TWI388080B - 蓄電池再生方法、系統 - Google Patents

Description

蓄電池再生方法、系統

本發明係關於一種蓄電池，特別係有關於一種蓄電池再生方法與系統。

傳統市售蓄電池(storage battery)又稱二次電池(secondary battery)，是一種可充式電池(rechargeable battery)，當蓄電池所儲存電能量用盡時可以充電後重複使用，直到蓄電池不能再充電復原為止。

因蓄電池長期工作再充放電的環境中，使得蓄電池內部產生大量的鉛酸結晶體，這種物質的出現使得電池得儲存能力下降直到不能儲存。

以鉛酸蓄電池(lead storage cell)為例，其主要構造為正電極板(陰極)、負電極板(陽極)及電解液所組成，而在正電極板與負電極板之間有一隔板，其用途功能在分隔正電極板、負電極板防止造成短路(short circuit)。

通常市售鉛蓄電池的正電極板組成為二氧化鉛(PbO2)，負電極板組成為鉛(Pb)，而常用的電解液為比重1.24～1.30的硫酸(H2SO4)水溶液，鉛蓄電池所產生的電壓與電流則是由鉛蓄電池內部進行電化學(eletrochemistry)反應所產生，更精確的說，在鉛蓄電池的內部所進行電化學氧化還原反應產生可供使用的電壓及電流。

在鉛蓄電池中負極板(陽極)的部份產生氧化反應，而在正極板(陰極)的部份產生還原反應，如此電化學氧化還原反應所產生的電子(electron)則藉由這兩個電極移出或進入前蓄電池內部，其電化學反應方程式如下：

放電反應：

PbO₂ +2H₂ SO₄ +Pb→2PbSO₄ +2H₂ O

鉛蓄電池於放電時產生硫酸鉛與水，正電極板(陰極)上的二氧化鉛與電解液中的硫酸水溶液發生反應，極板附近的硫酸被分解，與正電極板(陰極)上之二氧化鉛發生反應，產生硫酸鉛，大量沉積在極板上，負電極板(陽極)上之鉛亦與電解液中之硫酸水溶液發生反應後，同樣產生硫酸鉛並沉積於極板上。

充電反應：

鉛蓄電池放電至一定程度時，需再行充電，其化學反應方程式為

2PbSO₄ +2H₂ O→PbO₂ +2H₂ SO₄ +Pb

鉛蓄電池於充電時，由外部供應之充電電量將正、負電極板上由放電反應所生成的硫酸鉛，分別又分解成正電極板上的二氧化鉛、負電極板上的鉛及電解液中的硫酸水溶液，使電解液濃度升高，故電壓升高；因此，充電時因電池內部產生的化學反應，使得電池內部之化學物質又回到原本未放電的狀態，故可讓鉛蓄電池循環使用。

通常在鉛蓄電池剛開始使用時，是最接近銷售工廠出貨時所標示的規格電壓及電流，但隨著鉛蓄電池長時間充放電使用，其充放電效能已不如剛購買時的良好工作狀態，原因在於經過長時間大電流的充電及放電造成負電極板所產生的硫酸鉛堵塞極板細孔，阻礙了電解液的滲透與擴散作用，造成電解液比重不足，另外負電極板上產生的硫酸鉛也因為長時間累積造成蓄電池內部內阻值升高讓需電池的蓄電量下降。

先前技術利用傳統脈衝修復方式(如圖1所示)，利用一固定週期脈衝去除負電極板上之硫酸鉛，惟以該固定週期脈衝去除負極板上硫酸鉛方式，其修復蓄電池時間長且容易使正、負電極板受損，進而損害蓄電池而無法有效充電。

本發明的主要目的在於提出一種蓄電池再生系統及其方法，突破先前技術的脈衝修復方式，利用線性雙電流衝激波修復方法，根據各不同電池的特性自動調節電流衝激雙波發送處理器(IGBTS)，檢測蓄電池的修復情況自動調節雙波形，快速諧振擊碎並融解硫酸鉛結晶，使蓄電池重新獲得儲存電力之功能，以有效利用電池，並避免報廢蓄電池。

本發明又一目的在於提出一種蓄電池與再生之方法及裝置，以利於電池再生。

一種蓄電池再生之方法，包含下列步驟，該蓄電池具有氧化作用產物附著於電極板：檢測該蓄電池之再生前工作狀態訊號；依據檢測所得該再生前工作狀態訊號，用以決定選擇一再生程序參數並執行該再生程序；及執行該再生程序完畢後，檢測該蓄電池之一再生後工作狀態訊號。

其中該再生程序包含藉由處理器控制蓄電池修復週期產生非脈衝波以去除該電極板上之氧化物，其中該非脈衝波組合可用以再生週期期間，分段將電極板上之硫酸鉛去除，例如產生至少一前波為諧振波(能使硫酸鉛結晶鬆脫)及至少一後波為衝激波(去除鬆脫的硫酸鉛結晶)，以該至少一前波及該至少一後波相互配合來清除電極板上之硫酸鉛，縮短修復電極時間，並有效以保護電極板，進而提再生後蓄電池使用壽命。

一種蓄電池再生系統，包含：一主電源，用以提供一再生系統運作執行電源；該主電源耦合至一過流開關保護單元；及當該主電源輸出電壓過載時，該保護單元，用以保護該系統電路以免造成損害；一整流濾波單元，與該保護單元耦合；及該濾波單元，用以將該保護單元所輸出一交流電壓轉換成一直流電壓；及該直流電壓輸出至一副電源及複數高頻開關電源；其中該副電源，用以輸出一電源至一處理器，作為該處理器執行時所需電源；一輸出控制過流保護單元，與該處理器及該複數高頻開關電源耦合；其中該處理器，用以決定一輸入至該複數高頻開關電源之直流電改以一頻率交流電輸出；及當該複數高頻開關電源輸出之該頻率交流電過載時，該輸出控制過流保護單元用以保護該系統電路以免造成損害。

一資料庫，其包含一數量蓄電池資料及一無線傳送接收裝置；其中該資料庫與該處理器耦合，該處理器用以管理該資料庫內所包含該數量蓄電池資料；及該無線傳送接收裝置，用以連接一電腦系統；其中該無線傳送接收裝置藉由該電腦系統，用以無線傳送接收一資料庫更新檔案。一溫度控制單元，用以監控一再生程序時蓄電池內部電解液溫度；其中該溫度控制單元與該處理器耦合，該處理器用以收集該電解液內部溫度並進行判讀，當電解液超過一定溫度時，自動停止對該蓄電池之再生程序，而當電解液低於一定溫度時，自動開啟對該蓄電池之再生程序。

本發明實施例相關於一種蓄電池再生系統與智能自動檢測方法、系統及裝置。

基於傳統蓄電池在工作一定時期，其將會老化，老化原因之一為電極板上附著因氧化作用產生之硫化物。因此隨著此附著之硫化物增加，將逐漸降低蓄電池工作效率，甚至報廢。此本發明提出一種蓄電池再生方法與系統。

圖2之一流程圖說明一使用者在使用一本發明蓄電池再生方法與系統之前置作業。在某些實施例，一使用者201將欲處理之蓄電池203置於一通風之工作環境以便診斷與再生時溢出之氣體能快速散去不致於影響該使用者201，接著該使用者201需檢視該欲再生蓄電池203之外觀是否破損變形及蓄電池內部電解液是否有滲漏之情況，進行初步排除不能充電之一或多蓄電池。傳統上裝置於車輛之蓄電池因上述原因而老化，致壽終正寢，乃因蓄電池於放電階段與充電階段同時進行，基於正、逆反應交錯，同時進行，在一般操作下，其中產生硫化物之反應產生優勢而逐漸累積硫化物於極板之上，而降低效率，如此惡性循環。基於本發明人之研究，認為必須於阻斷兩者同時的反應發生。故在此步驟實施之前，必須隔離蓄電池使其僅發生單向反應且此反應利於硫化物還原作用，使硫酸根離子返還電解液，金屬離子，例如鉛離子還原為鉛。

進一步，該使用者201需清理該欲再生蓄電池203上之正極與負極樁頭上之氧化物以維持良好導電效能，於清理正極與負極樁頭完畢後，需檢視該欲再生蓄電池203內部電解液是否充足達可以再生標準。

在某些實施例，一使用者205使用一本發明蓄電池再生裝置對該欲再生蓄電池203執行單向去除硫化物反應程序。舉一實施例而言，對該硫化物進行還原作用，再依具體方法可以將電源正負極，銜接蓄電池正負極使其進行上述反應。依據硫化物之多寡，涉及處理時間。該使用者205可對該再生完畢後蓄電池205進行例行性保養，例如該蓄電池203之外觀清潔、檢查內部電解液是否在使用自動檢測再生電裝置後有短少不足之情況並予以適量補充、檢查內部電解液之比重是否符合標準，電解液比重不符合標準時予以重新配置並填充至該蓄電池。

圖3根據本發明之再生方法進一步之說明。在某些實施例，一使用者301在再生裝置303可連接一或多待再生蓄電池305，並在該裝置303上輸入該待再生蓄電池305之一或多原始蓄電池規格資料307，包含該待充蓄電池305之型號、冷車啟動安培數(cold cranking amps，CCA)、電壓等等相關資料，或由該使用者301由該裝置303內建一資料庫309選擇載入該待再生蓄電池原始規格資料後，該裝置303可檢測該待再生蓄電池之一或多目前工作狀態訊號311並進行判讀，並自動決定選擇使用一或多還原反應再生程序參數313並對該待再生蓄電池305執行該硫化物還原反應再生程序。

圖4根據本發明再生方法之線性雙電流衝激波之進一步說明。在某些實施例，在該蓄電池305修復週期間，其中該再生程序參數313包括設定非脈衝波波形輸出到電極板，以對該蓄電池305進行修復。其中再生程序包含輸出非脈衝波，以去除電極板上之氧化物，所述的非脈衝波選自諧振波、衝激波及以上兩者之組合。而該非脈衝波之波形包括正弦波、三角波及方波或其組合及其衍生波形。由圖4可見，其包含一諧振波；以及上述二分之一的諧振波做為衝激波。一個修復週期產生兩個修復波形。

該裝置303於決定選擇使用一或多自動再生程序參數313執行再生程序完畢後，該裝置303自動檢測該待再生蓄電池305之一或多該硫化物還原反應再生程序後工作狀態訊號315並進行判讀，在判讀完後可決定對執行完畢後之蓄電池305其中一或多蓄電池自動執行另一再生程序317或是結束再生工作319，同時列印該蓄電池再生程序前後相關數據資料321提供該使用者301參考。

在某些實施例，該裝置303更包含一設定介面323，讓該使用者301可以設定切換該自動再生程序參數313至一半自動再生程序參數325或一全手動再生程序參數327，由該使用者決定調整該自動再生程序參數313之一或多部分參數值，例如選擇設定該裝置303執行一占空比再生程序參數329或一電解再生程序參數331。

在某些實施例，該裝置303於執行上述半自動再生程序參數325或全手動再生程序參數327後，自動檢測該待再生蓄電池305之一或多再生後工作狀態訊號333並進行判讀，在判讀完後，同時列印該蓄電池305再生前後相關數據資料335提供該使用者301參考，讓該使用者301可決定對執行再生完畢後之蓄電池305其中一或多蓄電池執行另一再生程序337或是結束再生工作339。

圖5根據本發明之實施例說明一種蓄電池再生系統。在某些實施例，一本發明再生系統501包含一主電源503用以供給該系統501執行電源，該主電源503輸入電壓可為110～220伏特。

在某些實施例，該系統501包含一主電源耦合至一供電開關過流保護(over current protector)單元505，當該主電源503輸出之電壓過載時，該供電開關過流保護單元505可用以保護該再生系統電路以免造成損害。

在某些實施例，一本發明再生系統包含一供電開關過流保護單元505與一主電源整流濾波單元509耦合，該整流濾波單元509用以將該供電開關過流保護單元505所輸出一交流電壓轉換成一直流電壓，該直流電壓輸出至一副電源511與一高頻開關電源513，其中該副電源511用以輸出一電源至一處理器517作為該處理器517執行時所需之電源，而該高頻開關電源513用以將該該直流電壓轉換成一高頻交流電。

在某些實施例，該再生系統501包含一處理器517與一高頻開關電源513及一輸出控制過流保護單元519耦合，其中該處理器517用以決定一輸入至該高頻開關電源513之直流電改以一頻率之交流電輸出，而該所輸出之頻率交流電則輸入至該輸出控制過流保護單元519，該處理器517用以決定該輸出至該輸出控制過流保護單元519之該頻率交流電以一定電壓之交流電輸出，而當該輸出定電壓交流電過載時，該供輸出控制過流保護單元519可用以保護該再生系統501電路以免造成損害。

在某些實施例，該再生系統501包含一處理器517與一資料庫521耦合，其中該處理器517用以管理該資料庫521內所記錄一定數量蓄電池資料包括但不限於該蓄電池之廠牌、型號、規格，在某些實施例，該資料庫521進一步更包含一無線傳送接收裝置523用以無線連接一電腦系統525，該無線傳送接收裝置523可藉由該電腦系統525用以無線傳送接收一資料庫更新檔案527為該資料庫之資料更新升級使用，其中該資料庫更新檔案527包括但不限於一或多蓄電池之廠牌、型號、規格。

在某些實施例，該再生系統501包含一處理器與517一溫度控制單元529耦合，其中該溫度控制單元529用以監控該系統501對一或多蓄電池再生時，該蓄電池內部一電解液溫度訊號531，而該處理器用以收集該電解液溫度訊號531資料，並進行判讀決定該電解液溫度超過一定溫度時自動停止對該蓄電池之再生程序，在某些實施例，該處理器517所收集該電解液冷卻後溫度訊號533資料，並進行判讀決定該電解液冷卻後，該電解液溫度低於一定溫度時自動開啟對該蓄電池之再生程序。

圖6根據本發明之實施例說明一種蓄電池再生裝置。在某些實施例，一本發明再生裝置601包含一電源輸入元件603與一電源輸入開關元件605耦合，其中該電源輸入元件603所輸入之電源用以作為該裝置601所需一執行運作總電源，且該電源輸入開關元件605則用以開啟或關閉該執行運作總電源使該再生裝置進入一開啟工作狀態609或一關閉工作狀態611，其中該開啟工作狀態609執行時，該再生裝置601開始執行運作，而當關閉工作狀態執行611時，該再生裝置601則結束執行運作。

在某些實施例，該再生裝置601包含一電源輸出元件613用以輸出對一或多蓄電池再生時所需之再生電源。

在某些實施例，該再生裝置601包含一功能設定介面615與一顯示器介面617，其中該功能設定介面615用以設定該再生裝置一操作功能，該操作功能包括但不限於使該再生裝置601執行一自動再生程序功能、執行一半自動再生程序功能、一全手動充電程序功能之設定及一執行時間控制設定，而該顯示器介面617用以顯示該裝置601一工作狀態資訊，該工作狀態資訊包括但不限於一或多蓄電池之廠牌、型號、規格資訊及該裝置目前工作狀態資訊，如再生裝置內部溫度、連接電纜溫度資訊等。

在某些實施例，該再生裝置601包含一無線傳送接收介面629用以無線連結一電腦裝置，該電腦裝置631可藉由該無線傳送接收介面629遠端遙控該裝置601執行上述該自動再生程序設定、該半自動再生程序設定及該全手動再生程序設定，於設定完畢後使該再生裝置601執行上述該自動再生程序、該半自動再生程序及該全手動再生程序。

如上所述，為了達到說明的目的，並深入了解本發明，多數特定細節均已列明。這是非常明顯的，然而，熟知本發明技藝者可實施而不用到這些特定細節。在其他情況，習知結構及裝置都以方塊圖的形式來繪示。在圖示元件間可有中間結構。於此描述或說明的元件可有附加的輸入或輸出而未說明或描述的。該說明原件或元件有可以不同的排序或秩序排列，包含重新排列任何字段或修改字段大小。

本發明可包含多種再生程序。本發明之該再生程序可藉由硬體元件執行或可在電腦可讀取指令裡具體實現，該再生程序可需要一普通用途或特別用途處理器或具該指令之程式化邏輯電路去執行該程序。另外，該再生程序可藉由一硬體或軟體組合來執行。

本發明的某些部分可提供像一電腦程式產品，該產品可包括一含有儲存及就此提出電腦指令之電腦可讀取媒體，該電腦指令可用於編程一電腦(或其他電子裝置)根據本發明去執行一充電程序。該可讀取式電腦媒體可包括但不限於軟碟片、光碟、CD-ROMs(唯讀型光碟)、磁光碟、唯讀記憶體(ROMs)、隨機存取記憶體(RAMs)、可抹除可程式唯讀記憶體(EPROMs)、電子式可抹除可程式唯讀記憶體(EEPROMs)、磁性或光學卡片、快閃記憶體或其他形式的媒體/可讀取式電腦媒體適用於儲存電子指令。

本發明說明中很多方法都以它們最基礎的形式描述，但程序可從任何方法中添加或刪除及資訊可從任何描述的資訊中添加或減去而不偏離本發明基本範圍。這對熟知該項技藝者是顯而易見的，可產生更多的修飾或修改。

本發明說明中各實施例並非用來限制本發明而是用來說明本發明。

如果說一原件〝A〞耦合至原件〝B〞或與原件〝B〞耦合，原件〝A〞可直接耦合至原件〝B〞或舉例而言經由原件〝C〞間接耦合。當該規格指出一元件、功能、結構、程序或特徵A〝需要〞一元件、功能、結構、程序或特徵B，那表示〝A〞至少需求〝B〞的一部分，但那也可是需求〝B〞可協助至少一其他元件、功能、結構、程序或特徵。

如果該規格指出一元件、功能、結構、程序或特徵〝可〞、〝能夠〞包括特殊元件、功能、結構、程序或特徵，並不需要真正包含上述特殊元件、功能、結構、程序或特徵。如果該規格表示〝一〞原件，並不代表只有一個所描述的原件。

一實施例是本發明之一實施或例子。該規格裡的示例〝一實施例〞、〝一個實施例〞、〝一些實施例〞、〝其他實施例〞指的是一特殊功能、結構、或特徵在與該實施例連接所描述包含至少一些實施例而不一定是需要全部實施例。該多種出現的〝一實施例〞、〝一個實施例〞、〝一些實施例〞並不需要指的是該相同實施例。應該明白本發明前述的示範性實施例，本發明的多種功能有時候在一單一實施例、圖表或描述時會組合在一起，以達到精簡本說明書及幫助理解一或多該多種發明態樣。

200．．．流程圖

300．．．流程圖

501．．．蓄電池再生系統

503．．．主電源

505．．．供電開關過流保護單元

509．．．主電源整流濾波單元

511．．．副電源

513．．．高頻開關電源

517．．．處理器

519．．．輸出控制過流保護單元

521．．．資料庫

523．．．無線傳送接收裝置

525．．．電腦系統

527．．．更新檔案

529．．．溫度控制單元

531．．．溫度訊號資料

533．．．溫度訊號資料

601．．．蓄電池再生裝置

603．．．電源輸入元件

605．．．電源輸入開關元件

609．．．開啟工作狀態

611．．．關閉工作狀態

613．．．電源輸出元件

615．．．功能設定介面

617．．．顯示器介面

629．．．無線傳送接收介面

本發明實施例僅為示例而非用此限制本發明，附圖中相同的數字指向相似元件參考符號。

圖1根據一先前技術，說明一傳統脈衝修復方式。

圖2根據一流程圖，說明一使用者在使用一本發明再生裝置的前置作業。

圖3根據一流程圖，說明一種蓄電池再生之方法。

圖4為本發明再生方法之線性雙電流衝激波示意圖。

圖5根據本發明之實施例，說明一種蓄電池再生之系統。

圖6根據本發明之實施例，說明一種蓄電池再生裝置。

501‧‧‧蓄電池再生系統

503‧‧‧主電源

505‧‧‧供電開關過流保護單元

509‧‧‧主電源整流濾波單元

511‧‧‧副電源

513‧‧‧高頻開關電源

517‧‧‧處理器

519‧‧‧輸出控制過流保護單元

521‧‧‧資料庫

523‧‧‧無線傳送接收裝置

525‧‧‧電腦系統

527‧‧‧更新檔案

529‧‧‧溫度控制單元

531‧‧‧溫度訊號資料

533‧‧‧溫度訊號資料

Claims (12)

1. 一種蓄電池再生之方法，包含下列步驟，該蓄電池具有氧化作用產物附著於電極板：檢測該蓄電池之再生前工作狀態訊號；依據檢測所得該再生前工作狀態訊號，用以決定選擇一再生程序參數並執行一再生程序，其中該再生程序包含輸出非脈衝波至電極板，所述的非脈衝波選自諧振波、衝激波及以上兩者之組合；及執行該再生程序完畢後，檢測該蓄電池之一再生後工作狀態訊號。
2. 如請求項1所述之方法，其中該再生程序包含還原該氧化作用產物的還原反應。
3. 如請求項2所述之方法，其中該還原反應發生於該蓄電池之正電極板(陰極)。
4. 如請求項1或2或3所述之方法，其中該氧化作用產物包含硫酸鉛，該蓄電池的電解液包含硫酸。
5. 如請求項1所述之方法，其中該非脈衝波波形包括：正弦波。
6. 如請求項1所述之方法，其中該非脈衝波波形包括：三 角波。
7. 如請求項1所述之方法，其中該脈衝波波形包括：方波。
8. 一種蓄電池再生系統，包含：一主電源，用以提供一再生系統運作執行電源；該主電源耦合至一過電流開關保護單元；及當該主電源輸出電壓過載時，該過電流開關保護單元，用以保護該蓄電池再生系統以免造成損害；一整流濾波單元，與該過電流開關保護單元耦合；該整流濾波單元，用以將該過流開關保護單元所輸出一交流電壓轉換成一直流電壓；及該直流電壓輸出至一副電源及複數高頻開關電源；其中該副電源，用以輸出一電源至一處理器，作為該處理器執行時所需電源；一輸出控制過流保護單元，與該處理器及該些複數高頻開關電源耦合；其中該處理器，用以決定一輸入至該些複數高頻開關電源之直流電改以一頻率交流電輸出；及當該些複數高頻開關電源輸出之該頻率交流電過載時，該輸出控制過流保護單元用以保護該蓄電池再生系統以免造成損害；一溫度控制單元，用以監控一再生程序時蓄電池內部電 解液溫度；其中該溫度控制單元與該處理器耦合，該處理器用以收集該電解液內部溫度並進行判讀，當電解液超過一定溫度時，自動停止對該蓄電池之再生程序，而當電解液低於一定溫度時，自動開啟對該蓄電池之再生程序。
9. 如請求項8所述之系統，更包含：一資料庫，其包含一數量蓄電池資料及一無線傳送接收裝置；其中該資料庫與該處理器耦合，該處理器用以管理該資料庫內所包含該數量蓄電池資料；及該無線傳送接收裝置，用以連接一電腦系統；其中該無線傳送接收裝置藉由該電腦系統，用以無線傳送接收一資料庫更新檔案。
10. 一種蓄電池再生裝置，包含：一交流電輸入元件與一交流電輸入開關元件耦合；其中該交流電輸入元件，用以提供一蓄電池再生裝置所需執行運作之總電源；及該交流電輸入開關元件，用以開啟或關閉該再生裝置執行運作之總電源；一功能設定介面，用以設定該再生裝置操作功能，包含：設定該裝置執行一自動再生程序功能、一半自動再生程 序功能、一全手動再生程序功能及執行時間控制功能。一顯示器介面，用以顯示該再生裝置一工作狀態資訊，包含：一或多蓄電池資訊及該再生裝置目前工作狀態資訊。
11. 如請求項10所述之裝置，更包含：一電源輸出元件，用以輸出對一或多蓄電池再生時所需之再生電源。
12. 如請求項10所述之裝置，更包含：一無線傳送接收介面，用以連結一電腦裝置；其中該電腦裝置可藉由該無線傳輸介面遠端遙控該再生裝置，包含：執行一自動再生程序設定、一半自動再生程序設定、一全手動再生程序設定及一執行時間控制設定；及執行設定完畢後，使該再生裝置執行一自動再生程序、一半自動再生程序、一全手動再生程序及一時間控制程序。