CN203760586U - 铅酸蓄电池的分体式电子除硫化装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种铅酸蓄电池的分体式电子除硫化装置，铅酸蓄电池充电装置、铅酸蓄电池的分体式电子除硫化装置和被充电铅酸电池依次连接，分体式电子除硫化装置高压发生器接充电装置输出正负端，将充电电压转化为高压能量，通过电力半导体开关元件输出高压储能电容器到储存，高压储能电容器与脉冲变压器产生脉冲电流。铅酸蓄电池充电装置和铅酸蓄电池的分体式电子除硫化装置构成一体化的除硫化-充电装置，上述组合形式有利于原有产品的快速技术更新换代，降低经济运行成本、节约资源能源，对于普通铅酸蓄电池充电装置生产领域来说很有商业价值。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种能源型电池维护技术，特别涉及一种铅酸蓄电池的分体式电子除硫化装置。
背景技术
铅酸蓄电池属于电化学电池，广泛应用于通信、铁路、电力、UPS和车辆等领域。铅酸蓄电池在实际使用当中，使用寿命往往低于日历寿命（行业标准）。铅酸蓄电池失效的主要原因有：
（1）电气故障（过电流充电，短路等），机械损坏（极柱断裂，外壳开裂等）和化学损伤（电液不纯或密度不当等）；
（2）长期处于低保有容量（漏电，长期未充电或未充足电等）而形成的极板硫化。
对于上述原因（1），铅酸蓄电池失效是不可逆的。
对于上述原因（2），在一定条件下，铅酸蓄电池失效是可逆的。通过适当的技术手段使得被硫化的铅酸蓄电池复原再利用，可延长铅酸蓄电池的寿命，降低使用成本，其经济性是显而易见的；延长铅酸蓄电池使用寿命可减轻废铅等重金属对环境的污染，这对促进社会经济可持续发展具有重要意义。
所谓铅酸蓄电池硫化，是指铅酸蓄电池极板上的活性物质已变化为难以除去的硫酸铅（PbSO4），由此造成铅酸蓄电池极板电阻增大，使之充电放电性能下降。上述硫化在正负极板上都发生，对正极板不发生损害，因为充电时正极板上形成氧原子具有很强的氧化能力，足以把正极板上硫酸铅氧化为二氧化铅；负极板则没有上述反应条件。因此，除去负极板上硫酸铅致密层是铅酸蓄电池除硫化的主要任务。
铅酸蓄电池除硫化主要采用物理除硫化方法。物理除硫化方法易于实现，易于控制。物理除硫化方法的基本原理是应用脉冲波电源施加到极板上，有限度使水分解产生适量氢气，逐步在负极板硫酸铅致密层上打开有缺陷的缝隙，将硫酸铅致密层转化为铅，直至恢复铅酸蓄电池极板的正常电阻。
目前，市场上没有独立的铅酸蓄电池除硫化脉冲波电源，仅有铅酸蓄电池充电+脉冲波除硫化一体化装置；普通的铅酸蓄电池充电装置不具备除硫化功能，导致非常多的失效铅酸蓄电池被废弃，而导致能源的流失。
发明内容
本实用新型是针对普通的铅酸蓄电池充电装置不具备除硫化功能的问题，提出了一种铅酸蓄电池的分体式电子除硫化装置，在普通铅酸蓄电池充电装置基础上，附加一个铅酸蓄电池的分体式电子除硫化装置，可使大量现存的普通铅酸蓄电池充电装置也具有除硫化功能，这对降低铅酸蓄电池的经济运行成本、节约资源能源是很有现实意义的。
本实用新型的技术方案为：一种铅酸蓄电池的分体式电子除硫化装置，铅酸蓄电池充电装置、铅酸蓄电池的分体式电子除硫化装置和被充电铅酸电池依次连接，铅酸蓄电池的分体式电子除硫化装置包括高压发生器、电力半导体开关元件、高压储能电容器、脉冲变压器、稳压电容器、电流传感器和控制器，充电装置输出正负端接高压发生器，高压储能电容器通过电力半导体开关元件并联接高压发生器输出，脉冲变压器通过电力半导体开关元件并联接高压储能电容器，脉冲变压器输出串联稳压电容器接被充电铅酸电池正负端，铅酸蓄电池充电装置输出两端并联稳压电容器两端，脉冲变压器输出端接电流传感器，电流传感器输出接控制器，控制器输出接电力半导体开关元件控制端和高压发生器。
所述高压发生器连接高压储能电容器进行蓄能。所述高压储能电容器连接脉冲变压器提供除硫脉冲能量。所述脉冲变压器输入端两端并联接续流二极管。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型铅酸蓄电池的分体式电子除硫化装置，铅酸蓄电池充电装置与本实用新型的铅酸蓄电池的分体式电子除硫化装置，构成一体化的除硫化-充电装置。上述组合形式有利于原有产品的快速技术更新换代，降低经济运行成本、节约资源能源，对于普通铅酸蓄电池充电装置生产领域来说很有商业价值。
附图说明
图1为本实用新型铅酸蓄电池的分体式电子除硫化装置的结构示意图；
图2为本实用新型铅酸蓄电池的分体式电子除硫化装置的工作原理图；
图3为本实用新型铅酸蓄电池的分体式电子除硫化装置的电路参数时序图。
具体实施方式
如图1所示铅酸蓄电池的分体式电子除硫化装置的结构示意图，分体式电子除硫化装置2是一个独立装置，产生除硫化脉冲波。使用时将分体式电子除硫化装置2中接点8（C+）与普通充电装置1输出正端相连，分体式电子除硫化装置中接点9（B+）与被充电铅酸电池3正端相连；普通充电装置1输出负端、分体式电子除硫化装置2接点10（图中的R）和被充电铅酸电池3负端相连。工作时，普通充电装置1完成常规的充电任务，分体式电子除硫化装置2完成铅酸蓄电池的除硫化任务。分体式电子除硫化装置2无需外接电源。上述铅酸蓄电池的分体式电子除硫化装置的结构优点在于：
（1） 铅酸蓄电池的充电、除硫化同时进行；
本实用新型装置与普通充电装置、被充电电池串联分体连接，安装方便。
铅酸蓄电池的分体式电子除硫化装置的工作原理如图2所示。该分体式电子除硫化装置基本工作原理如下：
装置主要由高压发生器11、电力半导体开关元件12、高压储能电容器13、脉冲变压器5、稳压电容器4、电流传感器16和控制器17组成。
高压发生器11作用是将普通充电装置1的电压（C+端至R端）转化为高电压能量并储存在高压储能电容器13中；电力半导体开关元件12（K）作用是，蓄能期间将高压发生器11与高压储能电容器13相连进行能量储存，能量释放期间将高压储能电容器13与脉冲变压器5相连使充电回路产生脉冲电流；高压储能电容器13作用是高电压能量储能；脉冲变压器5作用有两项，一是高压回路与充电回路的隔离，二是将高电压电量耦合到充电回路中；稳压电容器4作用是产生脉冲波期间维持普通充电装置1的电压（C+端至R端）基本不变；电流传感器16作用是测量脉冲波电流Ip，并反馈到控制器17限制脉冲波电流；控制器17作用是控制脉冲波电流Ip、脉冲波周期T及持续时间τ和调节高电压Ug。
装置工作过程是：装置启动前，充电电流Ic=Io（正常值），稳压电容器4两端电压Uc，即普通充电装置的充电电压。装置启动后，控制器17进入第1个工作周期T1。控制器17首先将电力半导体开关元件12置于a位置，高压发生器11对高压储能电容器13储能，并在T1周期结束之前储能结束；T1周期到来，控制器17将电力半导体开关元件12置于b位置，高压储能电容器13向脉冲变压器5原边绕组14放电，经电磁耦合，脉冲变压器5副边绕组15产生电动势，与稳压电容器4端电压Uc串联，形成暂态高充电电压下的脉冲波除硫化电流Ip，Ic=Ip，脉冲波电流持续时间τ及脉冲波电流Ip受控制器17控制；持续时间τ到来，控制器17将电力半导体开关元件12置于a位置,开始下个周期T2的储能，脉冲变压器5磁能由原边绕组14的续流二极管6释放能量，副边绕组15电动势迅速下降到零，恢复正常蓄电池恒流充电Ic=Io，副边绕组15相当一个电抗器，蓄电池充电没有影响；等待进入周期T2，T3，……，工作过程与周期T1过程相同。
分体脉冲波装置的基本电路参数变化过程如图3所示。图中各波形、符号及物理意义如下：
K:电力半导体开关
a：开关位置a
b：开关位置b
Un：储能电容器端电压
Ug：高压发生器输出电压
Ic：充电电流
Ip：脉冲波除硫化电流
Io：额定充电电流
I1：除硫化脉冲波周期
τ：脉冲波持续时间
t：运行时间。
在图3中，描述了本专利基本电路参数变化形式。根据电路理论及电化学理论及其计算，Ug、Ip、τ和T与除硫化之间有下列关系：
水电解速度∝ Ip ∝ Ug（水电解速度随Ip增大而增大,Ip随Ug增大而增大）；
水电解氢气数量∝τ（水电解氢气数量随τ增大而增大），即除硫化强度；
除硫化频度∝ 1/T（除硫化频度随1/T增大而增大）。
因此，上述关系式是本专利铅酸蓄电池的分体式电子除硫化装置的设计依据及其参数设置参考。
铅酸蓄电池的分体式电子除硫化装置开展了验证除硫化效果试验。专门制备了一只生极板，经固化工艺后直接装成铅蓄电池，注入密度为1.3g/cm3（20℃）硫酸电解液，静置3天，正负极板上的铅全部转化为硫酸铅。除硫化试验项目及程序见表1纯硫化铅酸蓄电池试验表。
表1
| 序号 | 项目 | 操作及数据 |
| 1 | 常规充电 | 5Ax27h+3Ax9A=162Ah |
| 2 | 启动功率 | 稳态1.53Vx200Ax6s=1836W |
| 3 | 放电C | 6Ax6h=36Ah,达到60% |
| 4 | 放电 | 将端电压由12V放到0.03V |
| 5 | 接入除硫 | 当充电电流降到1A时接入活化 |
| 6 | 除硫后启动功率 | 达到稳态时间接入后的32h,其值为1.625Vx200Ax6=1950W |
| 7 | 有效充电 | 达到1950W时实际充入电量为97.5Ah |
| 8 | 放电C | 6Ax8.3h=49.8Ah,终止电压为10.5，达到83% |
| 9 | 充电+除硫 | 2Ax30h/14.8V,恒压36h,恒压时接入活化 |
| 10 | 再除硫后启动功率 | 停充1h后测得1.64Vx200Ax6=1969W |
上表试验数据显示，安装于普通铅酸蓄电池充电装置上，对已硫化铅酸蓄电池样本进行试验，除硫效果在80%以上，取得了良好效果。
本专利铅酸蓄电池的分体式电子除硫化装置安装于普通铅酸蓄电池充电装置上，对以硫化铅酸蓄电池进行试验，取得了良好效果。
(1)试验设备按图1所示连接；
(2)被试验铅酸蓄电池规格48V/500 Ah，已硫化。常规充电，容量只能达到170Ah。
(3)试验铅酸蓄电池经4次（72小时）除硫化充电，保有容量达到430Ah。
Claims (4)
1.一种铅酸蓄电池的分体式电子除硫化装置，其特征在于，铅酸蓄电池充电装置、铅酸蓄电池的分体式电子除硫化装置和被充电铅酸电池依次连接，铅酸蓄电池的分体式电子除硫化装置包括高压发生器、电力半导体开关元件、高压储能电容器、脉冲变压器、稳压电容器、电流传感器和控制器，充电装置输出正负端接高压发生器，高压储能电容器通过电力半导体开关元件并联接高压发生器输出，脉冲变压器通过电力半导体开关元件并联接高压储能电容器，脉冲变压器输出串联稳压电容器接被充电铅酸电池正负端，铅酸蓄电池充电装置输出两端并联稳压电容器两端，脉冲变压器输出端接电流传感器，电流传感器输出接控制器，控制器输出接电力半导体开关元件控制端和高压发生器。
2.根据权利要求1所述铅酸蓄电池的分体式电子除硫化装置，其特征在于，所述高压发生器连接高压储能电容器进行蓄能。
3.根据权利要求2所述铅酸蓄电池的分体式电子除硫化装置，其特征在于，所述高压储能电容器连接脉冲变压器提供除硫脉冲能量。
4.根据权利要求3所述铅酸蓄电池的分体式电子除硫化装置，其特征在于，所述脉冲变压器输入端两端并联接续流二极管。
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| CN104242408A (zh) * | 2014-10-08 | 2014-12-24 | 上海锦鹏科技有限公司 | 一种可干预充电模式的铅酸电池管理仪 |
| CN105515090A (zh) * | 2015-11-27 | 2016-04-20 | 华为技术有限公司 | 不间断电源ups和控制ups充电的方法 |
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