CN2207631Y - 锌锰电池活化增容器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用间歇低频脉冲限幅电流 对锌锰电池进行活化增容的装置，该装置由电容C₅、 C₆、整流元件D₄、开关管或场效应管(3)与被处理电 池(4)串联组成，经安全开关(15、16)与交流电源接 通。由间歇时间单元(1)和低频脉冲单元(2)产生间 歇低频脉冲信号V₀₂控制开关管(3)，使电池组在外 加间歇低频脉冲电压μ和电流1作用下，改善其极 化程度，改善电解质的浓差，以恢复电动势，提高电 导、增大放电电流，恢复或增加实际放电容量。

Description

本实用新型涉及一种用于锌锰电池活化增容处理的装置，尤其是用间歇低频脉冲限幅微电流对锌锰电池进行活化增容处理的装置。

目前，公知的充电法（包括高频整流电流）对锌锰电池进行充电，难以收到满意效果。因该电池为一次电池，其作用物质用完为止，不能反复使用，难以充电再生。现实的任务是，解决锌锰电池能正常地释放它的电量或增加其放电容量。

为便于对本实用新型的理解，首先对锌锰电池的物理化学特性给以分析，并从中找出解决问题的方案。

从构造上看，该电池的负极是锌板制成的筒状物，在其中放置由二氧化锰包围石墨棒构成的正极，其电解质是由氯化锌和氯化铵组成的复合溶液并与淀粉一起形成胶状物。其书面表达式可写成：

锌锰电池被广泛应用一百多年，我国目前年产已达70亿只，但它的电极反应及最终产物仍未被弄清楚（见《物理化学简明教程》）印永嘉、高教版P93）。一般认为它的电极反应及电池反应是：

负极：Zn＋2NH₄Cl－2e→Zn（NH₃）₂Cl₂＋2H^＋

正极：2MnO₂＋2H^＋＋2e→2MnOOH

电池反应：Zn＋2NH₄Cl＋2MnO₂→Zn（NH₃）₂Cl₂＋2MnOOH

放电时，电池的极化和电导的变化，对其性能的影响是很大的。

锌锰电池在放电过程中产生以下现象：

在有电流通过电极时，即产生极化作用，即浓差极化和电化学极化。前者因离子迁移，扩散的迟缓性而引起，对于锌锰电池而言，因其电解质呈胶体状态，其极化程度更为突出，而且趋向于永久化。而电化学反应本身的迟缓性引起的电化学极化，因极板上面形成的Zn（NH₃）₂Cl₂更使其加剧。与此同时，离子浓度的不均及电极上Zn（NH₃）₂Cl₂和MnOOH的生成，致使电动势降低，电导减小，即电池内阻增大。电动势的降低和内阻的增大，形成循环效应，导致电池在使用中常常在活性物质尚未耗尽的情况下，便因其电性能迅速劣化而无法继续使用甚至报废，造成经济损失。

本实用新型的目的是提供一种用间歇低频脉冲限幅电流作用于电极上，其冲击电流和强电场作用，可改善极化状态，改善正极芯上MnOOH的分布和改善负极一锌板表面上生成的Zn（NH₃）₂Cl₂阻档层的物理化学状态；改善电解质的分布状态，恢复其电动势，提高电导、提高放电电流，达到恢复电性能、恢复或增加其实际放电容量的目的。

本实用新型的目的是这样实现的：在塑料箱体内安置由分压电容器和整流管、开关管或场效应管及安放在被处理电池支架上的电池构成的串联电路经隔离开关接至交流电源上，该开关管（或场效应管）的基极（或控制极）接至低频振荡单元的输出侧，该振荡单元的输入侧接至时间控制单元的输出侧，各该单元由降压电容和稳压管构成的直流电源供给工作电源。

对电池施加间歇低频脉冲电压，电池的正极由阴极变为阳极，其负极由阳极变为阴极。由于电极极性的改变，引起电解液中离子浓度的变化，离子的迁移方向随之改变，Zn向阴极迁移，在阴极上发生微弱的还原作用；在脉冲电场力的作用下，离子向相反的方向迁移和扩散，使浓差极化减小。在间歇低频脉冲电压冲击下，极板上的Zn（NH₃）₂Cl₂和MnOOH附着物的物理性状发生改变，由其形成的阻挡层受冲击电流作用而振动、分解、疏松、软化，使离子运动阻力减小，有利于提高电导。

上述过程需要长时间的持续进行，间歇时间的意义在于每个外加电压处理时间之后，给予一个休止时间，以便作用物质热运动和缓冲，当下一个脉冲段到来时，按新的路径运动和迁移，这种过程的积累得以实现电池的活化和增容的目的。

由于采用上述间歇低频脉冲微电流对锌锰电池进行处理，可以改善电池的电化学性能，使其活性物质得到充分利用，提高其电学性能：恢复电动势水平、提高电导、增加放电电流，提高实际放电容量。其方案简单、效果优于公知的充电方案。我国每年消耗数十亿只锌锰电池，若采用本实用新型对其在使用中进行适当的活化／增容处理，将产生明显的经济效益。

本实用新型给出的附图和实施例如下：

图1是本实用新型原理方框图

图2是本实用新型间歇脉冲信号V01波形图。

图3是本实用新型间歇低频脉冲信号V02波形图。

图4是本实用新型间歇低频脉冲电压μ及电流i波形图。

图5是本实用新型实施例电原理接线图。

图6是本实用新型实施例外形图（局部剖视）。

图7是本实用新型实施例俯视图。

图8是R14电池附加套筒剖视图。

图9是R6电池附加套筒剖视图。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一说明：

在图1中，间歇振荡器［1］产生间歇时间信号V01，其波形如图2，此信号输出至低频信号发生器［2］，产生间歇低频脉冲信号V02，其波形如图3，以时基电路NE556为基础构成间歇低频脉冲信号发生装置实施例时（图5的IC₁和IC₂）：

t1＝（R1＋R2）C·ln2≈0.693（R1＋R2）C

t2＝R2Cln2≈0.693R2C

占空比    q＝R2／（R1＋R2）

此控制信号V02经开关［39］输出至开关管［3］，在其控制下，加在锌锰电池组［4］两端的为一系列的在导通时间t1内，频率为50Hz，包络线为正弦曲线、半周期的电压μ其调制频率为：

f＝1／（t₁＋t₂）≈1.44（R₃＋2R₄）C2

加在电池上的电压波形，如图4。本方案的特点是，实际作用在电池上的电压为μ，只有当μ上升到大于电池电动势E时，才有电流i通过电池。这一电流为脉冲电流，受信号V02控制，其振幅受正弦率控制，其频率为：200～500Hz，经过时间t1后，为仃时间t2，在此时间内u＝0，i＝0，内部仅发生热运动，当次一周期到来时，电解质中的离子迁移路径和扩散状态重新开始，如此反复进行的不重复状态的总合，构成了电解质的重组和浓度的匀化，使浓差极化和电化学极化改善，有利于电动势的恢复。在脉冲电压及微电流作用下，促进局部的微弱的还原，Zn离子移向阴极而还原。这是复合电解质中发生的过程。随着电解质浓度的匀化和在冲击电流作用下，Zn（NH₃）₂Cl₂和MnOOH的物理性状的改变，均促使电导提高，增加放电电流强度。

图5为电原理图，当工作状态开关［39］置于位置1时，由IC1及IC2产生的间歇低频脉冲信号V02加于场效应管控制栅极，工频市电经分压电容C5，整流管D4加到电池组B1～B4上，在V02信号控制下，电池组受到间歇低频脉冲电压μ的作用，流过相应的电流i（图4）。稳压管D6～D9分别与各节电池并联，可防止过电压，分压电容C5、C6为高阻抗元件，既承担分压作用又起到限流作用，使被处理电池始终在限幅微流条件下工作，防止过流。端子1～8为伏安表转换开关［37］的静接点，该两刀四位开关顺序与其接通，可在线测量各电池的端电压和定阻（5欧）放电电流。

本实用新型实施例构造图如图6～图9。

图中：4、电池箱        5、伏安表        6、箱盖        7、箱体        8、插销        9、触头        10、12、静触片        11、13、铆钉        14、面板      15、16、插销安全开关        17～20、发光管        21～24、“R20”电池        25、“R6”电池        26、“R6”套筒        27、弹簧        28、铜垫片        29、“R14”电池        30、“R14”套筒        31、弹簧        32、铜垫片        33～36、弹簧        37、伏安表转换开关        38、量程选择开关        39、工作状态开关        40、分压开关。

在使用时，将电池装好后，将透明箱盖［6］扣在箱体［7］上面，此时插销［8］即插入安全开关［15、16］中，使静触片［10、12］短接，市电经开关接通进入工作状态，而各带电部分处于封闭状态，保证人手无法触及，将箱盖打开，电源自动断开。如处理“R14”和“R6”电池时，可将其放入图8和图9所示的电池套筒［26、30］中，使其有与“R20”电池相同的高度，以便安放。

开关［40］置于位置2时，用于对“R20”处理，电流平均值按25～30毫安；开关位置为1时，用于“R14”和“R6”电池，电流为10～15毫安，处理时间约3～6小时。在处理过程中，其处理效果，可随时用伏／安表检测。

将工作状态开关［39］置于2时，可对任何可充电池进行充电。

间歇时间：t₁＝15／～20秒 T＝t₁＋t₂＝16.5～22秒

t₂＝1.5～2秒 f＝200～500Hz

本实用新型的IC₁IC₂及其它电子元件均安装在线路板上，该板可安放在箱体（7）左侧的表盘下面的空间内（图中未画出），也可安放在整个箱体的下面，用塑料软导线与相应的电池架和开关、仪表等连接，开关（15、16）的焊片（12、10）的一端焊接导线后引至箱体外面成为电源引线，另一端则焊接导线接至电路板的电源进线侧，其余元件的连接与公知技术相同。盒盖上的插入式触头（9）是直接由塑料体（8）与上盖连在一体的，一次成型的，其外表面的导电部份为压接的铜皮或在塑料体（8）上直接电镀而成，它只通过较小电流，上盖打开后，电源即被切断，从而保证安全，上盖为透明塑料制成。

Claims (7)

1、一种锌锰电池活化增容器，其特征是：在塑料箱体[7]内，安置由电容C5、C6及整流管D4，被处理电池[21-24]，开关管或场效应管[3]构成的串联电路经开关[15、16]接至交流电源上，该开关管或场效应管[3]的基极(或控制极)接至低频振荡单元[2]的输出侧，该振荡单元的输入侧则接至时间控制单元[1]的输出侧，它还包括，由电容C4、D1、C3和稳压管D5构成的稳压单元其输出电压接至IG1、IG2的VDD端子上。

2、根据权利要求1所述的活化增容器，其特征在于，箱体［7］上装有安全开关［15、16］，该开关由装在面板内的静触片［10、12］和装在箱盖［6］上的带有金属触头［9］的插销［8］构成，箱盖合上后，静触片［10］和［12］被接通，箱盖打开时，插销脱离，触片［10］和［12］被断开，该触片［10］与电源线相连，触片［12］与内部接线相连。

3、根据权利要求1所述的活化增容器，其特征在于，各电池插座上分别设置稳压管D6～D9。

4、根据权利要求1所述的活化增容器，其特征在于，伏安表［5］的双刀四位转换开关［37］的静触点1～8，分别与电池插座连接，动触点与伏安表［5］连接。

5、根据权利要求1所述的活化增容器，其特征在于，所述“R14”、“R6”电池套筒［26、30］，为绝缘筒［26、30］内装弹簧［27、31］与底部外面装设金属垫片［28、32］构成。

6、根据权利要求1所述的活化增容器，其特征在于：t1＝15～20秒、t2＝1.5～2秒；电流值分别为25～30毫安和10～15毫安；处理时间3～6小时，低频频率为200～500Hz。

7、根据权利要求1所述的活化增容器，其特征在于，工作状态开关［39］，其位置1为间歇低频脉冲电V02源；位置2为直接直流电压源，在此位置时开关管持续导通，通过电池的电流为恒流充电电流。

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