电压电池脉冲装置的使用不局限于这种类型的电池。而是，双极性过电压电池脉冲装置还可以与其他类型的可充电电池一起使用和/或集成。在本发明的实施方式中，本发明的方法及设备可以对铅酸蓄电池进行处理。

本发明的设备及方法所依据的现象可用于处理除铅酸蓄电池之外的其他类型的电池，其中，这些电池的特征在于使得它们可以提高能够保持的电池容量程度并通过应用本发明的设备及方法提高电池的整个寿命。当然，与用于这些其他类型的电池的本发明的设备及方法相关联的脉冲规格及其他参数可以适用于特定于其他类型的电池的材料的性质。因此，在本发明的另一个实施方式中，本发明的方法及设备可以对其他类型的电池（即，非铅酸蓄电池）进行处理。可以使用本发明的方法及设备的非铅酸蓄电池的非限制性实例包括锂离子电池、锂高分子电池、硫酸锂电池、钛酸锂电池、磷酸铁锂电池、薄膜可充电锂电池、镍金属氢化物电池、镍镉电池、镍锌电池、镍铁电池、镍氢电池、可充电碱性电池、氧化银电池、硫化钠电池（sodium sulfur battery）、钒氧化还原液流电池（vanadium redoxbattery）及现在已知的或稍后发明的本发明适用的任何其他类型的可充电电池。

图5为本发明的实施方式，如通过框图所示，示出了多个双极性过电压电池脉冲装置如何可以与单个电源或电池组中相应数量的电池集成。电池组310中的每个电池320、322、324、326具有相应的双极性过电压电池脉冲装置310、312、314、316。用充电器330给电池组310中的电池320、322、324、326充电。双极性过电压电池脉冲装置310、312、314、316配备有控制器340。控制器340通过激活，然后停用每个双极性过电压电池脉冲装置310、312、314、316在电池320、322、324、326的工作周期内循环，以通过使一个以上的双极性过电压电池脉冲装置310、312、314、316在任何时候工作来确保不出现高的端电压。

本发明的另一方面包括增加电池的循环寿命和/或允许电池保持容量的方法。本发明的实施方式包括一种利用本发明的双极性过电压电池脉冲装置处理电池的方法。

本发明的另一个实施方式提供了一种处理电池组的多个电池的方法，每个电池具有本发明的双极性过电压电池脉冲装置，所述方法包括对双极性过电压电池脉冲装置进行控制，使得双极性过电压电池脉冲装置中的至多一个在任何时候施加过电压。

本发明的实施方式涉及一种方法，其包括提供正脉冲电压波形及负脉冲电压波形，以及在电池的端子上交替地施加正脉冲电压波形及负脉冲电压波形。按照该实施方式，该方法还包括，在所述电池的端子上施加波形之前，将正脉冲电压波形和负脉冲电压波形合并成脉冲电压波形。在本发明的某些实施方式中，正脉冲电压波形具有单个正脉冲电压，负脉冲电压波形具有单个负脉冲电压。

在本发明的另一个实施方式中，该方法还包括将正脉冲电压波形和负脉冲电压波形放大。在本发明的又一个实施方式中，除了将正脉冲电压波形和负脉冲电压波形放大之外或作为另一种选择，该方法还包括将脉冲电压波形放大。

在本发明的另一个实施方式中，该方法还包括产生脉冲电压。进一步按照本发明的实施方式，脉冲电压可包括正脉冲电压和负脉冲电压中的任何一个或组合。

在本发明的另一个实施方式中，产生脉冲电压包括生成脉冲电压以及交替地将脉冲电压处理成直通脉冲电压和反向脉冲电压，其中，直通脉冲电压是正脉冲电压及负脉冲电压中的任何一个，反向脉冲电压是正脉冲电压和负脉冲电压中的另一个。

在本发明的另一个实施方式中，产生脉冲电压包括将正脉冲电压和负脉冲电压分别整形为正脉冲电压形状和负脉冲电压形状以及将正脉冲电压形状的分布和负脉冲电压形状的分布分别定时至正脉冲电压波形和负脉冲电压波形。

图6提供了示出了根据本发明的方法和/或设备的已经处理的铅酸蓄电池放电时间400与未经过此处理的铅酸蓄电池的放电时间410的曲线图。该曲线图示出，通过使用本发明的方法和/或设备，铅酸蓄电池放电的时间量延长了150%以上，这有效地使电池的容量增加。

图7提供了放电次数相对于已经根据本发明实施方式处理的电池的充电/放电循环数与放电次数相对于未经过此处理的充电/放电循环数的比较的曲线图。该曲线图表明根据本发明的方法和/或设备进行处理的铅酸蓄电池与未经过此处理的铅酸蓄电池相比其整个寿命延长了约1.7和约2.2之间的一个因子。

尽管这些测试表明本发明的设备及方法对于增加铅酸蓄电池的循环寿命并提高铅酸蓄电池的容量保持能力很有效，但围绕本发明的基本原理的理论同样可适用于其他非铅酸蓄电池，本文提供了非铅酸蓄电池的非限制性实例。

在本文中所陈述的本发明的多种修改及其他实施方式为本发明所属领域的技术人员所知，对在本文的描述以及相关的附图中提出的教导有益。本发明的技术人员要理解的是，在不背离本发明的主旨的情况下，可以对本文所述的实施方式进行改变。因此，应理解的是，本发明不限于所公开的特定实施方式，而意在涵盖由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的各种修改。

Claims (24)

1.一种双极性过电压电池脉冲装置，包括：

脉冲发生器，被配置为产生正脉冲电压和负脉冲电压；

正脉冲电压驱动器，被配置为将所述正脉冲电压转换为正脉冲电压波形；

负脉冲电压驱动器，被配置为将所述负脉冲电压转换为负脉冲电压波形；以及

脉冲电压分配器，被配置为将所述正脉冲电压波形和所述负脉冲电压波形合并成脉冲电压波形并在电池的端子上施加所述脉冲电压波形，

其中，所述脉冲电压波形包括具有前沿和正脉冲振幅的至少一个正电压脉冲，在所述正电压脉冲之后跟随具有后沿和负脉冲振幅的至少一个负电压脉冲，以及所述前沿的上升时间和所述后沿的上升时间都比所述电池的电解质溶液的弛豫时间短。

2.根据权利要求1所述的双极性过电压电池脉冲装置，还包括微控制器，其中，所述脉冲发生器配置在所述微控制器中。

3.根据权利要求1所述的双极性过电压电池脉冲装置，其中，所述脉冲发生器包括被配置为生成所述正脉冲电压的正脉冲发生器和被配置为生成所述负脉冲电压的负脉冲发生器。

4.根据权利要求1所述的双极性过电压电池脉冲装置，其中，所述脉冲发生器包括交变反向开关，其中，所述交变反向开关交替地将脉冲电压处理成直通脉冲电压和反向脉冲电压，其中，所述直通脉冲电压是所述正脉冲电压和所述负脉冲电压中的任何一个，所述反向脉冲电压是所述正脉冲电压和所述负脉冲电压中的另一个。

5.根据权利要求1所述的双极性过电压电池脉冲装置，其中，所述正脉冲电压驱动器和所述负脉冲电压驱动器均包括：

脉冲整形器；以及

定时发生器，

其中，所述脉冲整形器和所述定时发生器被配置为将脉冲电压转换为脉冲电压波形。

6.根据权利要求1所述的双极性过电压电池脉冲装置，进一步包括：

正电压放大器，被配置为将所述正脉冲电压波形放大；以及

负电压放大器，被配置为将所述负脉冲电压波形放大。

7.根据权利要求1所述的双极性过电压电池脉冲装置，其中，所述前沿的上升时间和所述后沿的上升时间为所述弛豫时间的三分之一。

8.根据权利要求1所述的双极性过电压电池脉冲装置，其中，所述正脉冲振幅和所述负脉冲振幅都大于所述电池的电压。

9.根据权利要求8所述的双极性过电压电池脉冲装置，其中，所述正脉冲振幅和所述负脉冲振幅都为所述电池的电压的至少两倍。

10.根据权利要求9所述的双极性过电压电池脉冲装置，所述脉冲电压波形具有使得至少一个正电压脉冲的脉冲宽度及至少一个负电压脉冲的脉冲宽度不会重叠的脉冲周期频率。

11.根据权利要求1所述的双极性过电压电池脉冲装置，其中，所述至少一个正电压脉冲的脉冲宽度和所述至少一个负电压脉冲的脉冲宽度都超过所述弛豫时间。

12.根据权利要求1所述的双极性过电压电池脉冲装置，还包括：

控制器；以及

测量设备，被配置为测量所述电池的电压，

其中：

所述控制器被配置为利用所述电池的电压识别所述电池的状态；并且

所述控制器被配置为基于所述电池的状态激活所述双极性过电压电池脉冲装置。

13.根据权利要求1所述的双极性过电压电池脉冲装置，其中，所述电池是铅酸蓄电池和非铅酸蓄电池中的任何一种。

14.根据权利要求1所述的双极性过电压电池脉冲装置，进一步包括被配置为将所述脉冲电压波形放大的电压放大器。

15.根据权利要求14所述的双极性过电压电池脉冲装置，其中所述双极性过电压电池脉冲装置与所述电池集成。

16.一种处理电池组的多个电池的方法，每个电池具有双极性过电压电池脉冲装置，所述方法包括对所述双极性过电压电池脉冲装置进行控制，使得所述双极性过电压电池脉冲装置中的至多一个在任何时候施加过电压，其中，所述双极性过电压电池脉冲装置包括：

脉冲发生器，被配置为产生正脉冲电压和负脉冲电压；

正脉冲电压驱动器，被配置为将所述正脉冲电压转换为正脉冲电压波形；

负脉冲电压驱动器，被配置为将所述负脉冲电压转换为负脉冲电压波形；

脉冲电压分配器，被配置为将所述正脉冲电压波形和所述负脉冲电压波形合并成脉冲电压波形并在电池的端子上施加所述脉冲电压波形；

正电压放大器，被配置为将所述正脉冲电压波形放大；以及

负电压放大器，被配置为将所述负脉冲电压波形放大，

其中，所述正脉冲电压波形包括前沿和正脉冲振幅，所述负脉冲电压波形具有后沿和负脉冲振幅，以及所述前沿的上升时间和所述后沿的上升时间都比所述电池的电解质溶液的弛豫时间短。

17.一种处理电池的方法，包括：

提供具有单个正脉冲的正脉冲电压波形和具有单个负脉冲的负脉冲电压波形；以及

在电池的端子上交替地施加所述正脉冲电压波形和所述负脉冲电压波形，

其中，所述正脉冲电压波形包括前沿，而所述负脉冲电压波形具有后沿和负脉冲振幅，以及所述前沿的上升时间和所述后沿的上升时间都比所述电池的电解质溶液的弛豫时间短。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括，在所述电池的端子上施加之前，将所述正脉冲电压波形和所述负脉冲电压波形合并成脉冲电压波形。

19.根据权利要求17所述的方法，其中，在铅酸蓄电池和非铅酸蓄电池中的任何一种的端子上交替地施加所述正脉冲电压波形和所述负脉冲电压波形。

20.一种处理电池的方法，包括：

产生正脉冲电压和负脉冲电压；

将所述正脉冲电压转换为正脉冲电压波形并将所述负脉冲电压转换为负脉冲电压波形；

将所述正脉冲电压波形和所述负脉冲电压波形合并成脉冲电压波形；以及

在电池的端子上施加所述脉冲电压波形，

其中，所述脉冲电压波形包括具有前沿和正脉冲振幅的至少一个正电压脉冲，在所述正电压脉冲之后跟随具有后沿和负脉冲振幅的至少一个负电压脉冲，以及所述前沿的上升时间和所述后沿的上升时间都比所述电池的电解质溶液的弛豫时间短。

21.根据权利要求20所述的方法，还包括将所述正脉冲电压波形、所述负脉冲电压波形及所述脉冲电压波形中的至少一个放大。

22.根据权利要求20所述的方法，其中，产生正脉冲电压和负脉冲电压包括：

生成脉冲电压；以及

交替地将所述脉冲电压处理成直通脉冲电压和反向脉冲电压，其中，所述直通脉冲电压是所述正脉冲电压和所述负脉冲电压中的任何一个，而所述反向脉冲电压是所述正脉冲电压和所述负脉冲电压中的另一个。

23.根据权利要求20所述的方法，其中，将所述正脉冲电压转换为正脉冲电压波形并将所述负脉冲电压转换为负脉冲电压波形包括：

将所述正脉冲电压和所述负脉冲电压分别整形为正脉冲电压形状和负脉冲电压形状；以及

将所述正脉冲电压形状的分布和所述负脉冲电压形状的分布分别定时至正脉冲电压波形和负脉冲电压波形中。

24.根据权利要求20所述的方法，其中，在铅酸蓄电池和非铅酸蓄电池中的任何一种的端子上施加所述脉冲电压波形。