專利名稱：一種能量平衡鉛酸蓄電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于鉛酸蓄電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可避免過充、欠充 的鉛酸蓄電池。
背景技術(shù)：
鉛酸蓄電池放電工作電壓較平穩(wěn)，既可小電流放電，也可很大電流放電，
工作溫度范圍寬，可在-4(TC 65t:范圍中工作，同時鉛酸蓄電池技術(shù)成熟、 成本低廉，跟隨負(fù)荷輸出特性好，成為蓄電池使用較廣的重要產(chǎn)品。
但現(xiàn)有的鉛酸蓄電池存在明顯缺點(diǎn)，質(zhì)量大，質(zhì)量比能量低，循環(huán)使用 壽命短。鉛酸蓄電池壽命長短取決于充電電流和時間，而時間的長短與蓄電 池放電深度成正比，也就是說充電電流越大、放電深度越深，鉛酸蓄電池的 壽命將縮短。單體蓄電池的過充欠充、單體蓄電池之間的能量不平衡容易導(dǎo) 致蓄電池過早老化、使用壽命短。單體不平衡會造成溫度迅速升高，可能導(dǎo) 致熱失控，使電池殼鼓包變型，電解液硫酸從電池的密封部位溢出，電池過 充電肯定會造成電池失水，電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)因失水所需原料供給不足， 必然會造成容量降低。
為了解決單體不平衡的問題，國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)和電池企業(yè)致力于尋找及
研發(fā)相應(yīng)技術(shù)。中國實(shí)用新型專利CN2154538Y"組合式可充堿性鋅錳電池"，
在每個可充堿性鋅錳電池之間并聯(lián)一條可自動通斷的分流控制電路，此分流 控制電路由兩只二極管和一只電阻組成，二極管作限壓，電阻作限流，此技 術(shù)方案僅適用于堿性鋅錳電池而且以硅二極管分流，工作電壓范圍比較大，
工作電壓隨電流的增大而升高，隨溫度的升高導(dǎo)通的電壓漂移也比較大，正 向漏電流較大(毫安級)，只能安裝于充電器電路中，與電池結(jié)合時大電流漏 泄將會明顯縮短蓄電池存儲壽命。
1997年美國Lonnie G .Johnson, Smyrna; Yong Su，Atlanta, both of Ga， 發(fā)明的"可充電電池電源過充保護(hù)電路"(US5982144)，采用分流集成為核心 作定值穩(wěn)壓充電保護(hù)，采用集成穩(wěn)壓電路進(jìn)行定時充電，以相同電壓充電時， 各單體蓄電池充滿所需時間不同，但以相同的時間和相同的電壓充電時，由 于蓄電池中各單體之間性能本身存在一定誤差，就會產(chǎn)生誤差性的過充和欠 充。另外現(xiàn)有檢測電路是用充電電流大小來判斷蓄電池是否充滿，此方案采 用定值穩(wěn)壓，電池飽和度將無法檢測。
中國發(fā)明專利CN1592997A (公告日2005年3月9日)美國鋅矩陣動力 公司申請的"蓄電池充電系統(tǒng)"，它是在US5982144基礎(chǔ)做出改進(jìn)，但核心原 理與上述US5982144相同，是以分流集成為核心作定值穩(wěn)壓充電保護(hù)，沒有 克服誤差性的過充和欠充問題。
本發(fā)明人提出CN2896539 "能量平衡蓄電池"和CN1767246 "能量平衡 蓄電池平衡棒"，CN1889298"能量平衡蓄電池平衡棒"，為克服單體蓄電池存 在過充欠充以保證單體之間能量平衡，在各單體蓄電池兩端并聯(lián)于一種平衡 棒，平衡棒為限壓分流電路，提升單體性能得到一定程度的改善，但仍舊存 在鉛酸蓄電池容量提升不足的缺陷。
鑒于上述原因，需要尋找能有效保護(hù)鉛酸蓄電池避免欠充和過充，促使 鉛酸蓄電池整體容量能得到體現(xiàn)，使用循環(huán)壽命得到延長的解決方案。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型之目的在于提供一種充分提升鉛酸蓄電池容量的性能，提窩
使用壽命的能量平衡鉛酸蓄電池。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是
一種能量平衡蓄電池，由兩個或兩個以上的單體蓄電池串聯(lián)組成，每個 單體蓄電池的極板之間裝有一個平衡棒，單體蓄電池的正極與平衡棒正極聯(lián) 結(jié)，單體蓄電池的負(fù)極與平衡棒負(fù)極聯(lián)結(jié)，所述平衡棒的正向壓降大于單體 蓄電池的實(shí)際最高電壓，小于單體蓄電池的充電電壓，其特征在于所述平衡 棒由一電阻R和分流穩(wěn)壓器組成，所述電阻的阻值在0.01Q 2Q，所述分流 穩(wěn)壓器基準(zhǔn)穩(wěn)壓值為2.20V 2.40V，基準(zhǔn)電壓溫度變動值小于120ppm/°C， 正向漏電流小于50uA。
電阻的阻值可根據(jù)蓄電池的容量大小而調(diào)整，越大的蓄電池容量選擇較 低阻值的電阻，本實(shí)用新型平衡棒的工作電流大小根據(jù)鉛酸蓄電池的容量大 小及用途所決定。
本實(shí)用新型工作原理為-
假設(shè)其中一個單體蓄電池落后5Q^，平衡棒正常工作電流為50mA，先用 1A恒流充電時，通過其余單體蓄電池的電流為0.95A，通過并聯(lián)其兩端的平 衡棒電流為0.05A;通過落后單體蓄電池的電流為1A，則通過并聯(lián)在落后單 體蓄電池兩端的電流小于50uA。在充電過程中，通過單體蓄電池的電流在 不斷改變，通過并聯(lián)其兩端的平衡棒電流大小也隨之改變，從而保證各單體 蓄電池電離的均勻性，促使各單體蓄電池差距趨于平衡。
本實(shí)用新型的能量平衡蓄電池具有能量分配均勻的性能，可有效平衡單 體落后，使每只單體都可以正常工作，單體蓄電池電壓偏差、放電深度及單 體間容量公差對整體來說影響很小。
能量平衡蓄電池也解決了單體不平衡而造成的過充問題，蓄電池剛出廠
時單體落后小，經(jīng)蓄電池每一次放電完，在充電時使用本實(shí)用新型能量平衡
蓄電池修補(bǔ)恢復(fù)如初，充電電壓分配也是比較均勻的；充電電壓為定值，如 12V鉛酸蓄電池是由6個單體組成的，浮充電壓是14.4V，每一單格電壓為 2.4V,蓄電池中的溶液有硫酸鉛、硫酸和水，等溶液中硫酸鉛完全電離完后， 各單體漏電流是定值的，對平衡棒定值的電壓，電流也是定值，現(xiàn)有的充電
器大多是以監(jiān)視電流的大小來控制蓄電池是否充滿，所以本實(shí)用新型能量平 衡蓄電池對檢測電路不影響，可通過檢測電池的飽和度避免過充或欠充，蓄 電池的使用壽命也將會延長。
本實(shí)用新型相比現(xiàn)有技術(shù)的蓄電池的有益效果還在于其生產(chǎn)成本低，本 實(shí)用新型蓄電池如20Ah鉛酸蓄電池一只平衡棒的價格為人民幣0.7元左右， 現(xiàn)有技術(shù)中采用防過充等電路設(shè)置的蓄電池要高出2倍。


圖1為本實(shí)用新型能量平衡蓄電池的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1中平衡棒結(jié)構(gòu)原理圖3為本實(shí)用新型能量平衡蓄電池安裝結(jié)構(gòu)示意圖，其中平衡棒置于蓄 電池內(nèi)；
圖4為能量平衡蓄電池另一安裝結(jié)構(gòu)示意圖，其中平衡棒置于蓄電池外部。
具體實(shí)施方式
以下是對本實(shí)用新型的詳細(xì)描述，通過詳細(xì)描述以及其后的附圖說明和具體實(shí)施方式
，以清楚地理解本實(shí)用新型。
圖l所示的能量平衡棒，由一只電阻R和一只分流穩(wěn)壓器IC組成，R的 阻值在0.01 Q 2 Q ，分流穩(wěn)壓器IC的基準(zhǔn)電壓值在2.20V 2.40V的范圍內(nèi)。
圖2所示的能量平衡蓄電池，由三個單體蓄電池A、 B、 C串聯(lián)組成，每 個單體蓄電池的極板4之間裝有一個平衡棒，包括單體蓄電池A、 B、 C的正 極分別于平衡棒l、 2和3正極聯(lián)結(jié)，單體蓄電池A、 B、 C的負(fù)極分別與平 衡棒負(fù)極l、 2和3聯(lián)結(jié)。
三個單體蓄電池A、 B、 C、極板4、隔離板5、電槽6和電解液7裝在外 殼內(nèi)以上蓋8內(nèi)，圖3中平衡棒1、 2和3在蓄電池內(nèi)部，與電解液7之間以 隔離板5分隔，圖4中平衡棒1、 2和3在蓄電池外部。
平衡棒l、 2和3都是由一電阻R和IC分流穩(wěn)壓器8串聯(lián)組成，電阻R 的阻值為2Q以下，電阻R可以為金屬膜電阻，阻值可以為100mA-lQ,133 mA-0.75 Q ,200 mA-0.5 Q ， 300mA-033 Q等等。在合上電源的瞬間，電源的正 或負(fù)半周的峰-峰值會產(chǎn)生的很大瞬間電流，限流電阻R可以保證電路的安 全。
分流穩(wěn)壓器8的穩(wěn)壓值為2.20V 2.40V，基準(zhǔn)電壓溫度變動值小于 120ppm/°C，正向漏電流小于50uA。工作電流大小根據(jù)鉛酸蓄電池的容量大 小及用途所決定。
分流穩(wěn)壓器8的電路圖可以為附圖3所示，但是并不限于此，只要滿 足穩(wěn)壓值于2,20V 2.40V之間，基準(zhǔn)電壓溫度變動值小于120ppm廣C，正 向漏電流小于50uA即可。因?yàn)殡娐吩O(shè)計(jì)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)上述參 數(shù)，設(shè)計(jì)多種此分流穩(wěn)壓電路，在此不再列舉。
從本實(shí)施例來再分析蓄電池的工作過程
蓄電池組包括單體蓄電池A、單體蓄電池B和單體蓄電池C，電阻和分 流穩(wěn)壓器1并聯(lián)于單體蓄電池A，電阻和分流穩(wěn)壓器2并聯(lián)于單體蓄電池B， 電阻3和分流穩(wěn)壓器3并聯(lián)于單體蓄電池C。假設(shè)經(jīng)第一放電反應(yīng)生成硫酸 鉛，各單體硫酸鉛中的鉛離子A為IOOO個、B為980個、C為1000個，硫 酸濃度一樣，此時單體落后為2%。
進(jìn)入第一次充電，A、 C硫酸鉛濃度較高，內(nèi)阻較小，B硫酸鉛濃度較低，
內(nèi)阻較大；通電時，在電流相同下，它們兩端的壓降也是不同的，即UA=UC
<UB，此時并聯(lián)在單體蓄電池B的平衡棒2電流將發(fā)生突變，鉛酸蓄電池在
單體充電電壓U》2.4V，充電電流I》15%C2/h，每單格電池初時充電電壓U
》2.3V，此電壓與充電電流成正比，此時UB>UA=UC，因?yàn)槠胶獍?、 2、 3
是并聯(lián)在ABC上，所以U^U,、 Ub=U2、 Uc=U3，即U2〉U產(chǎn)U3。
假設(shè)平衡棒限流電阻R為O.SQ時，分流穩(wěn)壓器基準(zhǔn)穩(wěn)壓值為2.30V，單
體充電電壓為2.40V時，當(dāng)U2—U產(chǎn)0.01V， I2—I產(chǎn)^^-20mA，電流
0.5Q
I總-U+I產(chǎn)lB+l2-Ic+l3，那IA—IB=20mA;如果U2—Uf0.02V時，I2— I產(chǎn)0.02V/0.5Q—0mA,那IA—IB=40mA;我們從附圖1來看，平衡棒的電 流取決于平衡棒兩端的電壓大小而變化，因?yàn)閍點(diǎn)的電壓是穩(wěn)定的，所以 平衡棒兩端的電壓發(fā)生變化，那么平衡棒的電流就隨之而變；我們再從能 量公式來看Q-It，也就是蓄電池容量大小取決于能量Q儲存量的多少，而 能量Q的大小取決于電流I大小與時間t長短的乘積，所以蓄電池單體落后
必須從電流大小來控制。
從上述推導(dǎo)可看出，蓄電池自身最高電壓為2.18V,充電電壓最低電壓
為2.40V,本發(fā)明采用的分流穩(wěn)壓器基準(zhǔn)穩(wěn)壓值在2.20V 2.40V范圍內(nèi)， 基準(zhǔn)電壓溫度變動值小于120ppm/°C，經(jīng)實(shí)驗(yàn)檢測，在不同溫度下分流穩(wěn) 壓器集成電路的工作穩(wěn)定性高，正向漏電流小于50uA時，在蓄電池不工作 時，平衡棒幾乎不成為一個負(fù)載。所以平衡棒可以將單體的落后修補(bǔ)如初， 上述平衡棒可以做到同一時間內(nèi)，把各單體內(nèi)的硫酸鉛完全電離，并長期 跟蹤控制。
容量衰減和使用壽命實(shí)驗(yàn)-
試驗(yàn)電池同一批次生產(chǎn)的6-DZM-10閥控鉛酸蓄電池9只，分為兩組， 第一組不加發(fā)明的平衡棒，9只；第二組為本發(fā)明能量平衡蓄電池，9只。
實(shí)驗(yàn)儀器數(shù)字式臺式萬用表(MS8050) 3臺，數(shù)字溫度計(jì)&溫度數(shù)據(jù) 采集器(1502A型熱電阻(RTD)數(shù)字溫度計(jì))1臺，LQY-1型振筒氣壓儀1臺， 300mm數(shù)字游標(biāo)卡尺l把，智能鉛酸蓄電池充、放電控制儀1臺，XRL—蓄 電池容量測試儀1臺；所有儀器分辨率及精度都符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T19639.1-2005 《小型閥控密封式鉛酸蓄電池技術(shù)條件》的試驗(yàn)方法的要求。
實(shí)驗(yàn)方法GB/T19639.1-2005《小型閥控密封式鉛酸蓄電池技術(shù)條件》
18只鉛酸蓄電池進(jìn)行循環(huán)試驗(yàn)，先進(jìn)行容量測試。
測試結(jié)果如下第一組9只容量為10Ah，第二組9只容量為10.5Ah;按 GB/T19639.1-2005壽命試驗(yàn)方法進(jìn)行進(jìn)行循環(huán)試驗(yàn)；
經(jīng)四個月半時間試驗(yàn)；第一組有6只使用壽命為400次，有2只為480 次，有1只為600次；
第二組9只，進(jìn)行了600次循環(huán)后未見容量衰減。
經(jīng)對比性試驗(yàn)證明，采用本發(fā)明的比沒采用的容量要高出5%，使用壽命 提高了 5倍。
現(xiàn)有的蓄電池使用壽命短，因?yàn)樵诔潆姇r，如果單體落后UB—UA、C=0.08V 的話，同樣浮充電壓是14.4V, UA、C=2.36V， UB=2.44V，如果每一單格電壓 是2.4V為標(biāo)準(zhǔn)的話，那UA、c-2.36V則形成欠充，UB=2.44V就形成過充，如 果不想AB欠充，那單體蓄電池B過充更嚴(yán)重，因此蓄電池將在短時間壽命 廢止。
本發(fā)明能量平衡蓄電池，在充電過程中，通過分流穩(wěn)壓器和低阻值電阻 的平衡，從而保證各單體蓄電池電離的均勻性，使各單體蓄電池差距趨于平 衡。
蓄電池充電過程分三個階段，第一階段為恒流充電，第二階段為穩(wěn)壓充 電，第三階段為終止充電或充電休眠狀態(tài)；第一階段恒流充電時，平衡棒已 經(jīng)開始工作，在同一蓄電池中各平衡棒工作電壓值基本相同，誤差在0.01V 以內(nèi)，當(dāng)該蓄電池內(nèi)部單體不平衡時，則每個單體的充電電壓值不同，即通 過平衡棒的電流大小也不同，由此平衡落后單體；第二階段和第一階段，平 衡棒工作直到電池平衡為止；進(jìn)入第三階段，如果充電器已終充電，因?yàn)槠?衡棒的正向壓降大于單體蓄電池的實(shí)際最高電壓，小于單體蓄電池的充電電 壓，平衡棒停止工作，如果充電器進(jìn)入休眠狀態(tài)，平衡棒將繼續(xù)工作。
權(quán)利要求1、一種能量平衡蓄電池，由兩個或兩個以上的單體蓄電池串聯(lián)組成，每個單體蓄電池的極板之間裝有一個平衡棒，包括單體蓄電池的正極與平衡棒正極聯(lián)結(jié)，單體蓄電池的負(fù)極與平衡棒負(fù)極聯(lián)結(jié)，所述平衡棒的正向壓降大于單體蓄電池的實(shí)際最高電壓，小于單體蓄電池的充電電壓，其特征在于所述平衡棒由一電阻R和分流穩(wěn)壓器組成，所述電阻的阻值為0.01Ω～2Ω，所述分流穩(wěn)壓器基準(zhǔn)穩(wěn)壓值為2.20V～2.40V，基準(zhǔn)電壓溫度變動值小于120ppm/℃，正向漏電流小于50uA。
專利摘要一種能量平衡蓄電池，屬于鉛酸蓄電池技術(shù)領(lǐng)域，由兩個或兩個以上的單體蓄電池串聯(lián)組成，每個單體蓄電池的極板之間裝有一個平衡棒，包括單體蓄電池的正極與平衡棒正極聯(lián)結(jié)，單體蓄電池的負(fù)極與平衡棒負(fù)極聯(lián)結(jié)，所述平衡棒的正向壓降大于單體蓄電池的實(shí)際最高電壓，小于單體蓄電池的充電電壓，其特征在于所述平衡棒由一電阻R和分流穩(wěn)壓器組成，所述電阻的阻值為0.01Ω～2Ω，所述分流穩(wěn)壓器基準(zhǔn)穩(wěn)壓值為2.20V～2.40V，基準(zhǔn)電壓溫度變動值小于120ppm/℃，正向漏電流小于50uA。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，可將各單體蓄電池之間能量分配均勻，有效解決單體落后的問題。
文檔編號H01M10/06GK201066706SQ200720109890
公開日2008年5月28日 申請日期2007年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月27日
發(fā)明者林子進(jìn) 申請人:臺州正方位電子有限公司