專利名稱：鉛蓄電池雙頻方式再生保新裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及二次電池恢復(fù)容量的電路裝置，特別涉及延緩鉛酸蓄電池極板的失效，延長(zhǎng)其使用壽命的電路裝置。
目前廣泛使用的鉛蓄電池，在頻繁啟動(dòng)的機(jī)動(dòng)車上的典型使用壽命為8-14個(gè)月，在作為主要?jiǎng)恿Φ脑O(shè)備上使用，壽命可短至不足6個(gè)月。因此，經(jīng)常更換蓄電池，甚至在急用時(shí)不能啟動(dòng)機(jī)動(dòng)車，一直是困擾大眾的普遍難題。究其原因，主要是鉛蓄電池的正負(fù)極板材料易產(chǎn)生腐蝕、變形，致使電極活性物質(zhì)受毒化、脫落、或鈍化。特別是不可逆的硫酸鹽化反應(yīng)，生成的硫酸鉛層致密地覆蓋活性物質(zhì)的表面，減少了化學(xué)反應(yīng)的有效表面積；活性物質(zhì)脫落還使電池自放電增加，板柵也隨之而損壞。由此引致鉛蓄電池壽命縮短，廢棄蓄電池大大增加，既浪費(fèi)了社會(huì)財(cái)富，又造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。
現(xiàn)有技術(shù)中，近期公布的中國(guó)專利ZL96243488.4提出了一種延長(zhǎng)鉛蓄電池壽命和恢復(fù)失效鉛蓄電池的方法，采用較大幅度脈沖電流疊加的方法進(jìn)行充電。脈動(dòng)直流擾亂極板硫酸鹽化的過程，減少了氧化膜的生成，并能使已結(jié)塊的硫酸鹽層產(chǎn)生共振，使其松弛而脫落。該方案采用單一頻率法產(chǎn)生沖擊脈沖方波，對(duì)硫酸鹽化層可起分解和共振作用，但還有眾多較小顆粒，因物質(zhì)質(zhì)量變小，固有振動(dòng)頻率升高，原單一頻率脈沖方波所起作用不大，因而該方案效果受限；此外，該電路中隨被充電池端電壓升高而停振的電壓點(diǎn)低，致使充電開始很短時(shí)間即停止脈沖輸出，也影響了該方案的效果。
本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種集成化器件為核心的鉛蓄電池雙頻方式再生保新裝置，延長(zhǎng)脈沖作用時(shí)間，增強(qiáng)除硫效果，特別適用于廢舊鉛蓄電池的功能再生，并能延長(zhǎng)新蓄電池的使用壽命。
本實(shí)用新型的上述目的可以通過采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)一種鉛蓄電池雙頻方式再生保新裝置，包括脈沖發(fā)生電路，整形輸出電路和電壓-頻率控制電路；該電壓-頻率控制電路又包括采樣電路，參考電壓源電路和控制電路；所述電壓-頻率控制電路以所述再生保新裝置正負(fù)母線為其輸入線，其輸出線接脈沖發(fā)生電路的輸入端。
所述脈沖發(fā)生電路，包括集成運(yùn)算放大器；控制電路的輸出線連至其兩輸入電容的串聯(lián)連接點(diǎn)，其輸出線從集成運(yùn)放輸出端連至整形輸出電路的輸入端；所述整形輸出電路包括多個(gè)三極管，二極管；脈沖發(fā)生電路的輸出端接至整形輸出電路的輸入端，該整形輸出電路的輸出三極管的集電極經(jīng)電阻連接至所述再生保新裝置正母線，并與充電電路正極連接。
附圖的圖面說明如下

圖1為本實(shí)用新型再生保新裝置的基本原理框圖；圖2為本實(shí)用新型再生保新裝置的基本原理電路圖，；圖3為本實(shí)用新型再生保新裝置詳細(xì)原理框圖；圖4A為本實(shí)用新型再生保新裝置部分詳細(xì)原理電路圖；圖4B為本實(shí)用新型再生保新裝置部分詳細(xì)原理電路圖；圖5為過充保護(hù)電路與脈沖發(fā)生電路直接連接時(shí)，附加反相器的接法。
以下結(jié)合附圖祥述本實(shí)用新型的一個(gè)最佳實(shí)施例。
本實(shí)用新型提供的是一種鉛蓄電池雙頻方式再生保新裝置，如圖1、圖2所示，包括脈沖發(fā)生電路3和和整形輸出電路6，還包括電壓-頻率控制電路2。該電壓一頻率控制電路又包括采樣電路21，參考電壓源電路22和控制電路23。所述電壓一頻率控制電路2以所述再生保新裝置的正負(fù)母線PB和NB為其輸入線，其輸出線2A接脈沖發(fā)生電路3的輸入端。
所述脈沖發(fā)生電路3為雙頻率方式工作的脈沖發(fā)生電路，包括集成運(yùn)算放大器N3，該電路振蕩頻率隨輸入線2A的電位升降而改變?？刂齐娐?3的輸出線2A連至其兩電容C31、C32的串聯(lián)連接點(diǎn)，其輸出線3A從集成運(yùn)放N3輸出端連至整形輸出電路6的輸入端6A。
所述整形輸出電路6的三極管V61的集電極經(jīng)電阻R67連接至所述再生保新裝置正母線PB，與充電電路正極CC+連接。具體針對(duì)12V鉛蓄電池設(shè)計(jì)的一種控制方案如下在充電過程中，電池端電壓低于10.8V時(shí)，本再生保新裝置的脈沖頻率為100Hz，在電壓從10.8V升到12.6V的較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，該脈沖頻率為200Hz，可有效地清除硫酸鹽層，并延緩其在活性物質(zhì)上的附著。12V以外規(guī)格的電池，可以根據(jù)情況另行設(shè)計(jì)方案。
本實(shí)用新型再生保新裝置的電壓-頻率控制電路2中的控制電路23，包括集成運(yùn)放N2，其同相輸入端“+”接參考電壓源電路22的R223和R224電阻的串聯(lián)連接點(diǎn)，而其反相輸入端“-”接收采樣電路21送來的反映電池端電壓高低的信號(hào)，集成運(yùn)放N2比較該電壓信號(hào)的大小，采樣電壓低于參考電壓時(shí)，經(jīng)過門電路D2和三極管V23的作用，控制電路23輸出為低電平，電容C32被短路，脈沖發(fā)生電路3產(chǎn)生較低頻率振蕩信號(hào)，目前設(shè)計(jì)為100Hz；一旦采樣電壓高過參考電壓時(shí)，控制電路23輸出為高電平，電容C31、C32串聯(lián)連接，脈沖發(fā)生電路3因而產(chǎn)生較高頻率振蕩信號(hào)。
本實(shí)用新型再生保新裝置設(shè)計(jì)了一個(gè)過充保護(hù)電路5，接在整形輸出電路6和脈沖發(fā)生電路3之間，如圖5所示，此時(shí)，脈沖發(fā)生電路3的輸出線3A和過充保護(hù)電路5的輸入5A之間，應(yīng)接入附加反相器門電路D4′；該過充保護(hù)電路5包括運(yùn)放N5和門電路D5，如圖4B所示，所述N5的兩輸入端“-”(5B)和“+”(5C)分別接采樣電路21的輸出線2B和參考電壓源電路22的輸出線2C，該輸出線2C為多參考電壓輸出型參考電壓源電路22的第二參考電壓輸出；門電路D5的輸入線5A接附加反相器門電路D4′的輸出端，D4′的輸入端接脈沖發(fā)生電路3的輸出線3A。正常充電時(shí)門電路D5開啟，傳送脈沖電流到整形輸出電路6；當(dāng)電池充滿以后處于過充狀態(tài)時(shí)，其端電壓超過12.8V，這時(shí)集成運(yùn)放N5啟動(dòng)，關(guān)閉門電路D5，使其輸出5D恒為高電平，使整形輸出電路6的V63，V62相繼導(dǎo)通，充電電路9通過V66、V62、R64和R63形成放電回路，直到充電電路檢測(cè)到過充狀態(tài)而關(guān)斷，可避免長(zhǎng)期過充引起蓄電池?fù)p壞。
本實(shí)用新型再生保新裝置針對(duì)非工作期間耗電過大的問題，設(shè)計(jì)了一種節(jié)電電路4，包括門電路D4，三極管V41、V42和電容C42等，如圖3和圖4A、4B所示；該電路以充電電路9正極CC+線(接4B)和脈沖發(fā)生電路3的輸出線3A(接4A)為其輸入線；其輸出線4C接至過充保護(hù)電路5的輸入線5A。在充電電路9對(duì)鉛蓄電池充電過程中，門電路D4開通，傳送脈沖電流；而一旦充電電路9停止工作，門電路D4即行關(guān)斷，經(jīng)過過充保護(hù)電路D5的作用，而使過充保護(hù)電路的輸出線5D恒為低電平，使整形輸出電路6的V63，V62相繼截止，蓄電池8不會(huì)通過V66、V62、R64和R63形成放電回路，可避免蓄電池?zé)o謂耗能；特別在較長(zhǎng)時(shí)間停用時(shí)，可避免蓄電池因電壓降至太低而不能啟動(dòng)車輛。
本實(shí)用新型再生保新裝置按照可靠性的要求，設(shè)計(jì)了兩種保護(hù)電路，見圖3和圖4A、4B一種是總體保護(hù)電路11，包括熔斷絲F，其一端接電池正極B+，另一端接本實(shí)用新型的正母線PB，以防止在任何情況下短路時(shí)，都可以使熔斷絲F熔斷，而達(dá)到保護(hù)蓄電池的目的。
另一種是反接保護(hù)電路12，包括二極管V121；其陽(yáng)極接本實(shí)用新型裝置的正母線PB，陰極接參考電壓源電路22的2D線，以防在反接時(shí)，損壞參考電壓源電路和由它供電的其他電路。
本實(shí)用新型裝置為方便觀察，還設(shè)計(jì)了一種充電及電池狀態(tài)指示電路7，包括雙色發(fā)光二極管V71以及集成運(yùn)放N7等控制元器件，見圖3和圖4A、4B。其控制信號(hào)端由過充保護(hù)電路5的5E線和電壓一頻率控制電路2的2E線輸入，反映充電及電池的狀態(tài)。狀態(tài)指示的一種設(shè)計(jì)方案是紅燈閃爍，表明電池端電壓低于10V，等待充電，或者充電電路處于故障狀態(tài)；綠燈閃，表示正常充電，電壓為10-12V；綠燈常亮，表明電壓已充足，端電壓已高于12V。12V以外規(guī)格的電池，可以根據(jù)情況另行設(shè)計(jì)顯示方案。
本實(shí)用新型再生保新裝置零件清單及參數(shù)如下序號(hào) 電路符號(hào)名稱 型號(hào)規(guī)格 制造廠家1 N2，N3，N5，N7集成電路 LM324SANYO2 V61 V62 三極管 2N5401 SAMSUNG3 V63 V64 V65 三極管 2N5551 SAMSUNG4 V73 V72 V3 V66二極管 1N41485 D13 二極管 1N41486 V22 二極管 1N41487 V22 穩(wěn)壓二極管 HZ5C1山東永光公司8 V64 穩(wěn)壓二極管 HZ3C2山東永光公司9 R211 R31 R32 電 阻 1K10 R221 電 阻 330R11 C7電 容 TWSS-4.7μF-25V 日本RUBYCON12 C31 C32 電 容 TWSS-0.47μF-16V 日本RUBYCON13 C41 電 容 TWSS-10μF-10V 日本RUBYCON14 C61 電 容 TWSS-100μF-35V 日本RUBYCON15 FUSE 熔斷器 3A，50V16 LED 發(fā)光二極管 BMG1512
綜上所述，本實(shí)用新型再生保新裝置采用雙頻方式工作，延長(zhǎng)了脈沖振蕩作用時(shí)間，擴(kuò)大了脈沖電流作用的范圍，大大增強(qiáng)了對(duì)鉛蓄電池的除硫效果。以92年硫化失效的TOYO-N60-12V蓄電池為例，原有容量為60AH，直接充電完全失效；加掛本實(shí)用新型再生保新裝置后，充電逐步恢復(fù)正常，經(jīng)過4小時(shí)充電后，端電壓達(dá)到12.8V，再經(jīng)放電試驗(yàn)，以7安培電流放電5.18小時(shí)后，端電壓不低于10V，試驗(yàn)表明，該蓄電池已恢復(fù)原容量60％以上，達(dá)到了鉛蓄電池再生的效果。經(jīng)過總共5次充放電以后，該蓄電池的容量就恢復(fù)到90％以上。本實(shí)用新型再生保新裝置對(duì)新蓄電池的保新，即延長(zhǎng)使用壽命的試驗(yàn)，已完成相當(dāng)于3倍壽命時(shí)間的試驗(yàn)，有關(guān)市級(jí)計(jì)量部門還在繼續(xù)試驗(yàn)中。
由于本實(shí)用新型再生保新裝置在蓄電池充電過程中，能迅速去除已有硫化物及阻礙硫化物的再產(chǎn)生，不但能有效的恢復(fù)廢舊鉛蓄電池的容量，而且能顯著的延長(zhǎng)新蓄電池的使用壽命3-5倍以上。該再生保新裝置的廣泛應(yīng)用，一定會(huì)極大的減少社會(huì)財(cái)富的浪費(fèi)，并對(duì)控制污染，促進(jìn)環(huán)保事業(yè)作出積極的貢獻(xiàn)。
權(quán)利要求1.一種鉛蓄電池雙頻方式再生保新裝置，包括脈沖發(fā)生電路(3)，整形輸出電路(6)，其特征在于還包括電壓-頻率控制電路(2)，該電路(2)又包括采樣電路(21)，參考電壓源電路(22)和控制電路(23)；所述電壓-頻率控制電路(2)以所述再生保新裝置正負(fù)母線PB和NB為其輸入線，其輸出線2A接脈沖發(fā)生電路(3)的輸入端；所述脈沖發(fā)生電路(3)，包括集成運(yùn)算放大器N3，控制電路(23)的輸出線2A連至其兩電容C31、C32的連接點(diǎn)，其輸出線3A從集成運(yùn)放N3輸出端連至整形輸出電路(6)的輸入端6A；所述整形輸出電路(6)包括三極管V61至V63，脈沖發(fā)生電路(3)的輸出端3A，接至整形輸出電路(6)的輸入端6A，該電路(6)的三極管V61的集電極經(jīng)電阻R67連接至所述再生保新裝置正母線PB，并與充電電路正極CC+連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的鉛蓄電池雙頻方式再生保新裝置，其特征在于還包括過充電保護(hù)電路(5)，該電路(5)包括集成運(yùn)放N5和門電路D5；采樣電路(21)和參考電壓源電路(22)的輸出線2B、2C分別接集成運(yùn)放N5的反相輸入端“-”(5B)和同相輸入端“+”(5C)；脈沖發(fā)生電路(3)的輸出端3A經(jīng)門電路D4’接過充電保護(hù)電路(5)的門電路D5的一個(gè)輸入端5A；其輸出線5D接整形輸出電路(6)的輸入端6A。
3.按照權(quán)利要求2所述的鉛蓄電池雙頻方式再生保新裝置，其特征在于還包括節(jié)電電路(4)，該電路包括門電路D4，三極管V41，V42和電容C42；所述節(jié)電電路(4)以充電電路正極CC+線(接4B)和脈沖發(fā)生電路(3)的輸出線3A(接4A)為其輸入線；其輸出線4C接至過充電保護(hù)電路(5)的輸入線5A。
4.按照權(quán)利要求1所述的鉛蓄電池雙頻方式再生保新裝置，其特征在于所述電壓-頻率控制電路(2)的控制電路(23)包括集成運(yùn)放N2，其輸入端“-”接采樣電路(21)兩電阻R211和R212的串聯(lián)連接點(diǎn)，輸入端“+”接參考電壓源電路(22)兩電阻R223和R224的串聯(lián)連接點(diǎn)；所述運(yùn)放N2的輸出端經(jīng)門電路D2接二極管V23的陰極。
5.按照權(quán)利要求3所述的鉛蓄電池雙頻方式再生保新裝置，其特征在于還包括總體保護(hù)電路(11)，該電路包括熔斷絲F，其一端接蓄電池正極B+，另一端接正母線PB。
6.按照權(quán)利要求4所述的鉛蓄電池雙頻方式再生保新裝置，其特征在于還包括反接保護(hù)電路(12)；該電路包括二極管V121，其陽(yáng)極接正母線PB，陰極接參考電壓源電路(22)的2D。
7.按照權(quán)利要求5或6所述的鉛蓄電池雙頻方式再生保新裝置，其特征在于還包括充電及電池狀態(tài)指示電路(7)；該電路包括集成運(yùn)算放大器N7和發(fā)光二極管V71等；所述指示電路(7)以過充保護(hù)電路(5)的輸出5E線和電壓-頻率控制電路(2)的輸出線2E為其輸入線，控制所述發(fā)光二極管V71的工作。
8.按照權(quán)利要求7所述的鉛蓄電池雙頻方式再生保新裝置，其特征在于所述充電及電池狀態(tài)指示電路(7)所用的發(fā)光二極管V71為雙色發(fā)光二極管。
9.按照權(quán)利要求8所述的鉛蓄電池雙頻方式再生保新裝置，其特征在于所述參考電壓源電路(22)為雙參考電壓輸出型。
專利摘要本實(shí)用新型是一種鉛蓄電池雙頻方式再生保新裝置,包括脈沖發(fā)生電路3和整形輸出電路6,還包括電壓－頻率控制電路2。內(nèi)含采樣電路21,參考電壓源電路22和控制電路23。脈沖發(fā)生電路3為雙頻率方式工作,能迅速去除已有硫化物,有效的恢復(fù)廢舊鉛蓄電池的容量,能顯著的延長(zhǎng)新蓄電池的使用壽命3—5倍以上。該裝置的廣泛應(yīng)用,可減少社會(huì)財(cái)富的浪費(fèi),對(duì)控制環(huán)境污染,促進(jìn)環(huán)保事業(yè)作出貢獻(xiàn)。
文檔編號(hào)H01M10/42GK2365763SQ9824692
公開日2000年2月23日 申請(qǐng)日期1998年12月3日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月3日
發(fā)明者蔡錫然, 何營(yíng) 申請(qǐng)人:蔡錫然, 何營(yíng)