專利名稱：電池修復(fù)方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于修復(fù)電池、優(yōu)選用于修復(fù)鉛電池、鎳鎘電池和鎳金屬電池的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
電池或蓄能器能夠儲存電荷或能量，因而可用于許多不同的應(yīng)用。電池主要分為兩類一次電池和二次電池。一次電池的化學(xué)組成為例如鋅-碳、氯化鋅、堿、鋰、鋰-氧化銅和鋰-二氧化錳，而二次電池的化學(xué)組成為例如NiCd、鉛酸、NiMH NiZn和鋰離子。二次電池的特征還在于可再次充電。濕電池、酸電池或鉛電池能夠儲存大量的能量并提供大的浪涌電流，因而優(yōu)選用于諸如轎車、卡車、輪船等車輛。這對于幾乎每天要重復(fù)使用的牽引用電池，即用于例如電動卡車和叉車中的電池(諸如家具或食品儲存?zhèn)}庫等物流企業(yè)中沒有這種電池則不能經(jīng)營)或者用于重要公共職能中的電池如醫(yī)院和電信局的固定電池以及用于火車、貨車、巴士等的啟動用電池尤其重要。簡言之，可以將電池描述為一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的設(shè)備，并且電池中所包含的能量通常以安培-小時(Ah)來度量。例如，如果電池具有75Ah的容量，則該容量可以看作為在理想情況下可在75小時內(nèi)傳遞IA電流、在25小時內(nèi)傳遞3安培電流或在1小時內(nèi)傳遞75安培電流的電荷總量。通常，可傳遞的最小電流和最大電流受電池類型限制。濕電池由多個單格電池(伏打電池)構(gòu)成，并且為了在濕電池中產(chǎn)生較高的電勢， 這些單格電池彼此連接并以該濕電池的正、負(fù)極端子(或者電極)端接。此外，還具有密封電池，其中電解液為凝膠形式。每個單格電池由兩個電極(正極和負(fù)極)構(gòu)成，這兩個電極浸沒在包含離子(陰離子和陽離子)的導(dǎo)電的離解液體或溶液中。通常由溶解在水中的硫酸(H2SO4)構(gòu)成的液體被稱作電解液，其電導(dǎo)率的決定因素是對自由載流子的獲取，如在良金屬導(dǎo)體(例如，銅) 中那樣。與金屬的一個區(qū)別是在電解液中存在正載流子和負(fù)載流子，其中，電荷由運(yùn)動的正離子和負(fù)離子(分解的分子)攜帶。在金屬導(dǎo)體中，自由載流子僅以電子(負(fù)電荷)形式存在。硫酸(H2SO4)的每個分子分解成兩個正的氫離子(H+)和一個硫酸根離子(SO/—)，每個正的氫離子缺少一個電子，而硫酸根離子具有兩個自由電子(多出兩個電子)。硫酸根離子和氫離子與電極的物質(zhì)(例如，銅、鉛、鋅等不同化合物)結(jié)合，在電極處，電子及其電荷被釋放或者說被吸收。連接到電池電極(端子或極點)的外部電路中的電流由電子(即， 例如銅導(dǎo)線中的自由電子)承載，并且電極(在這里為每個電極中未浸沒在電解液中的部分，即極點)在電池和使用來自該電池的電流的設(shè)備(例如，轎車的啟動引擎、發(fā)電機(jī)、牽引用引擎等)之間提供物理接口。最常用的濕電池類型之一為鉛酸蓄電池或鉛蓄電池。雖然這類電池已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，但是為了更清楚地說明需要本發(fā)明以及為了定義重要的概念，這里將較詳細(xì)地描述其結(jié)構(gòu)和功能。但是這種說明也很方便，因為這類電池的主要功能與大多數(shù)可再充電的電池類型的主要功能類似，因此構(gòu)成解釋各種修復(fù)方法和再充電方法之間的區(qū)別的重要基礎(chǔ)。鉛酸蓄電池的單格電池的電極由兩個固體鉛板(即正極和負(fù)極)構(gòu)成。負(fù)極或負(fù)極板通常由無定形鉛或多孔金屬鉛構(gòu)成，而正極或正極板通常由氧化鉛(過氧化鉛1 ) 構(gòu)成。當(dāng)對可再充電的電池充電時，通過外部源在該電池的端子處供給的電壓和/或電流將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。在鉛酸蓄電池中，在充電期間，在正極板和負(fù)極板進(jìn)行的電化學(xué)反應(yīng)為正極板PbS04+2H20— Pb02+4H++S02_4+2e"負(fù)極板PbS04+2e-— Pb+S0%總反應(yīng)2PbS04+2H20— Pb02+Pb+2H2S04在鉛酸蓄電池的放電期間，通過與硫酸(H2SO4)的反應(yīng)放出電子，由此形成硫酸鉛 (PbSO4),并且在外部電路中以正極板到負(fù)極板的方向從該電池獲取電流。在電池內(nèi)部的放電期間，在正極板和負(fù)極板進(jìn)行的電化學(xué)反應(yīng)為正極板PbA+4H++S0%+2e-— PbS04+2H20負(fù)極板fb+SO廣一PbS04+2e"總反應(yīng)Pb02+Pb+2&S04— 2PbS04+2H20也就是說，隨著放電形成硫酸鉛(PbSO4)，且化學(xué)反應(yīng)將這兩個極板或電極變成硫酸鉛(PbSO4)。此外，電解液失去溶解的硫酸并且變成主要是水，這導(dǎo)致酸密度降低。如果硫酸鉛(PbSO4)變得越來越晶化，則會非常難以溶解并且會粘附在電極上。在蓄電池的多次放電和充電期間，硫酸鉛會不可避免地轉(zhuǎn)化成在再充電期間不再溶解的穩(wěn)定的結(jié)晶體形式，并且由于并非所有的鉛都被吸收回電池極板上，所以用于生成電的活性材料的量隨時間減少。該過程被稱為硫酸化或硫酸鹽化，由于鉛板被越來越大的硫酸鉛(PbSO4)結(jié)晶體所覆蓋，因此，除了由于它導(dǎo)致屈曲而可能毀壞極板(這本身會顯著縮短單格電池的壽命) 之外，硫酸鹽化的問題之一是這些結(jié)晶體通過大的粘附結(jié)晶體而物理上阻礙電解液流體進(jìn)入極板處的無定形鉛的孔隙中，從而妨礙再充電。硬硫酸鉛還是非導(dǎo)電材料，當(dāng)其覆蓋電極板時，導(dǎo)致電化學(xué)反應(yīng)所需的面積減小。通常，標(biāo)準(zhǔn)的三相充電器以固定電流充電開始。當(dāng)電壓達(dá)到預(yù)定電壓時，充電器切換到該預(yù)定電壓，不久后電流通常下降到該固定電流以下。當(dāng)達(dá)到該類型電池的維持電流時，該充電器終止操作。通過這種方式，充電器總是可以獨立于電池的狀態(tài)而啟動充電。然而，充電器對于嚴(yán)重硫酸鹽化的電池不起作用。理論上通常有三種類型的硫酸鉛。一種是軟硫酸鉛，該軟硫酸鉛伴隨常規(guī)充電而分解。第二種是通常僅在均衡充電(在工業(yè)電池維護(hù)中實施的受控制的過量充電)期間分解的硬硫酸鉛。最后一種是即使在均衡充電期間也不分解的非常硬的硫酸鉛。在鉛酸蓄電池中，幾乎所有的修復(fù)方法的目的都是試圖分解硫酸鹽結(jié)晶體并將電池極板恢復(fù)成無定形狀態(tài)?，F(xiàn)有技術(shù)中用于逆轉(zhuǎn)硫酸鹽化的方法的問題是存在過量充電的風(fēng)險，這通常導(dǎo)致使電池“氣化”(即氣化電壓)。由于產(chǎn)生氣體和熱量增加具有損壞電池并縮短其壽命的風(fēng)險，因此氣化電壓通常是現(xiàn)有技術(shù)中試圖避免該風(fēng)險的條件。由于存在過量充電和氣化的風(fēng)險，因此通常會減小供電，則電池的修復(fù)在很多情況下是不完全的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供用于修復(fù)電池的方法和設(shè)備，藉此，可以在氣化電壓(gassing voltage)期間保持高的電壓和電流而不損壞電池，并且利用了以下認(rèn)識，即， 以能量平衡地供給恒定整流功率(constant rectifying power)和脈沖整流功率(pulsed rectifying power)相比現(xiàn)有技術(shù)中用于修復(fù)的已知方法和設(shè)備具有更好的效果。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明涉及一種用于修復(fù)電池的方法，該電池優(yōu)選為具有至少一個單格電池的鉛酸蓄電池，該方法包括將設(shè)備與電池連接以及確定電池類型的步驟，其特征在于，包含以下步驟計算能量平衡，在間斷性時段中向所述至少一個單格電池供給恒定整流功率和脈沖整流功率，以及確定結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明涉及用于修復(fù)電池的設(shè)備，該電池優(yōu)選為具有至少一個單格電池的鉛酸蓄電池，該設(shè)備包括用于將該設(shè)備連接到電池的導(dǎo)線，用于測量電壓和電流的電壓和電流測量裝置，以及用于確定電池類型的邏輯電路裝置；其特征在于，該邏輯電路裝置還用于計算能量平衡；其特征還在于，該設(shè)備包括電源切換裝置，該電源切換裝置用于在間斷性時段中向所述至少一個單格電池供給恒定整流功率和脈沖整流功率；并且其特征還在于該邏輯電路裝置還用于確定結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明還涉及一種用于修復(fù)電池的方法，其中，將恒定整流功率和脈沖整流功率以預(yù)定的順序和比例供給所述至少一個單格電池；其中，以脈沖整流功率供給的能量總量為以恒定整流功率供給的能量總量的5倍，并且符合能量平衡；并且，其中恒定整流功率的恒定整流電壓具有與氣化電壓相等的電勢，并且，其中脈沖整流功率的脈沖整流電壓具有在氣化電壓之上的電勢；其中，在間斷性時段中供給恒定整流功率的時間通常在0. 8-7秒的范圍內(nèi)，并且，其中在間斷性時段中供給脈沖整流功率的時間通常在100ms-500ms的范圍內(nèi)；其中，確定結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)的步驟包括在電池已實現(xiàn)所計算或估計出的能量平衡時結(jié)束供給恒定整流功率和脈沖整流功率，并且，其中所述確定結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)包括測量靜止電壓的步驟以及在靜止電壓已經(jīng)達(dá)到特定值時停止向電池供給恒定整流功率和脈沖整流功率的步驟， 其中，該特定值比氣化電壓略高。本發(fā)明還涉及一種用于修復(fù)電池的設(shè)備，其中，電源切換裝置包括用于以預(yù)定的順序和比例供給恒定整流功率和脈沖整流功率的裝置；其中，以脈沖整流功率供給的能量值為以恒定整流功率供給的能量值的5倍，并且符合由邏輯電路裝置計算出的能量平衡； 其中，電源切換裝置包括用于供給恒定整流功率的恒定整流電壓使其具有與氣化電壓相等的電勢，以及供給脈沖整流功率的脈沖整流電壓使其具有在氣化電壓之上的電勢；其中， 通過電源切換裝置在間斷性時段中供給恒定整流功率的時間通常在0. 8-7秒的范圍內(nèi)，并且，其中通過電源切換裝置在間斷性時段中供給脈沖整流功率的時間通常在100ms-500ms 的范圍內(nèi)；其中，邏輯電路裝置包括用于確定結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)的裝置，所述確定結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)包括在電池已實現(xiàn)所計算或估計出的能量平衡時結(jié)束供給恒定整流功率和脈沖整流功率的步驟，其中電壓和電流測量裝置包括用于測量靜止電壓的裝置；并且邏輯電路裝置包括用于在該靜止電壓已經(jīng)達(dá)到特定值時停止向電池供給恒定整流功率和脈沖整流功率的裝置，其中，該特定值比氣化電壓略高。


下面將參考附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明，附圖中圖1示意性示出根據(jù)本發(fā)明的用于修復(fù)電池的裝置；圖2示意性示出根據(jù)本發(fā)明的用于修復(fù)電池的裝置的另一實施例；圖3示出說明根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。
具體實施例方式在下文中，將參照圖1描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。修復(fù)設(shè)備100包括邏輯電路裝置160、包括至少一個開關(guān)的電源切換裝置130、電壓和電流測量裝置170、變壓器150以及AC/DC轉(zhuǎn)換器140。修復(fù)設(shè)備100還包括正、負(fù)導(dǎo)線(110、111)，該正、負(fù)導(dǎo)線分別連接到電池300的正端子(或正電極)310和負(fù)端子(或負(fù)電極)311 ；以及溫度測量裝置112，該溫度測量裝置112也連接到電池300。與電源設(shè)備 10連接的電源線50連接到該修復(fù)設(shè)備100。修復(fù)設(shè)備100還可包括邏輯電路裝置160，該邏輯電路裝置160還至少包括可讀寫存儲裝置161、通信接口單元181 (例如鍵盤或任何有線接口、無線接口 )以及顯示單元 182，即顯示器。圖2中示出本發(fā)明的此類實施例。通過變壓器150，電壓被轉(zhuǎn)換成提供給AC/DC轉(zhuǎn)換器140和電源切換裝置130的優(yōu)選值。AC/DC轉(zhuǎn)換器還將電源提供給修復(fù)設(shè)備100中包括的所有部件。主控制由邏輯電路裝置160(即控制裝置)實現(xiàn)，該邏輯電路裝置160例如為具有電路的適當(dāng)編程的數(shù)字微處理器或者包括模擬電路的調(diào)節(jié)器。邏輯電路裝置160控制電源切換裝置130來通過正導(dǎo)線110和負(fù)導(dǎo)線111打開或關(guān)閉對電池300的供電。邏輯電路裝置160還可用于根據(jù)由電壓和電流測量裝置170(監(jiān)測電路)監(jiān)測到的或者通過通信接口 181監(jiān)測到的電壓和/或電流讀數(shù)來控制對電源切換裝置130的供電。溫度測量裝置112(例如溫度計、恒溫器、熱電偶等)與修復(fù)設(shè)備100連接，并被放置在電池300中或電池300處，以在修復(fù)期間給出電池300的溫度讀數(shù)，或者在超過溫度閾值或溫度增加過快時發(fā)出信號。在任一方式中，可暫停修復(fù)設(shè)備100，或者設(shè)置修復(fù)設(shè)備 100以改變其電源以及緊急停止修復(fù)。在圖3中，示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的用于修復(fù)電池300的步驟S100-S500。在下文中，將結(jié)合修復(fù)設(shè)備100詳細(xì)解釋步驟S100-S500。在第一步驟(S100)中，將修復(fù)設(shè)備100(即用于修復(fù)的設(shè)備)連接至電池300，優(yōu)選是通過將正導(dǎo)線Iio和負(fù)導(dǎo)線111分別連接到電池300的正端子310和負(fù)端子311而進(jìn)行連接，但如果必要，修復(fù)設(shè)備100的正導(dǎo)線110和負(fù)導(dǎo)線111也可連接到單獨的單格電池。修復(fù)設(shè)備100還連接到電源線50，而電源線50連接到電源設(shè)備10，例如配電網(wǎng)(即電力干線)，但是電源10可由任何合適的電源來提供。通常，在修復(fù)開始之前根據(jù)針對具體電池類型(例如，牽引用電池、固定電池或啟動用電池)的標(biāo)準(zhǔn)放電程序?qū)﹄姵?00進(jìn)行放電。在修復(fù)開始之前還可測量靜止電壓、溫度和比重(即相對酸密度，通常為g(H2S04)/cm3(H20))，或者，如果難以進(jìn)入電池(例如為密閉型電池)的內(nèi)部，則測量電阻。這些測量值可作為測量數(shù)據(jù)而進(jìn)行存儲、處理和評估。當(dāng)計算或估計特定電池的能量平衡時，可使用該測量數(shù)據(jù)。在一示例性示例中，電池電壓、近似充電(approximate charge)、相對酸密度的典型值之間的關(guān)系如下面的表1所示表 權(quán)利要求
1.一種用于修復(fù)電池的方法，所述電池優(yōu)選為具有至少一個單格電池的鉛酸蓄電池， 該方法包括將設(shè)備(100)與電池(300)連接以及確定電池類型的步驟，其特征在于，包括以下步驟計算能量平衡；在間斷性時段中向所述至少一個單格電池供給恒定整流功率和脈沖整流功率；以及確定結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，以預(yù)定的順序和比例將所述恒定整流功率和所述脈沖整流功率供給所述至少一個單格電池。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，以脈沖整流功率供給的能量總量為以恒定整流功率供給的能量總量的5倍，并且符合能量平衡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的方法，其中，恒定整流功率的恒定整流電壓具有與氣化電壓相等的電勢，并且，其中脈沖整流功率的脈沖整流電壓具有在氣化電壓之上的電勢。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的方法，其中，在間斷性時段中供給恒定整流功率的時間通常在0. 8-7秒的范圍內(nèi)，并且，其中在間斷性時段中供給脈沖整流功率的時間通常在100ms-500ms的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的方法，其中，確定所述結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)包括在所述電池 (300)已實現(xiàn)所計算或估計出的能量平衡時結(jié)束供給所述恒定整流功率和脈沖整流功率的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的方法，其中，確定所述結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)包括以下步驟測量靜止電壓，以及在該靜止電壓已達(dá)到特定值時停止向電池(300)供給恒定整流功率和脈沖整流功率。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述特定值比氣化電壓略高。
9.一種用于修復(fù)電池的設(shè)備(100)，該電池優(yōu)選為具有至少一個單格電池的鉛酸蓄電池，該設(shè)備包括用于將該設(shè)備(100)連接至電池(300)的導(dǎo)線(110，111)，用于測量電壓和電流的電壓和電流測量裝置(170)，以及用于確定電池類型的邏輯電路裝置(160)；其特征在于，該邏輯電路裝置(160)還用于計算能量平衡；并且該設(shè)備(100)包括電源切換裝置 (130)，該電源切換裝置用于在間斷性時段中向所述至少一個單格電池供給恒定整流功率和脈沖整流功率；并且該邏輯電路裝置(160)還用于確定結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，電源切換裝置(130)包括用于以預(yù)定的順序和比例供給恒定整流功率和脈沖整流功率的裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的設(shè)備，其中，以脈沖整流功率供給的能量值為以恒定整流功率供給的能量值的5倍，并且符合由邏輯電路裝置(160)計算出的能量平衡。
12.根據(jù)權(quán)利要求9-11任一項所述的設(shè)備，其中，電源切換裝置(130)包括用于供給恒定整流功率的恒定整流電壓使其具有與氣化電壓相等的電勢、以及供給脈沖整流功率的脈沖整流電壓使其具有在氣化電壓之上的電勢的裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求9-12任一項所述的設(shè)備，其中，在間斷性時段期間通過所述電源切換裝置(130)供給恒定整流功率的時間通常在0. 8-7秒的范圍內(nèi)，并且，其中在間斷性時段期間通過所述電源切換裝置(130)供給脈沖整流功率的時間通常在100ms-500ms的范圍內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9-13任一項所述的設(shè)備，其中，所述邏輯電路裝置(160)包括用于確定結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)的裝置，所述確定結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)包括在電池(300)已實現(xiàn)所計算或估計出的能量平衡時結(jié)束供給恒定整流功率和脈沖整流功率的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求9-14任一項所述的設(shè)備，其中，電壓和電流測量裝置(170)包括用于測量靜止電壓的裝置；并且邏輯電路裝置(160)包括用于在所述靜止電壓已經(jīng)達(dá)到特定值時停止向電池(300)供給恒定整流功率和脈沖整流功率的裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中，所述特定值比氣化電壓略高。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于修復(fù)電池的方法，所述電池優(yōu)選為具有至少一個單格電池的鉛酸蓄電池，該方法包括將設(shè)備(100)與電池(300)連接并確定電池類型的步驟，其特征在于，包括計算能量平衡；在間斷性時段中向所述至少一個單格電池供給恒定整流功率和脈沖整流功率；以及確定結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。
文檔編號H01M10/42GK102332615SQ20101056046
公開日2012年1月25日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日
發(fā)明者拉爾斯·阿雷南德 申請人:庫巴特克公司