專利名稱:大幅度延長電池使用壽命的方法及裝置的制作方法
本發(fā)明涉及干電池再生，特別是涉及一種對干電池再充電以便大幅度延長其使用壽命的方法及裝置。
干電池是一種原電池，或稱一次電池，有鋅-錳干電池、堿性鋅-錳電池等，它們具有使用方便、性能可靠，價格較低，便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)。但其缺點(diǎn)是使用壽命短，特別是在放電電流較大如用于盒式錄音機(jī)之類的電器中時，不僅其電壓有所下降而且內(nèi)阻很快增大，以致不多久就不能帶動負(fù)載，需要經(jīng)常更換。過去人們認(rèn)為干電池是不能充電的，而且在日本出版的電工手冊中還指出一次電池不能充電，有電池破裂的危險。在1980年6月5日公開的日本專利申請?zhí)乇碚?5-500324中提出了一種對干電池進(jìn)行再充電的方法及其裝置，其中在交流電的正半周進(jìn)行充電，在交流電的負(fù)半周進(jìn)行少量放電的一種干電池再充電的方法，其效果是“即使再充電50次仍可能在晶體管收音機(jī)、盒式錄音機(jī)中使用”。
為了進(jìn)一步提高干電池再充電的效果，本發(fā)明的目的是提出一種能大幅度提高干電池使用壽命對干電池進(jìn)行再充電的方法及裝置，可使放電、再充電循環(huán)次數(shù)提高到200次以上仍能繼續(xù)使用。
本發(fā)明所提供的方法是在干電池放電后的較短時間內(nèi)以基本恒定的直流電流對干電池進(jìn)行充電，并使充電的安培小時大體上與放電的安培小時基本相等。
在這里，及時充電很重要，只有在放電后及時充電，并做到充電安培小時大體上與放電的安培小時基本相等，這樣在充電時可使電池在放電時的化學(xué)作用及時反向進(jìn)行，否則在放電時所產(chǎn)生的氣體或其他化學(xué)成份，一旦被電池中的其他物質(zhì)所吸收、而且結(jié)合牢固后，很難再通電流使其分解還原。而且用直流電流充電與用間歇電流充電相比，可以用相對較小的電流來取得既安全又快的充電效果。
在本發(fā)明中還提出了當(dāng)干電池充電到標(biāo)稱電壓值的1.1～1.33倍時停止充電的方法，這是因?yàn)榇藭r充電的安培小時已基本上與放電的安培小時相等，可防止過量充電而引起大量氣體使電池破裂漏液，充電后電池可以長期保存，例如一年。
本發(fā)明還提供一種實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置，具有包括電源變壓器、整流器、濾波器的整流裝置，串聯(lián)在上述整流裝置及輸出端之間的恒流裝置，與輸出端并聯(lián)的在干電池充足后進(jìn)行分流的保護(hù)裝置，以便輸出向干電池充電的基本恒定的直流電流。
本發(fā)明還提供一種為了方便用戶及時充電，使充電裝置與放在有關(guān)電器內(nèi)的干電池進(jìn)行連接的磁性接線器。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是干電池使用壽命大幅度延長，而且裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低，連接方便。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)的說明。附圖中圖1為普通鋅錳電池的電壓及內(nèi)阻對充放電循環(huán)次數(shù)的曲線，其中圖1(a)為每次對于5.5歐姆電阻負(fù)載連續(xù)放電0.5小時的特性曲線，圖1(b)為每次對于5.5歐姆電阻負(fù)載放電1小時的特性曲線，圖1(c)為每次對于5，5歐姆電阻負(fù)載放電兩小時的特性曲線。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的裝置的示意方塊圖;
圖3為根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例的原理電路圖;
圖4為根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施例的原理電路圖;
圖5為根據(jù)本發(fā)明的第三種實(shí)施例的原理電路圖;
圖6為根據(jù)本發(fā)明的一種磁性接線器的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖7為根據(jù)本發(fā)明的另一種磁性接線器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8為分流保護(hù)用的二極管的電流-電壓曲線。
本發(fā)明的方法是在干電池放電后在較短時間內(nèi)以基本恒定的直流電流向干電池充電。放電時機(jī)以盡快充電為佳，其中以放電后三天之內(nèi)較佳，而以一天之內(nèi)最好。向干電池充電的電流方向與其放電電流方向相反，充電時以充到干電池兩端電壓為干電池的標(biāo)稱值的1.1～1.33倍時應(yīng)停止充電，否則會引起漏液，其充電電流基本恒定，電流范圍在50m A到2000m A之間，充電電流小則充電時間過長、充電電流太大則容易使干電池過熱而損壞，例如甲號電池的充電電流可在1～2A之間。1號電池(R20型)的充電電流可在0.2～0.5安之間，以300毫安為宜，2號電池(R14型)的充電電流可在0.2～0.4安之間，以220毫安為宜，4號電池(R10型)的充電電流可在0.15～0.3安之間以180毫安為宜，5號電池(R6型)的充電電流可在0.05～0.2安之間以75～150毫安為宜。從以上數(shù)據(jù)可以看出不同容量的電池有一較佳的充電電流，可以不致破壞電池，如造成內(nèi)部短路、氣化漏液等。使干電池充足而不致過充電造成干電池?fù)p壞也很重要，一般掌握充電的安培小時應(yīng)基本上等于放電的安培小時數(shù)，其體現(xiàn)是充電時干電池電壓升高到一定電壓為準(zhǔn)，故必須進(jìn)行較為精密的過壓保護(hù)方能延長有效使用壽命。對于1號電池充到1.7～2伏/節(jié)，對于2號～4號電池充到1.7～1.9伏/節(jié)，對于5號電池充到1.55～1.7伏/節(jié)就應(yīng)停止充電。用此方法的效果是即使多次放電充電以后，其內(nèi)阻仍小于新品內(nèi)阻(r)的兩倍。其電池電壓及內(nèi)阻隨著充放電次數(shù)的變化情況可見圖1，圖1中以1號(R20型)鋅錳電池為例，放電時負(fù)載電阻為5.5歐姆相當(dāng)于放電電流250～270mA，原內(nèi)阻約為0.5歐姆。圖1(a)為每次連續(xù)放電0.5小時的曲線，放電后當(dāng)天進(jìn)行充電，共可使用400次循環(huán)以上，內(nèi)阻r增長在一倍以內(nèi)，即內(nèi)阻r從0.5～1歐姆，電池帶載電壓維持在1.4伏以上。圖1(b)為每次連續(xù)放電1小時，當(dāng)天充電，電池帶載電壓可維持在1.2伏～1.3伏以上，內(nèi)阻r＜0.7～1歐姆，可循環(huán)使用次數(shù)在280次以上。圖1(c)為每次連續(xù)放電2小時，當(dāng)天充電，可使用200次循環(huán)以上，內(nèi)阻r＜0.7～1歐姆，電池帶載電壓在1.1伏以上。而對于堿性鋅錳電池其實(shí)驗(yàn)結(jié)果優(yōu)于鋅錳電池，其帶載電壓可高出0.1～0.2伏，其內(nèi)阻＜0.8歐姆，可使用的循環(huán)次數(shù)更高。當(dāng)1號、2號電池用于盒式錄音機(jī)時對于鋅錳電池，每天連續(xù)使用1.5～2小時，至少2～3個月內(nèi)可無明顯變化，如使用堿性鋅錳電池則可每天連續(xù)使用3～5小時可至少工作6個月無明顯變化。當(dāng)5號電池用于小型卡式錄音機(jī)中對于鋅錳電池則每次可用約1～1.5小時，至少一個月內(nèi)無明顯變化。對于堿性鋅錳電池，則每次用2～4小時，至少可用1.5～2月以上。當(dāng)用于10瓦錄音機(jī)時，新的鋅錳電池可用30分鐘，以后音質(zhì)變差，轉(zhuǎn)速降低。用本發(fā)明的方法充電還原后，用40分鐘后才變壞。在保持85%的原使用時間的條件下至少可使用40～60個循環(huán)。如用堿性鋅錳電池可達(dá)至少80次以上。當(dāng)兩節(jié)鋅錳電池用于電動汽車中時，第一次新電池在使用16分鐘后，汽車停止轉(zhuǎn)動，用本發(fā)明的方法充電激活后，每次可用25～28分鐘，在不低于原使用時間的85%的條件下，總共可使用20～30次循環(huán)以上。而對于堿性鋅錳電池則至少可用40～100個循環(huán)以上。這些都說明電池平均都越用越新了。其安培小時量也增大了。
為了實(shí)現(xiàn)本方法，本發(fā)明提供了能用上述方法達(dá)到上述效果的裝置。
參見圖2，圖2為本裝置的原理方塊圖。其中包括整流裝置(1)，恒流控制裝置(2)，分流保護(hù)裝置(3)。整流裝置(1)將220伏的市電整流成所需的直流電源，該電源經(jīng)恒流控制裝置(2)向連在輸出端A、B上的電池(4)進(jìn)行充電，其電流基本恒定，輸出端A、B間連有與被充電的電池(4)并聯(lián)的分流保護(hù)裝置(3)，當(dāng)電池兩端電壓較低時，流經(jīng)分流保護(hù)裝置(3)的電流甚小，而在電池電壓已充足即達(dá)到其標(biāo)稱值的1.1～1.33倍時，流經(jīng)分流保護(hù)裝置(3)的電流大量增加，使流入電池中的電流大為減小，從而起到分流保護(hù)的作用。除分流保護(hù)以外，可加裝斷流保護(hù)裝置，當(dāng)電池兩端電壓超過預(yù)定值時用以切斷充電電流。
參見圖3，圖3為一種本發(fā)明的充電裝置的原理電路圖。圖中以3伏電池為例，其整流裝置由電源變壓器T1，橋式整流器Br1，濾波電容器C1所組成，分流保護(hù)裝置由多個晶體二極管如圖中的五個晶體二極管串聯(lián)而成，恒流控制裝置則由調(diào)壓管BG1、放大管BG2及電阻R1、R2、R3等所組成。恒流控制裝置的作用是當(dāng)充電電流增大時在電阻R3或R2端的電壓上升，加到放大管BG2的基極一發(fā)射極電壓升高，其流經(jīng)R1的集電極電流增大使放大管BG2的集電極電壓亦即加到調(diào)壓管BG1的基極電壓降低，因而調(diào)壓管BG1的基極電流減小，從而調(diào)壓管BG1的集電極電流也降低，即對電流充電電流減小，故起到了恒流控制的作用。反之，如充電電流減小時，本電路能使其增大。調(diào)整電位器R3可改變充電電流的大小。與充電的電流并聯(lián)的晶體二極管(D1～D5)所以能起到分流保護(hù)作用是由每個二極管的電流-電壓特性曲線(參見圖8)決定的，當(dāng)二極管兩端所加的電壓較低例如為0.55～0.6伏時，晶體二極管流過電流很小;而在大于該電壓時則其電流大為增加。適當(dāng)選擇晶體二極管的型號(如用1N4001)和串聯(lián)的個數(shù)，可以使串聯(lián)組在電池組電壓為總標(biāo)稱電壓的1.1～1.33倍時晶體二極管中的電流大為增加，起到分流保護(hù)作用。很顯然，分流保護(hù)裝置也可以選用齊納二極管，其特性曲線中的上升段較陡，但不易選擇出有合適穩(wěn)定電壓的齊納二極管，相比起來，選用晶體二極管串連組較易選配和生產(chǎn)，而且可以調(diào)節(jié)個數(shù)與電壓。本電路中在A點(diǎn)與晶體管BG2的基極之間還并聯(lián)有齊納二極管BG3與電阻R10的串聯(lián)電路，可以起到當(dāng)電池充足后切斷充電電流的作用。這是由于當(dāng)電池電壓未充到預(yù)定值時，齊納二極管BG3不工作，而當(dāng)電池電壓充到預(yù)定值時齊納二極管BG3被擊穿、使晶體管BG2飽和，晶體管BG2集電極電流增大，其集電極電壓即調(diào)壓管BG1的基極電壓大為降低，從而使調(diào)壓管BG1關(guān)斷。很顯然也可以在輸出端A、B處并聯(lián)一繼電器(圖中未畫出)，當(dāng)電池充電到預(yù)定值時該繼電器工作，其常閉觸點(diǎn)串接在充電電流的回路中用以切斷充電電流，與上述的齊納二極管BG3和電阻R10的串聯(lián)電路一樣，可起到斷流保護(hù)裝置的作用。
參見圖4，其中整流裝置及分流保護(hù)裝置與圖3相同，其恒流控制裝置由電阻R4與小電珠L1串聯(lián)組成，此電路成本最低，且可起到恒流作用。在圖中對三伏電池充電時整流輸出電壓可取約+20伏，遠(yuǎn)大于電池電壓，故充電電流變化不大基本恒定，加上串聯(lián)的小電珠(例如6.3伏/0.3A型)的電阻具有正溫度系數(shù)，進(jìn)一步起到了恒流的作用。
參見圖5，其中整流裝置及分流保護(hù)裝置與圖4者相同，為適用于不同充電電流的需要，加裝了同軸開關(guān)K1即開關(guān)K1-1與K1-2，共三擋，當(dāng)開關(guān)放在“1”的位置時，恒流控制裝置為電阻R7與小電珠L2的并聯(lián)電路，此時充電電流較大，且由小電珠L2參與穩(wěn)定電流，適用于對容量較大的電池的充電。當(dāng)開關(guān)K1放在“2”的位置時，恒流控制裝置由電阻R6與小電珠L2并聯(lián)后再與電阻R7相串聯(lián)的電路，此時充電電流中等，由小電珠L2參與穩(wěn)定電流。當(dāng)開關(guān)K1放在“3”的位置上時，恒流控制裝置為電阻R5、R6、R7三者串聯(lián)而成，此時總電阻阻值最大，充電電流較小且基本恒定?？蛇m用于對容量較小的電池的充電。開關(guān)K2可以用來短路晶體二極管，以保證充電電池所需的二極管數(shù)。小電珠L2既可作恒流元件，也可以作指示燈。顯然也可在充電回路中裝上直流電流表(圖中未畫出)來指示充電電流的大小。
參見圖6(a)，6(b)，本發(fā)明還提供一種方便于及時充電的磁性接線器，其第一磁性接線器(4)(見圖6(a))裝在有關(guān)電器上面的鄰近電池處，該磁性接線器(4)的底板(5)可以用塑料等絕緣材料制成，其上有兩個磁鐵(6和7)，及用金屬導(dǎo)電材料制作的電極(8和9)，電極(9)是圓形的，位于中心處，環(huán)形的電極(8)與電極(9)分開，并在其周圍。電極(8和9)分別與電器內(nèi)電池組的正負(fù)極A、B相連，磁鐵(6和7)的極性相反，例如磁鐵(6)為N極而磁鐵(7)為S極，為了增強(qiáng)磁性，可以在上述兩磁鐵的背面連上導(dǎo)磁軟鐵。其第二磁性接線器(10)與第一磁性接線器(4)相似，底板(15)上有兩個磁鐵(12、14)(見圖6(b))與第一磁性接線器(4)上的磁鐵(6、7)的位置相對應(yīng)，但其極性則相反。與作為導(dǎo)電裝置的電極(8、9)相對應(yīng)的是接觸簧片或彈簧(11和13)他們分別與可以插到電源上的本發(fā)明的上述充電裝置(31)相連。當(dāng)需要充電時可將上述充電裝置(31)插到電源插座上，并將第二磁性接線器(10)，推近第一磁性接線器(4)，則由于磁鐵之間異性相吸，而被吸合在一起，使充電電流形成回路進(jìn)行充電。當(dāng)磁鐵的磁場強(qiáng)度足夠時在一定距離內(nèi)便可自動吸合，這樣只需在使用電器后，將電器上的磁性接線器靠近與充電裝置相連的另一磁性接線器，便可穩(wěn)定可靠地及時充電，免去必需取出電池進(jìn)行充電或手插帶充電電壓的插頭的麻煩。在圖6中也可以第一磁性接線器的導(dǎo)電裝置即電極(8和9)與充電裝置(31)相連，而第二磁性接線器的導(dǎo)電裝置(11和13)則與電器中的電池相連。兩磁性接線器(4和10)中還可以一個磁性接線器上為磁鐵，而另一個磁性接線器上的相應(yīng)磁鐵以軟鐵代替?；蚋餮b一塊磁鐵和一塊軟鐵。以便利用磁鐵與軟鐵相吸，完成電路聯(lián)接。
參見圖7，圖7(a)為第一磁性接線器(16)，圖7(b)為第二磁性接線器(22)，其與圖6的區(qū)別僅在于第一磁性接線器(16)的電極(17、20)分別位于兩側(cè)，第二磁性接線器(22)上的接觸簧片或彈簧(23、26)也相應(yīng)地位于兩側(cè)，相隔較開，可防止使電源短路，加上磁鐵間的異性相吸，可保證充電電源的極性不會連接錯。很顯然，導(dǎo)電裝置在保證能正確連接的情況下，也可以根據(jù)以上構(gòu)思在位置上作一些變化。
權(quán)利要求
1.一種干電池再充電以便大幅度延長其使用壽命的方法，其特征在于在干電池放電后的較短時間內(nèi)以基本恒定的直流電流對電池進(jìn)行充電，并使充電的安培小時大體上與放電的安培小時基本相等。
2.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于在干電池的電壓充到其標(biāo)稱值的1.1～1.33倍時停止充電。
3.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于充電電流為20～2000毫安范圍內(nèi)的一基本恒定值。
4.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于放電后的較短時間為三天以內(nèi)，而以一天內(nèi)較佳。
5.一種對干電池進(jìn)行再充電以便大幅度延長其使用壽命的裝置，其特征包括整流裝置(1)，串聯(lián)在上述整流裝置及輸出之間的恒流控制裝置(2)及與輸出兩端并聯(lián)的分流保護(hù)裝置(3)。
6.如權(quán)利要求
5所述的裝置，其特征在于還包括當(dāng)電池充到預(yù)定值時切斷充電電流的裝置。
7.如權(quán)利要求
5所述的裝置，其特征在于恒流控制裝置包括電阻與小電珠。
8.如權(quán)利要求
5所述的裝置，其特征在于恒流控制裝置為電阻或小電珠。
9.如權(quán)利要求
5所述的裝置，其特征在于恒流控制裝置包括調(diào)壓管BG1和放大管BG2。
10.如權(quán)利要求
5所述的裝置，其特征在于上述分流保護(hù)裝置是在干電池電壓充到其標(biāo)稱值的1.1～1.33倍時進(jìn)行分流保護(hù)的。
11.如權(quán)利要求
10所述的裝置，其特征在于上述分流保護(hù)裝置為串聯(lián)的多個晶體二極管。
12.如權(quán)利要求
10所述的裝置，其特征在于上述分流保護(hù)裝置為齊納二極管。
13.如權(quán)利要求
5到12中任一權(quán)利要求
所述的裝置，其特征在于上述裝置是經(jīng)磁性接線器與電器內(nèi)的電池相連的，至少一個上述磁性接線器包括磁鐵和兩個導(dǎo)電裝置。
14.如權(quán)利要求
13所述的裝置，其特征在于兩導(dǎo)電裝置(17，20)分別位于磁性接線器的兩側(cè)。
15.如權(quán)利要求
13所述的裝置，其特征在于一導(dǎo)電裝置(8)位于另一導(dǎo)電裝置(9)的周圍。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種對干電池再充電以便大幅度延長其使用壽命的方法及裝置。其方法是在干電池放電后的較短時間內(nèi)以基本恒定的直流電流對干電池進(jìn)行充電，并使充電的安培小時大體上與放電的安培小時基本相等。本發(fā)明的裝置包括整流裝置，串聯(lián)在上述整流裝置與輸出端之間的恒流裝置及與輸出端并聯(lián)的在干電池充足后進(jìn)行分流的保護(hù)裝置。本發(fā)明還帶有能便于及時充電的磁性接線器，使充電裝置與裝在有關(guān)電器內(nèi)的干電池進(jìn)行電氣聯(lián)接。
文檔編號H01M6/52GK86103856SQ86103856
公開日1987年12月16日 申請日期1986年6月5日
發(fā)明者于志偉 申請人:于志偉導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan