专利名称：一种能量平衡铅酸蓄电池的制作方法
技术领域：
本发明属于铅酸蓄电池技术领域，尤其涉及一种可避免过充、欠充的铅 酸蓄电池。
背景技术：
铅酸蓄电池放电工作电压较平稳，既可小电流放电，也可很大电流放电，工作温度范围宽，可在-4(TC 65t:范围中工作，同时铅酸蓄电池技术成熟、 成本低廉，跟随负荷输出特性好，成为蓄电池使用较广的重要产品。但现有的铅酸蓄电池存在明显缺点，质量大，质量比能量低，循环使用 寿命短。铅酸蓄电池寿命长短取决于充电电流和时间，而时间的长短与蓄电 池放电深度成正比，也就是说充电电流越大、放电深度越深，铅酸蓄电池的 寿命将縮短。单体蓄电池的过充欠充、单体蓄电池之间的能量不平衡容易导 致蓄电池过早老化、使用寿命短。单体不平衡会造成温度迅速升高，可能导 致热失控，使电池壳鼓包变型，电解液硫酸从电池的密封部位溢出，电池过 充电肯定会造成电池失水，电池内部的化学反应因失水所需原料供给不足， 必然会造成容量降低。为了解决单体不平衡的问题，国内外研究机构和电池企业致力于寻找及 研发相应技术。中国实用新型专利CN2154538Y"组合式可充碱性锌锰电池"， 在每个可充碱性锌锰电池之间并联一条可自动通断的分流控制电路，此分流 控制电路由两只二极管和一只电阻组成，二极管作限压，电阻作限流，此技 术方案仅适用于碱性锌锰电池而且以硅二极管分流，工作电压范围比较大，
工作电压随电流的增大而升高，随温度的升高导通的电压漂移也比较大，正 向漏电流较大(毫安级)，只能安装于充电器电路中，与电池结合时大电流漏 泄将会明显縮短蓄电池存储寿命。1997年美国Lonnie G .Johnson， Smyrna; Yong Su,Atlanta, both of Ga，发明的"可充电电池电源过充保护电路"(US5982144)，采用分流集成为核心 作定值稳压充电保护，采用集成稳压电路进行定时充电，以相同电压充电时， 各单体蓄电池充满所需时间不同，但以相同的时间和相同的电压充电时，由 于蓄电池中各单体之间性能本身存在一定误差，就会产生误差性的过充和欠 充。另外现有检测电路是用充电电流大小来判断蓄电池是否充满，此方案采 用定值稳压，电池饱和度将无法检测。中国发明专利CN1592997A (公告日2005年3月9日)美国锌矩阵动力 公司申请的"蓄电池充电系统"，它是在US5982144基础做出改进，但核心原 理与上述US5982144相同，是以分流集成为核心作定值稳压充电保护，没有 克服误差性的过充和欠充问题。本发明人提出CN2896539 "能量平衡蓄电池"和CN1767246 "能量平衡 蓄电池平衡棒"，CN1889298 "能量平衡蓄电池平衡棒"，为克服单体蓄电池存 在过充欠充以保证单体之间能量平衡，在各单体蓄电池两端并联于一种平衡 棒，平衡棒为限压分流电路，提升单体性能得到一定程度的改善，但仍旧存 在铅酸蓄电池容量提升不足的缺陷。当前铅酸蓄电池行业中，阀控式密封铅酸蓄电池已成为主流产品，因阀 控式密封铅酸蓄电池的结构是全密封，只有两电极露出，在加上一只蓄电池 的内部单体与单体之间的误差是相当小的，约为0.2% 2%。上述专利的现有技术仍不能解决。鉴于上述原因，需要寻找能有效保护铅酸蓄电池避免欠充和过充，促使
铅酸蓄电池整体容量能得到体现，使用循环寿命得到延长的解决方案。发明内容本发明之目的在于提供一种充分提升铅酸蓄电池容量的性能，提高使用 寿命的能量平衡铅酸蓄电池。本发明解决其技术问题所采取的技术方案是一种能量平衡蓄电池，由两个或两个以上的单体蓄电池串联组成，每个 单体蓄电池的极板之间装有一个平衡棒，单体蓄电池的正极与平衡棒正极联 结，单体蓄电池的负极与平衡棒负极联结，所述平衡棒的正向压降大于单体 蓄电池的实际最高电压，小于单体蓄电池的充电电压，其特征在于所述平衡棒由一只电阻R和一只分流稳压器IC串联组成，所述电阻的阻值在0.01Q 2Q，所述分流稳压器基准稳压值为2.20V 2.40V，基准电压温度变动值小于 120ppm/°C，正向漏电流小于50uA。本发明采用稳压精度高的分流稳压器IC (集成电路)，可有效解决蓄电池 的内部单体与单体之间的较小误差。当单体蓄电池产生不平衡时，单体蓄电池的两端的电压将发生变化，由 于分流稳压器IC (集成电路)的稳压精度高、电阻的阻值在0.01Q 2Q，所 以平衡的电流将发生突变；根据物理容量原理，蓄电池的容量大小Q-I't， 本发明改变电流大小可有效控制蓄电池内部单体与单体之间的平衡。铅酸蓄 电池的单体最高电压为2.2V，充电时浮充电压最高在2.4V，因此分流稳压器 IC基准稳压值为2.20V 2.40V;同时，蓄电池的内部单体与单体之间本身的 误差就是相当小的，本发明分流稳压器的基准电压温度变动值限定小于 120ppm/°C，所述平衡棒长期与单体蓄电池并联在一起的，起保护作用，不能 形成负载，本发明分流稳压器的正向漏电流限定小于50uA。
电阻的阻值可根据蓄电池的容量大小而调整，越大的蓄电池容量选择较 低阻值的电阻，本发明平衡棒的工作电流大小根据铅酸蓄电池的容量大小及 用途所决定。本发明工作原理为-假设其中一个单体蓄电池落后5%，平衡棒正常工作电流为50mA，先用 1A恒流充电时，通过其余单体蓄电池的电流为0.95A，通过并联其两端的平 衡棒电流为0.05A;通过落后单体蓄电池的电流为1A，则通过并联在落后单 体蓄电池两端的电流小于50uA。在充电过程中，通过单体蓄电池的电流在 不断改变，通过并联其两端的平衡棒电流大小也随之改变，从而保证各单体 蓄电池电离的均匀性，促使各单体蓄电池差距趋于平衡。本发明的能量平衡蓄电池具有能量分配均匀的性能，可有效平衡单体落 后，使每只单体都可以正常工作，单体蓄电池电压偏差、放电深度及单体间 容量公差对整体来说影响很小。本发明的能量平衡蓄电池将过充的机率减小到最低，避免部分单体的过 充。蓄电池刚出厂时，单体落后是很小，经蓄电池每一次放电完后，在充电 时经本发明修补恢复如初，充电电压分配比较均匀；充电电压为定值，如12V 铅酸蓄电池是由6个单体组成的，浮充电压是14.4V，每一单格电压为2.4V， 蓄电池中的溶液有硫酸铅、硫酸和水，等溶液中硫酸铅完全电离完后，各单 体漏电流是定值的，对平衡棒定值的电压，电流也是定值，现有技术的充电 器大多是以监视电流大小来控制蓄电池是否充满，本发明能量平衡蓄电池对 检测电路不影响，因此可使用检测电路通过检测电池的饱和度避免了过充或 欠充，蓄电池的使用寿命也将延长。
本发明相比现有技术的蓄电池的有益效果还在于其生产成本低，本发明蓄电池如20Ah铅酸蓄电池一只平衡棒的价格为人民币0.7元左右，现有技术 中采用防过充等电路设置的蓄电池要高出2倍。
图l为本发明能量平衡蓄电池的结构示意图； 图2为图1中平衡棒结构原理图；图3为本发明能量平衡蓄电池安装结构示意图，其中平衡棒置于蓄电池内；图4为能量平衡蓄电池另一安装结构示意图，其中平衡棒置于蓄电池外部。
具体实施方式
以下是对本发明的详细描述，通过详细描述以及其后的
和具体 实施方式，以清楚地理解本发明。图l所示的能量平衡棒，由一只电阻R和一只分流稳压器IC组成，R的 阻值在0.01 Q 2 Q ，分流稳压器IC的基准电压值在2.20V 2.40V的范围内。图2所示的能量平衡蓄电池，由三个单体蓄电池A、 B、 C串联组成，每 个单体蓄电池的极板4之间装有一个平衡棒，包括单体蓄电池A、 B、 C的正 极分别于平衡棒l、 2和3正极联结，单体蓄电池A、 B、 C的负极分别与平 衡棒负极l、 2和3联结。三个单体蓄电池A、 B、 C、极板4、隔离板5、电槽6和电解液7装在外壳内以上盖8内，图3中平衡棒1、 2和3在蓄电池内部，与电解液7之间以 隔离板5分隔，图4中平衡棒1、 2和3在蓄电池外部。平衡棒l、 2和3都是由一电阻R和IC分流稳压器8串联组成，电阻R 的阻值为2Q以下，电阻R可以为金属膜电阻，阻值可以为100mA-lQ，133 mA-0.75Q，200 mA-0.5Q， 300mA-0.33Q等等。在合上电源的瞬间，电源的正 或负半周的峰-峰值会产生的很大瞬间电流，限流电阻R可以保证电路的安 全。分流稳压器8的稳压值为2.20V 2.40V，基准电压温度变动值小于 120ppm/。C，正向漏电流小于50uA。工作电流大小根据铅酸蓄电池的容量大 小及用途所决定。分流稳压器8的集成电路只要满足稳压值于2.20V 2.40V之间，基准电 压温度变动值小于120ppm/°C，正向漏电流小于50uA即可。因为电路设计领 域的技术人员可以根据上述参数，设计多种此分流稳压电路，在此不再列举。从本实施例来再分析蓄电池的工作过程蓄电池组包括单体蓄电池A、单体蓄电池B和单体蓄电池C，电阻和分 流稳压器1并联于单体蓄电池A，电阻和分流稳压器2并联于单体蓄电池B， 电阻3和分流稳压器3并联于单体蓄电池C。假设经第一放电反应生成硫酸 铅，各单体硫酸铅中的铅离子A为1000个、B为980个、C为1000个，硫 酸浓度一样，此时单体落后为2%。进入第一次充电，A、 C硫酸铅浓度较高，内阻较小，B硫酸铅浓度较低， 内阻较大；通电时，在电流相同下，它们两端的压降也是不同的，即UA=UC <UB，此时并联在单体蓄电池B的平衡棒2电流将发生突变，铅酸蓄电池在 单体充电电压U^2.4V，充电电流I》15%C2/h，每单格电池初时充电电压U
》2.3V，此电压与充电电流成正比，此时UB>UA=UC,因为平衡棒1、 2、 3 是并联在ABC上，所以Ua-U" Ub=U2、 Uc=U3，即U2〉U产U3。假设平衡棒限流电阻R为0.5 Q时，分流稳压器基准稳压值为2.30V,单体充电电压为2.40V时；当U2—U产0.01V， 12—I产^^-20mA，电流I总0.5Q-iA+IflB+I^Ic+I],则IA—IB=20mA;如果U2—U尸0.02V时，I2—I产0.02V/0.5 Q=40mA，贝U IA—IB=40mA。从附图1来看，平衡棒的电流取决于平衡棒两端的电压大小而变化，因 为a点的电压是稳定的，所以平衡棒两端的电压发生变化，那么平衡棒的电 流就随之而变；我们再从能量公式来看Q=It,也就是蓄电池容量大小取决于 能量Q储存量的多少，而能量Q的大小取决于电流I大小与时间t长短的乘 积，所以蓄电池单体落后必须从电流大小来控制。经实验，本发明采用的分流稳压器IC基准稳压值在2.20V 2.40V范 围内，基准电压温度变动值小于120ppm/°C，在不同温度下分流稳压器集 成电路的工作稳定性高，正向漏电流小于50uA时，在蓄电池不工作时，平 衡棒几乎不成为一个负载。所以平衡棒可以将单体的落后修补如初，上述 平衡棒可以做到同一时间内，把各单体内的硫酸铅完全电离，并长期跟踪 控制。容量衰减和使用寿命实验试验电池同一批次生产的6-DZM-10阀控铅酸蓄电池9只，分为两组， 第一组不加发明的平衡棒，9只；第二组为本发明能量平衡蓄电池，9只。实验仪器数字式台式万用表(MS8050) 3台，数字温度计&温度数据 采集器(1502A型热电阻(RTD)数字温度计)1台，LQY-1型振筒气压仪1台， 300mm数字游标卡尺l把，智能铅酸蓄电池充、放电控制仪l台，XRL—蓄
电池容量测试仪1台；所有仪器分辨率及精度都符合标准GB/T19639.1-2005 《小型阀控密封式铅酸蓄电池技术条件》的试验方法的要求。实验方法GB/T19639.1-2005《小型阀控密封式铅酸蓄电池技术条件》 18只铅酸蓄电池进行循环试验，先进行容量测试。测试结果如下第一组9只容量为10Ah，第二组9只容量为10.5Ah;按 GB/T19639.1-2005寿命试验方法进行进行循环试验；经四个月半时间试验；第一组有6只使用寿命为400次，有2只为480 次，有1只为600次；第二组9只，进行了 600次循环后未见容量衰减。经对比性试验证明，采用本发明的比没采用的容量要高出5%，使用寿命 提高了5倍。现有的蓄电池使用寿命短，因为在充电时，如果单体落后UB—UA、C=0.08V 的话，同样浮充电压是14.4V, UA,C=2.36V， UB=2.44V，如果每一单格电压 是2.4V为标准的话，那UA、c-2.36V则形成欠充，UB=2.44V就形成过充，如 果不想AB欠充，那单体蓄电池B过充更严重，因此蓄电池将在短时间寿命 废止。本发明能量平衡蓄电池，在充电过程中，通过分流稳压器和低阻值电阻 的平衡，从而保证各单体蓄电池电离的均匀性，使各单体蓄电池差距趋于平 衡。蓄电池充电过程分三个阶段，第一阶段为恒流充电，第二阶段为稳压充 电，第三阶段为终止充电或充电休眠状态；第一阶段恒流充电时，平衡棒已 经开始工作，在同一蓄电池中各平衡棒工作电压值基本相同，误差在0.01V 以内，当该蓄电池内部单体不平衡时，则每个单体的充电电压值不同，即通 过平衡棒的电流大小也不同，由此甲衡落后单体；第二阶段和第一阶段，平 衡棒工作直到电池平衡为止；进入第三阶段，如果充电器已终充电，因为平 衡棒的正向压降大于单体蓄电池的实际最高电压，小于单体蓄电池的充电电 压，平衡棒停止工作，如果充电器进入休眠状态，平衡棒将继续工作。
权利要求
1、 一种能量平衡蓄电池，由两个或两个以上的单体蓄电池串联组成，每 个单体蓄电池的极板之间装有一个平衡棒，包括单体蓄电池的正极与平衡棒 正极联结，单体蓄电池的负极与平衡棒负极联结，所述平衡棒的正向压降大 于单体蓄电池的实际最高电压，小于单体蓄电池的充电电压，其特征在于所述平衡棒由一电阻R和分流稳压器IC组成，所述电阻的阻值为0.01 Q 2Q ， 所述分流稳压器基准稳压值为2.20V 2.40V，基准电压温度变动值小于 120ppm/°C，正向漏电流小于50uA。
全文摘要
一种能量平衡蓄电池，属于铅酸蓄电池技术领域，由两个或两个以上的单体蓄电池串联组成，每个单体蓄电池的极板之间装有一个平衡棒，包括单体蓄电池的正极与平衡棒正极联结，单体蓄电池的负极与平衡棒负极联结，所述平衡棒的正向压降大于单体蓄电池的实际最高电压，小于单体蓄电池的充电电压，其特征在于所述平衡棒由一电阻R和分流稳压器组成，所述电阻的阻值为0.01Ω～2Ω，所述分流稳压器基准稳压值为2.20V～2.40V，基准电压温度变动值小于120ppm/℃，正向漏电流小于50uA。本发明结构简单，制造成本低，可将各单体蓄电池之间能量分配均匀，有效解决单体落后的问题。
文档编号H01M2/34GK101145606SQ200710070519
公开日2008年3月19日 申请日期2007年8月18日 优先权日2007年8月18日
发明者林子进 申请人:台州正方位电子有限公司