CN203242715U

CN203242715U - 一种铅酸蓄电池消除硫化延长寿命的装置

Info

Publication number: CN203242715U
Application number: CN2012206446544U
Authority: CN
Inventors: 虞培良
Original assignee: SHANGHAI YINING ELECTRONIC CO LTD
Current assignee: SHANGHAI YINING ELECTRONIC CO LTD
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2012-11-29
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2022-11-29

Abstract

本实用新型的除硫延寿装置并联在正常使用的铅酸蓄电池两端，本装置电路中的单片机输出的矩形脉冲，通过尖峰脉冲电路在蓄电池两端形成正向/负向尖峰脉冲电压，经阻容电路对电池充电/放电除硫；通过调整单片机的输出脉冲频率将尖峰脉冲电路中的导通时间调整到足够地短，同时调整RC回路数值使正负脉冲上升沿达到納秒范围，形状和幅度达到经傅里叶级数频谱分析包含所需的高频及低频谐波分量。其低频谐波分量与蓄电池中硫化形成的大颗粒硫酸铅结晶实现谐振而击碎粗大的硫酸铅结晶；其高频部分与蓄电池中硫化形成的小颗粒硫酸铅结晶实现谐振而使小颗粒硫酸铅结晶也得以去除，从而达到去除铅酸蓄电池已产生的硫化结晶和阻止电极硫化的目的。

Description

一种铅酸蓄电池消除硫化延长寿命的装置

技术领域

本实用新型属于蓄电池除硫技术领域，特别涉及铅酸蓄电池除硫、恢复蓄电池容量、延长使用寿命的技术。

背景技术

铅酸蓄电池已有100多年的历史，是一种应用广泛的动力电源。具有可靠性好，原材料易得、价格便宜的特点，目前约有95％的市场占有率。

铅酸蓄电池的工作原理为“双硫酸盐化理论”，蓄电池在放电时会形成硫酸铅结晶体，充电时硫酸铅中铅离子被还原为金属铅。在正常使用下随着使用时间的增加，电池经过多次充、放电，将在硫酸铅的溶解、重结晶作用下，在电池极板上会逐渐形成一种粗大而坚硬的硫酸铅结晶，这种结晶导电性差、体积大、会堵塞极板的微孔，妨碍电解液的渗透作用，使蓄电池内阻增大、容量下降，成为在充电时不易还原成为金属铅的不可逆硫酸铅，从而使极板中参加电化学反应的活性物质减少，致使电池无法达到设计寿命而过早失效，以至报废。这种现象称为“不可逆硫酸盐化”，简称“硫化”。所以，电池硫化使铅酸蓄电池电瓶的使用寿命短，过早失效的主要原因。

为改变这种情况，人们想出了各种方法试图延长其使用寿命。目前，对铅酸蓄电池去硫、延长使用寿命的技术主要有：

1、用大电流充电，使大的硫酸铅结晶产生负阻击穿来溶解的方法。实验中发现，这种消除硫化的方法只可以获得暂时的效果，并且会在消除硫化过程中带来加重失水和正极板软化问题，对电池寿命造成严重损伤。

2、负脉冲去硫技术：此方法应用至今已有30多年历史，原理是在充电过程中加入负脉冲，对减低电池温升有作用，但对减少″硫化″的效果不明显。

3、添加活性剂：采用化学方法，消除硫酸铅结晶，不仅成本高，增加电池内阻，并且还改变了电解液的原结构，修复后的使用期较短。

4、高频脉冲去硫：采用脉冲波使硫酸铅结晶体重新转化为晶体细小、电化学性高的可逆硫酸铅，使其能正常参与充放电的化学反应，较负脉冲去硫效果稍好。

但这些方法都存在一定的局限性。

发明内容

针对现有技术上的不足，本实用新型目的是针对铅酸蓄电池使用过程中因“硫化”而缩短使用寿命的问题，提供一种既能减缓蓄电池硫化又对已硫化部分进行修复、自身功耗又小、能常态安装在蓄电池上而延长铅酸蓄电池使用寿命的装置。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：

本实用新型的一种铅酸蓄电池消除硫化延长寿命装置(以下简称除硫延寿装置)并联在正常使用的铅酸蓄电池两端，它由降压供电滤波电路、工作指示电路、矩形脉冲电路和尖峰脉冲电路组成。

当本装置与待除硫延寿的铅酸蓄电池连接后，蓄电池经降压电阻为本装置供电，LC滤波电路起滤除电脉冲对本装置的影响，其中电容又起储能电容器的作用。本装置中的单片机将对蓄电池及自身电路进行自动检测，如正常，则点亮发光二极管，表示电源已接通且工作正常；如不正常，则发光二极管不亮。

本装置电路中的单片机输出的矩形脉冲与尖峰脉冲电路相连，尖峰脉冲电路的输出通过阻容电路和互感器线圈与铅酸蓄电池相连。单片机输出端产生矩形脉冲，当该输出端输出低电平时，尖峰脉冲电路的三极管导通，通过阻容电路和互感线圈在蓄电池两端形成一个正向尖峰脉冲电压对蓄电池充电除硫；当单片机输出端输出高电平时，三极管截止，互感线圈產生的反电动势在蓄电池两端形成一个负向尖峰脉冲电压，对电池放电除硫。从傅里叶级数的频谱分析可知，正负尖峰脉冲所含的谐波范围很广，其低频谐波分量与蓄电池中硫化形成的大颗粒硫酸铅结晶实现谐振而使振幅增大，从而击碎粗大的硫酸铅结晶；其高频谐波分量与蓄电池中硫化形成的小颗粒硫酸铅结晶实现谐振而振幅增大，致使小颗粒硫酸铅结晶也得以去除，从而达到去除铅酸蓄电池已产生的硫化结晶和阻止电极硫化的目的。

充放电脉冲的幅度取决于电池的状态。如果电池剩余容量较大，则其内阻较小，充放电脉冲的峰值也较小，反之则较大。

通过调整单片机输出脉冲频率将尖峰脉冲电路中三极管的导通时间调整到足够地短，而使整个装置的平均电流非常小。同时调整RC回路数值使脉冲上升沿达到納秒范围，频率和幅度达到经傅里叶级数频谱分析包含所需的高频及低频谐波分量。

本实用新型提供了一种延长铅酸蓄电池使用寿命的新技术。它采用正负脉冲组合的谐振脉冲对电池进行修复和延寿。本实用新型的有益效果是：它一方面具有消除蓄电池中已产生的硫酸铅结晶的功能，另一方面本装置产生的正负脉冲扰动破坏了硫酸铅继续生长的条件，且正负脉冲都能起到去硫作用，这种方法克服了以往修复技术的局限性，具有快速、修复效率高，耗电少，不会引起电池失水、降低蓄电池充电过程的温升、正极板软化和改变电解液原结构等特点。可使蓄电池寿命延长至理论寿命。

本实用新型独特之处在于：修复脉冲所需的能量取自电池本身，由于充放电过程大致平衡，所以仅消耗电池的微小能量。

附图说明

以下结合附图和具体实施例来进一步说明本实用新型。

图1为本装置的电原理图。

图中BAT为待除硫延寿的铅酸蓄电池；R10、互感线圈L1和C1、C2，C5组成本装置的降压、供电、滤波电路；R6、三极管T1、R5、R8、发光二极管D1、组成工作指示电路；IC1(单片机HT46R)、稳压二极管Z1、R1、C3、R3、R2、R9组成矩形脉冲电路；三极管T2、R4、R7、C4、互感线圈L1组成尖峰脉冲电路。

具体实施方法

结合附图的实施例详细说明如下：如图所示，本实用新型的一种铅酸蓄电池消除硫化延长寿命装置(以下简称除硫延寿装置)并联在正常使用的铅酸蓄电池两端，它由降压供电滤波电路、工作指示电路、矩形脉冲电路和尖峰脉冲电路组成。

待除硫延寿的铅酸蓄电池BAT经R10、互感线圈L1为本电路降压供电。R10、L1和C1、C2、C5还组成了LC滤波电路，滤除电脉冲对本除硫延寿装置的影响，C2又是储能电容器，C5也是整个电路的滤波电容。

集成电路IC1为8bit单片机HT46R，与待除硫延寿的铅酸蓄电池BAT连接后，单片机IC1对蓄电池BAT及自身电路进行自动检测，如正常则T1导通，发光二极管D1点亮，表示电源已接通且工作正常；如不正常，则D1不亮。

IC1、Z1、R1、C3、R3、R2、R9组成矩形脉冲电路；其中R1、C3是IC1的时钟电路，R9是IC1的限流电阻，R2、R3均为采样电阻，稳压二极管Z1为单片机提供5V工作电压，该电压通过IC1的5、6脚为整个单片机提供工作电源。单片机IC1的3脚输出矩形组合谐振脉冲至尖峰脉冲电路。当该输出脉冲使三极管T2基极处于低电平时，T2导通，通过R7、C4组成的RC回路及互感线圈L1对蓄电池放电，在蓄电池BAT两端形成一个正向尖峰脉冲电压，对蓄电池充电除硫；当T2处于输出脉冲高电平时，T2截止，L1产生反电动势，在蓄电池BAT1两端形成一个负向尖峰脉冲电压，对蓄电池进行放电除硫。

充放电脉冲的幅度和脉冲频率由IC1内部巳设定的程序根据由IC1的2脚检测到的电池性能进行自动设定。不同电压、容量的铅酸蓄电池对应不同的控制程序和尖峰脉冲电路的相关参数。如果蓄电池剩余容量较大，则其内阻较小，控制充放电脉冲的峰值也较小，反之则较大。

由于T2的导通时间很短，从而使整个装置的平均电流非常小。同时调整尖峰脉冲电路RC回路数值使正负脉冲上升沿达到纳秒范围，频率和幅度达到经傅里叶级数频谱分析包含所需的高频及低频谐波分量。由于互感线圈L1的耦合作用将电流放大，因此，整个电路的平均电流较很小。

从傅里叶级数的频谱分析可知，正负尖峰脉冲所含的谐波范围很广，其低频谐波分量与蓄电池中硫化形成的大颗粒硫酸铅结晶实现谐振而使振幅增大，从而击碎粗大的硫酸铅结晶；其高频部分与蓄电池中硫化形成的小颗粒硫酸铅结晶实现谐振而使振幅增大，而使小颗粒硫酸铅结晶也得以去除，从而达到去除铅酸蓄电池已产生的硫化结晶和阻止电极硫化的目的。

本实用新型蓄电池除硫化延寿装置的一个实施例在用于12V100AH铅酸蓄电池时，其工作电流小于5mA，功耗小于60mW，是通常除硫器的五分之一，使除硫延寿装置可长期安装在汽车、电动自行车及其他使用铅酸蓄电池的各种车辆和设备上，不间断去除铅酸蓄电池极板上的硫化物结晶，并破坏硫酸铅继续生长的条件，使蓄电池的容量始终处于正常状态，从而延长了蓄电池的使用寿命。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书界定。

Claims

1.一种铅酸蓄电池消除硫化延长寿命的装置，其特征在于，所述除硫延寿装置由降压滤波电路、工作指示电路、矩形脉冲电路和尖峰脉冲电路组成；所述的降压滤波电路由电阻R10、互感线圈L1和电容C1、C2、C5组成，电感L1的两端接被恢复的铅酸蓄电池两端，互感线圈L1的另一两端接有电容C5，在电容C5的正端并接有电容C1和电容C2的并联支路并接地，其中电容C5的负端由电阻R10接被恢复的铅酸蓄电池的负端，铅酸蓄电池的负端接地；所述的工作指示电路由电阻R6、三极菅T1、电阻R5、电阻R8和发光二极管D1组成；所述的矩形脉冲电路由集成电路IC1、稳压二极管Z1、电阻R1、电容C3、电阻R3、电阻R2、电阻R9组成，电阻R1、电容C3构成集成电路IC1的时钟电路，电阻R9是集成电路IC1的限流电阻，电阻R3、电阻R2为采样电阻，稳压二极管Z1为集成电路IC1的工作电压，电阻R1、电容C3并联后接集成电路IC1的时钟端，电阻R3的一端接集成电路IC1数据端，另一端接铅酸蓄电池正端；所述的尖峰脉冲电路由电阻R7、电容C4组成的RC回路及互感线圈L1组成，电阻R7、电容C4组成的RC回路端接三极管T2的集电极端，三极管T2的基极由电阻R2接集成电路IC1的第三引脚矩形组合谐振脉冲端。