專利名稱：一種能量平衡鉛酸蓄電池的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于鉛酸蓄電池技術領域，尤其涉及一種可避免過充、欠充 的鉛酸蓄電池。
背景技術：
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成熟、 成本低廉，跟隨負荷輸出特性好，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，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 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 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)部的化學反應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)外研究機構(gòu)和電池企業(yè)致力于尋找及
研發(fā)相應技術。中國實用新型專利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電路"(US5982144)，采用分流集成為核心 作定值穩(wěn)壓充電保護，采用集成穩(wěn)壓電路進行定時充電，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基礎做出改進，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，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。
本實用新型解決其技術問題所采取的技術方案是
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)，單體蓄電池的負極與平衡棒負極聯(lián)結(jié)，所述平衡棒的正向壓降大于單體 蓄電池的實際最高電壓，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)壓器基準穩(wěn)壓值為2.20V 2.40V，基準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。
本實用新型工作原理為-
假設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，在充電時使用本實用新型能量平衡
蓄電池修補恢復如初，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。
本實用新型相比現(xiàn)有技術的蓄電池的有益效果還在于其生產(chǎn)成本低，本 實用新型蓄電池如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)有技術中采用防過充等電路設置的蓄電池要高出2倍。


圖1為本實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。
具體實施方式
以下是對本實用新型的詳細描述，通過詳細描述以及其后的附圖說明和具體實施方式
，以清楚地理解本實用新型。
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的負極分別與平 衡棒負極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，基準電壓溫度變動值小于120ppm廣C，正 向漏電流小于50uA即可。因為電路設計領域的技術人員可以根據(jù)上述參 數(shù)，設計多種此分流穩(wěn)壓電路，在此不再列舉。
從本實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。假設經(jīng)第一放電反應生成硫酸 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，因為平衡棒1、 2、 3
是并聯(lián)在ABC上，所以U^U,、 Ub=U2、 Uc=U3，即U2〉U產(chǎn)U3。
假設平衡棒限流電阻R為O.SQ時，分流穩(wěn)壓器基準穩(wěn)壓值為2.30V，單
體充電電壓為2.40V時，當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，因為a點的電壓是穩(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)壓器基準穩(wěn)壓值在2.20V 2.40V范圍內(nèi)， 基準電壓溫度變動值小于120ppm/°C，經(jīng)實驗檢測，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載。所以平衡棒可以將單體的落后修補如初， 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驗-
試驗電池同一批次生產(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。
實驗儀器數(shù)字式臺式萬用表(MS8050) 3臺，數(shù)字溫度計&溫度數(shù)據(jù) 采集器(1502A型熱電阻(RTD)數(shù)字溫度計)1臺，LQY-1型振筒氣壓儀1臺， 300mm數(shù)字游標卡尺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準GB/T19639.1-2005 《小型閥控密封式鉛酸蓄電池技術條件》的試驗方法的要求。
實驗方法GB/T19639.1-2005《小型閥控密封式鉛酸蓄電池技術條件》
18只鉛酸蓄電池進行循環(huán)試驗，先進行容量測試。
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壽命試驗方法進行進行循環(huán)試驗；
經(jīng)四個月半時間試驗；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，進行了600次循環(huán)后未見容量衰減。
經(jīng)對比性試驗證明，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，因為在充電時，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為標準的話，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；進入第三階段，如果充電器已終充電，因為平 衡棒的正向壓降大于單體蓄電池的實際最高電壓，小于單體蓄電池的充電電 壓，平衡棒停止工作，如果充電器進入休眠狀態(tài)，平衡棒將繼續(xù)工作。
權利要求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)，單體蓄電池的負極與平衡棒負極聯(lián)結(jié)，所述平衡棒的正向壓降大于單體蓄電池的實際最高電壓，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)壓器基準穩(wěn)壓值為2.20V～2.40V，基準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領域，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)，單體蓄電池的負極與平衡棒負極聯(lián)結(jié)，所述平衡棒的正向壓降大于單體蓄電池的實際最高電壓，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)壓器基準穩(wěn)壓值為2.20V～2.40V，基準電壓溫度變動值小于120ppm/℃，正向漏電流小于50uA。本實用新型結(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)先權日2007年5月27日
發(fā)明者林子進 申請人:臺州正方位電子有限公司