CN105098269A - 一种铅酸蓄电池修复与保养式充电的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铅酸蓄电池修复与保养式充电的方法，步骤包括：恒流、暂停、放电、暂停、扫频脉冲、暂停、放电、暂停的连续重复恒流限压输出过程；静置稳定的过程；恒压限流的补足充电过程。本发明的方法，在电池修复与充电过程中能不断有效地击破和溶化修复前电池极板上现有的硫化铅结晶和消除充电或修复过程中所产生的欧姆极化、浓差极化和电化学极化三种极化现象，并且能抑制新硫化铅结晶在电池极板上的产生，有效防止了修复与充电中铅酸蓄电池高温的产生，减少了修复或充电的时间，延长了铅酸电池的使用寿命。达到铅酸蓄电池最大的修复效率和获得铅酸蓄电池最大的电容量。

Description

一种铅酸蓄电池修复与保养式充电的方法

技术领域

本发明涉及铅酸蓄电池技术，尤其是铅酸蓄电池的修复与保养式充电的方法，采取恒流与扫频脉冲并列输出的方法作为一个工作周期，并连续重复地对铅酸蓄电池进行输出的工作过程。

背景技术

铅酸电池是目前为止世界上使用最为广泛的一种化学电源，它具有良好的可塑性，电压特性平稳，容量大，使用寿命长，适用范围广，无污染，原材料来源丰富，制造成本低，可再生使用，以及造价低廉等绿色能源的优点。因而市场上对铅酸蓄电池需求和应用极为广泛，大量的销售额也带来了铅酸蓄电池要修复与保养的量。现有对铅酸蓄电池修复通常采用恒流充电法、阶段充电法(恒流—恒压或恒流—恒压—恒流)、脉冲充电法。脉冲充电法有：半周波或半方波法、变电压间隙充电法、变电流间隙充电法、变电压变电流波浪式间隙正负零脉冲充电法，以及瑞典的低频修复法等等。但在现有的铅酸电池修复与充电的方法中，尤其是对200AH以上，至数千安时的大容量电池修复与充电，往往对以下的问题还不能得到较好的解决：

一是对铅酸电池进行充电和修复过程中出现的三种极化现象：

1)欧姆极化——在对铅酸电池进行充电和修复过程中，正负离子向两极迁移，那就不可避免地会受到欧姆内阻的阻力，为克服欧姆内阻来推动离子迁移而施加的电流和电压，必然会产生热量并转化给环境，以造成蓄电池的高温；

2)浓度极化——在充电或修复过程中，生成物和反应物的扩散(均衡)速度远远比不上化学反应速度，造成电池极板中部和周边的电解液浓度分布不均匀；

3)电化学极化——电极上进行的电化学反应速度落后于电极上电子运动的速度而造成电化学极化，其严重阻碍了正常的充电电流。

二是电池极板上产生的硫化铅结晶体问题：铅酸电池在充放电的电化学反应过程中，在极板表面上同时会产生硫化铅结晶体，并继续不断地产生或增大，极大地阻碍了蓄电池的正常电化学反应。

三是铅酸电池充电的时间较长，且达不到电池实际意义上的额定容量饱和的目的，长期使用易缩短电池的寿命。

电池修复与保养充电存在的问题一直阻扰着铅酸电池的发展。

发明内容

本发明要解决现有技术上存在的问题，提供一种铅酸蓄电池的修复与保养式充电的方法，以提高电池的修复和保养式充电的质量，缩短电池修复的时间。

为解决上述技术问题，本发明的一种铅酸电池修复与保养式充电的方法，其包括如下步骤：

1-1)采取电池修复机恒流与扫频脉冲并列输出的方法作为一个工作周期，并连续重复地对铅酸蓄电池进行输出的工作过程；

1-2)电池静置稳定工作过程；

1-3)电池修复机对电池补足充电的工作过程，使铅酸蓄电池获得饱和的额定容量。

所述的步骤1-1)中，恒流与扫频脉冲并列输出的工作周期，连续重复地对铅酸蓄电池进行输出，此时为恒流限压输出，限压范围为铅酸蓄电池额定电压的1～1.8倍；其工作过程的步骤包括：

2-1)恒流输出：恒流输出是一个对铅酸蓄电池进行充电的过程，恒流电流为电池额定容量的0.01～0.3倍，电压为电池额定电压的1～1.8倍，电流持续输出时间长度范围为1min～1H；

2-2)暂停：恒流输出暂停，整个暂停时间长度范围为1ms～10min，在暂停时间段内的任一时间进行下一步骤2-3)；

2-3)电池瞬间放电：放电时间的总长度范围为0～10ms，放电脉冲次数为1次或多次或0次，放电脉冲宽度范围为1μs～5ms；当保养式充电时，允许将放电脉冲次数或放电脉冲宽度设置为0，无电池瞬间放电；放电后再继续前一步骤2-2)的暂停；

2-4)扫频脉冲输出：其含有一个或多个扫频脉冲单元，每个扫频脉冲单元以逐步升高或逐步降低的脉冲频率进行扫频脉冲输出，每个扫频脉冲单元的输出频率范围为1HZ～3000HZ，每个扫频脉冲单元的持续时间长度范围为0.1min～30min，其占空比范围为10％～90％，扫频脉冲的输出电流范围为电池额定容量的0.2～1.5倍，输出电压范围为电池额定电压的1～1.8倍，扫频脉冲段的持续时间长度范围为1min～1H；通过脉冲扫频，能及时消除铅酸电池在充电过程中发生的硫化铅结晶现象；

2-5)暂停：扫频脉冲暂停输出，整个暂停时间长度范围为1ms～10min，在暂停时间段内的任一时间进行下一步骤2-6)；

2-6)电池瞬间放电：放电时间的总长度范围为0～10ms，放电脉冲次数为1次或多次或0次，放电脉冲宽度范围为1μs～5ms；当保养式充电时，允许将放电脉冲次数或放电脉冲宽度设置为0，无电池瞬间放电；放电后再继续前一步骤2-5)的暂停；

2-7)连续重复2-1)～2-6)的步骤：直至铅酸蓄电池瞬间放电后所测得的2-5)暂停时间段的电池电压升高到电池额定电压的1～1.8倍参数值时，电池进入稳态工作状态，此时再继续保持重复输出2-1)～2-6)的工作步骤，持续时间长度范围为1min～1H；连续重复恒流、暂停、放电、暂停与扫频脉冲、暂停、放电、暂停，对电池进行恒流限压的并列重复的组合输出过程；其扫频脉冲能击破溶化和抑制硫化铅结晶；恒流与扫频脉冲输出后均采取“暂停、放电、暂停”的方式：能及时消除修复或充电过程中所产生的欧姆极化、浓差极化和电化学极化三种极化现象；不断地重复输出2-1)～2-6)的过程：能大幅度地缩短修复或充电的时间，并能防止修复与充电中铅酸蓄电池高温的产生。

所述的步骤1-2)中，电池静置稳定工作过程，修复机停止电流输出的工作过程，其静置的时间长度范围为1min～1H；静置稳定的工作过程用于消除电池内的欧姆极化、电化学极化和浓差极化的余留现象，使铅酸电池在复杂的电化学转化过程后能尽量获得平静和得到现时的真实参数。

所述的步骤1-3)中，修复机对电池补足充电的工作过程，使铅酸蓄电池获得饱和的额定容量，此时为恒压限流输出，充电电压为电池额定电压范围的1～1.8倍，补足充电对电池的输入电流会逐渐减少，当测得铅酸蓄电池的输入电流减少到设定数量值时，电池达到饱和，铅酸蓄电池的修复与保养式充电结束。

本发明采取恒流与扫频脉冲并列输出及暂停、瞬间放电的方法，与现有技术相比，其优点和有益效果是：

采用恒流与扫频脉冲并列输出的优化组合：能有效地缩短了电池充电或修复时间。

采用扫频脉冲：能有效地击破现有电池极板上留有的硫化铅结晶，并且能抑制新硫化铅结晶在电池极板上产生。

采用暂停：有利于浓差极化和欧姆极化的消除，防止产生高温现象对电池的伤害，保持充电或修复过程中50度以下的低温工作状态，延长了铅酸电池的使用寿命。

采用电池瞬间放电：有利于消除电化学极化，同时对浓差极化的消除起到了辅助消除的效果。

附图说明

图1是本发明铅酸蓄电池修复与保养式充电方法的输出示意图。

图中：坐标的横线为时间T，竖线为恒流电流I1、脉冲电流I2、电池补足充电电流I3、恒流电压U1、脉冲电压U2、恒压电压U3，1是第一工作阶段(即恒流与扫频脉冲并列输出阶段)，2是第二工作阶段(即静置稳定工作阶段)，3是第三工作阶段(即补足充电的工作阶段)，4是工作周期，5是恒流输出，6是扫频脉冲输出，7是暂停，8是电池瞬间放电，9是恒压曲线，10是电池电压U的上升曲线，11是电池补足充电电流I3的下降曲线，12是第一工作阶段电压采样截止点，13是第三工作阶段电流采样截止点，14是稳态工作阶段。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

实施例一：铅酸蓄电池的修复

如图1所示，本例用电池修复机对一组使用十年的48V、400AH五成新铅酸蓄电池进行修复，提供一种铅酸蓄电池修复的方法，包括如下步骤：

步骤一，采取电池修复机对铅酸蓄电池进行恒流、暂停、放电、暂停、扫频脉冲、暂停、放电、暂停并列重复并连续地输出为一个工作周期的工作过程；即图示的第一工作阶段1，为恒流限压的工作阶段；

步骤二，电池静置稳定过程；图的第二工作阶段2，为电池的稳定工作阶段；

步骤三，修复机对电池补足充电工作过程，直至使铅酸蓄电池获得饱和的额定容量，即图示的第三工作阶段3，为恒压限流的工作阶段。

所述的步骤一中，恒流与扫频脉冲对电池进行并列的输出，即图示的第一工作阶段1，其中包括重复并连续地输出的工作周期4、稳态工作阶段14，其具体包括如下步骤：

1)恒流输出5：采用恒流与扫频脉冲并列输出：能有效地缩短电池修复时间，恒流电流I1为电池额定容量的0.01～0.3倍，本例采用45～60A的电流输出，恒流电压U1是电池额定电压的1～1.8倍，本例采用58～65V，电流持续输出时间长度范围为1min～1H，本例采用1min～5min；在整个第一工作阶段里，恒流输出起到一个间断性充电的作用，使电池极板获得电能量；

2)暂停7：由于长时间的大电流充电在电池极板上会产生浓差极化和欧姆极化，欧姆极化会产生高温现象，影响电池的修复的效果，采用暂停的过程，暂停的间歇期能使蓄电池经化学反应所产生的氧气和氢气有充分的反应时间重新化合而被吸收，减少析气量，能消除浓差极化和欧姆极化现象，防止电池发生过热，保持修复过程中50度以下的低温工作状态，延长铅酸电池的使用寿命，减轻蓄电池的内压；整个暂停时间长度范围为1ms～10min，本例整个暂停时间长度范围为1min～10min，暂停时间分前与后两部分，在前、后两暂停时间之间进行下一步骤3)；

3)电池瞬间放电8：在暂停的间歇期间内，对电池进行瞬间放电，放电脉宽范围为1μs～5ms，本例为1ms，放电次数1～30次，本例为5次，瞬间放电的作用是消除电化学极化，同时对浓差极化的消除起到辅助作用，放电后继续前一步骤2)的后暂停时间；

4)扫频脉冲输出6：其含有一个或多个扫频脉冲单元，每个扫频脉冲单元的输出频率为1HZ～3000HZ范围内，其占空比范围为10％～90％，本例为50％，以逐步升高或反向逐步降低的方式进行，每个扫频脉冲单元的持续时间长度范围为0.1min～30min，优选范围为1～10min，本例为2～5min，扫频脉冲输出的脉冲电流I2范围为电池额定容量的0.2～1.5倍，本例为300A～400A，其输出的脉冲电压U2范围为电池额定电压的1～1.8倍，本例为65V～70V，扫频脉冲段的持续时间长度范围为1min～1H，优选范围为1～30min，本例为5min；采用扫频的方式进行逐步升高或逐步降低方法的脉冲频率：扫频脉冲电流反复地将电流集中在极板表面上，使附着在极板表面上能量不一的大小硫化铅结晶的谐振频率最大可能地产生全方位的谐振，使各大小不一的硫化原子转化为溶解于电解液的自由离子，重新参与电化学反应，在特定条件下转换回活性物质而不产生析气，同时由于更多集中到极板表面的扫频脉冲电流使得极板获得有效的承载电流；

5)暂停7：由于扫频脉冲的大电流充电在电池极板上会产生浓差极化和欧姆极化，欧姆极化会产生高温现象，影响电池的修复的效果，采用暂停的过程，能消除电池内的浓差极化和欧姆极化现象，防止电池发生过热，保持修复过程中的低温工作状态，延长铅酸电池的使用寿命；整个暂停时间长度范围为1ms～10min，本例整个暂停时间长度采用1min～10min，暂停时间分前与后两部分，在前、后两暂停时间之间进行下一步骤6)；

6)电池瞬间放电8：在暂停的间歇期间内，对电池进行瞬间放电，放电脉宽范围为1μs～5ms，本例为1ms，放电次数1～30次，本例为5次，瞬间放电作用是消除电化学极化，同时对浓差极化的消除起到辅助作用，放电后继续前一步骤5)的后暂停时间；

7)重复步骤1)～6)：即重复进行图示的工作周期4，在瞬间放电8后的暂停7时间段内，测得电池电压U上升曲线10升高到设定参数值时的采样截止点12，即升高到电池额定电压的1～1.8倍参数时，电池进入稳态工作阶段14，本例设定的第一工作阶段采样点12的电压数值为58～65V，此时继续重复步骤1)～6)的输出，持续时间长度范围为1min～1H，本例为30min。采用恒流、暂停、放电、暂停、扫频脉冲、暂停、放电、暂停、连续重复恒流限压输出过程；能有效消除修复过程中所产生的欧姆极化、浓差极化和电化学极化三种极化现象，防止修复中电池高温的产生，使电池温度维持在50度以下的工作状态，缩短铅酸蓄电池的修复时间。

所述的步骤二中，电池静置稳定过程；即图示的第二工作阶段2，为电池稳定工作阶段；此时停止对电池输出电流，其停止输出工作时间长度范围为1min～1H，本例为30min。当铅酸电池经过一段时间的修复后，其电池的电压和容量参数一般都是一个虚高的数值，本阶段的目的是尽量使其恢复到一个接近于电池的真实数值，消除在恒流与扫频脉冲频率输出时所产生的余留欧姆极化、电化学极化和浓差极化现象；消除在修复时的大电流下作用下极板所产生的内应力现象；使修复后电池的温度得到恢复，以便能有效、切实地完成补足充电工作过程的要求。

所述的步骤三中，修复机重复对电池补足充电工作过程，是继续补足充电直至电池的电量完全充满，即图示的第三工作阶段3为修复机恒压限流输出的工作过程，恒压曲线9的恒压电压U3为电池电压范围的1～1.8倍，本例设为55V，当电池输入电流逐渐减少，电池补足充电电流I3的下降曲线11逐渐下降到设定参数值的采样截止点13时，本例设定参数13设为10～25A，说明铅酸蓄电池的修复或保养式充电结束。

在本实施例的修复前，先用原配套的充电机充满后，再采用放电机进行放电的测试(将放电机的放电参数设定为：停止电压40.8V、放电电流80A)，结果：放电时间为2.5小时。

通过本实例的修复，全过程所用的时间为：5小时。

本实施例经修复后，用放电机进行放电的测试(将放电机的放电参数设定为：停止电压40.8V、放电电流80A)，其结果：放电时间为4.5小时，本次电池修复率的效果为90％。

实施例二：铅酸蓄电池的保养式充电

本例对一组使用五年的48V、270AH七成新铅酸蓄电池，用原配套的充电机充满后放电为3.5小时，采用上述对铅酸蓄电池修复的同样方法步骤对铅酸蓄电池进行保养式充电。经保养式充电后，用放电机进行放电的测试，将放电机的放电参数设定为：停止电压40.8V、放电电流54A，其结果：放电时间为4.7小时，本次电池容量饱和度为94％。

Claims (4)

1.一种铅酸蓄电池修复与保养式充电的方法，其特征在于包括如下步骤：

1-1)采取电池修复机恒流与扫频脉冲并列输出作为一个工作周期，并连续重复地对铅酸蓄电池进行输出的工作过程；

1-2)电池静置稳定工作过程；

1-3)电池修复机对电池补足充电的工作过程，使铅酸蓄电池获得饱和的额定容量。

2.如权利要求1所述的铅酸蓄电池修复与保养式充电的方法，其特征在于：所述的步骤1-1)中，恒流与扫频脉冲并列输出的工作周期，连续重复地对铅酸蓄电池进行输出，其工作过程的步骤包括：

2-1)恒流输出：恒流电流为电池额定容量的0.01～0.3倍，电压为电池额定电压的1～1.8倍，电流持续输出时间长度范围为1min～1H；

2-2)暂停：恒流输出暂停，整个暂停时间长度范围为1ms～10min，在暂停时间段内的任一时间进行下一步骤2-3)；

2-3)电池瞬间放电：放电时间的总长度范围为0～10ms，放电脉冲次数为1次或多次或0次，放电脉冲宽度范围为1μs～5ms；当保养式充电时，允许将放电脉冲次数或放电脉冲宽度设置为0，无电池瞬间放电；电池瞬间放电后再继续前一步骤2-2)的暂停；

2-4)扫频脉冲输出：其含有一个或多个扫频脉冲单元，每个扫频脉冲单元以逐步升高或逐步降低的脉冲频率进行扫频脉冲输出，每个扫频脉冲单元的输出频率范围为1HZ～3000HZ，每个扫频脉冲单元的持续时间长度范围为0.1min～30min，其占空比范围为10％～90％，扫频脉冲的输出电流范围为电池额定容量的0.2～1.5倍，输出电压范围为电池额定电压的1～1.8倍，扫频脉冲段的持续时间长度范围为1min～1H；

2-5)暂停：扫频脉冲暂停输出，整个暂停时间长度范围为1ms～10min，在暂停时间段内的任一时间进行下一步骤2-6)；

2-6)电池瞬间放电：放电时间的总长度范围为0～10ms，放电脉冲次数为1次或多次或0次，放电脉冲宽度范围为1μs～5ms；当保养式充电时，允许将放电脉冲次数或放电脉冲宽度设置为0，无电池瞬间放电；电池瞬间放电后再继续前一步骤2-5)的暂停；

2-7)连续重复2-1)～2-6)的步骤：直至铅酸蓄电池瞬间放电后测得的暂停2-5)时间段的电池电压升高到电池额定电压的1～1.8倍参数值时，电池进入稳态工作状态，此时再继续保持重复输出2-1)～2-6)的工作步骤，持续时间长度范围为1min～1H。

3.如权利要求1所述的铅酸蓄电池修复与保养式充电的方法，其特征在于：所述的步骤1-2)中，电池静置稳定工作过程，电池修复机停止电流输出的工作过程，其静置的时间长度范围为1min～1H。

4.如权利要求1所述的铅酸蓄电池修复与保养式充电的方法，其特征在于：所述的步骤1-3)中，修复机对电池补足充电的工作过程，使铅酸蓄电池获得饱和的额定容量，此时为恒压限流输出，充电电压为电池额定电压范围的1～1.8倍，补足充电对电池输入电流会逐渐减少，当测得铅酸蓄电池的输入电流减少到设定数量值时，电池达到饱和，铅酸蓄电池的修复与保养式充电结束。