一种铅酸蓄电池延寿、修复、电能回收方法与流程

本发明涉及铅酸电池领域，尤其涉及一种铅酸蓄电池延寿、修复、电能回收方法。

背景技术：

铅酸电池是一种电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池。铅酸电池放电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；充电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。铅酸电池在使用过程中进行放电和充电的过程会因为各种原因产生硫化，导致铅酸电池使用寿命大大缩短。产生硫化的主要原因是电池的自放电和电池内部发生的化学反应都会生成PbSO4晶体，从而使得依附在正负极板上的PbSO4晶体重结晶，转为不可逆转的PbSO4晶体。此外，电池内部的其他栅板上的金属元素如Sn、Al、Cd、Ba、As、Se、Mn也会在充放电过程中参加反应，有的失去电子(氧化)有的得到电子(还原)，其中S、Cu、H、Ag等比Pb活性差的微量活性物质产生硫化，从而产生S8、CuS、Ag2S、SeS、SnS、CdS、MnS等物质，这些硫化物包裹着PbSO4，形成通常所说的硫酸铅结晶体。因为Cu和Ag等金属元素的活性非常的差，所以CuS、Ag2S很难电解分离，具有稳定的分子结构很难被打破，导致被包裹住的PbSO4不能氧化还原成Pb²⁺和SO4^2-离子进入电解质中再次反应。现有技术中对于铅酸电池的保养修复通常只针对电池的修复阶段，导致铅酸电池在使用过程中得不到有效的防硫化处理，影响用户的使用。

现有技术中也有对铅酸电池进行保养修复的方法，然而其通常采用常规脉冲的方式，在铅酸电池的使用过程中无法进行修复。并且，现有技术中的铅酸电池保养修复方法仅仅采用固定频率的脉冲波进行脉冲处理，只能将少部分硫化物进行分离，然而铅酸电池使用过程中影响充放电效果的因素较多，仅仅将少部分硫化物分散，保养修复的效果较差。

此外，铅酸电池在充电、放电或者突然改变状态时会产生反向的脉冲波，不仅会对电池本身造成损伤还造成了大量能量的浪费。现有技术中的铅酸蓄电池都是直接与负载电连接，在使用过程中造成了大量的能量浪费并且产生的反向脉冲波对铅酸电池造成损伤，减少了铅酸电池的使用寿命。

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种能够有效对铅酸蓄电池进行保养修复并且能够进行回收电能，对铅酸蓄电池进行有效保护的铅酸蓄电池延寿、修复、电能回收方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种铅酸蓄电池延寿、修复、电能回收方法，其特征在于，包括：

步骤一：检测铅酸电池的工作状态；

步骤二：根据铅酸电池的工作状态选择脉冲波进行脉冲处理，所述脉冲波为扫频脉冲波，所述脉冲波的脉冲方式为谐振锯齿波，所述脉冲波的波形为尖脉冲；所述铅酸电池的工作状态包括正常充电状态、过充电状态、正常放电状态、过放电状态、静止状态和恢复状态；所述脉冲波为交流脉冲波；

步骤三：根据选择的脉冲波在设定的周期内产生范围内所有波段的脉冲波通过铅酸电池的充电接口进入铅酸电池内部；

步骤四：根据铅酸电池的工作状态通过双向电子开关将两组电容分别分别接入到两组铅酸蓄电池上；

当铅酸蓄电池处于正常充电状态、过充电状态、正常放电状态、过放电状态或恢复状态时通过双向电子开关将电容的两端与铅酸蓄电池接通；

当铅酸蓄电池处于静止状态时通过双向电子开关将电容与铅酸蓄电池断开。

进一步的，所述步骤一和步骤二中的电容为超级电容。

进一步的，所述电容的容量大于10000μF。

进一步的，当铅酸电池处于正常放电状态时，选择第一脉冲波进行脉冲处理，所述第一脉冲波的频率范围为100Hz-1KHz，所述第一脉冲波的脉冲方向为正负方向，所述第一脉冲波的幅度为±0.02C±0.2C，所述第一脉冲波的扫频周期为每扫频1次停顿1秒。

进一步的，当铅酸电池处于过放电状态时，选择第二脉冲波进行脉冲处理，所述第二脉冲波的频率范围为10Hz-100Hz，所述第二脉冲波的脉冲方向为正负方向，所述第二脉冲波的幅度为±0.02C±0.2C，所述第二脉冲波的扫频周期为每扫频1次停顿1秒。

进一步的，当铅酸电池处于静止状态时，选择第三脉冲波进行脉冲处理，所述第三脉冲波的频率范围为10Hz-1kHz，所述第三脉冲波的脉冲方向为正负方向，所述第三脉冲波的幅度为±0.02C±0.2C，所述第三脉冲波的扫频周期为每扫频2次停顿1秒。

进一步的，当铅酸电池处于恢复状态时，选择第四脉冲波进行脉冲处理，所述第四脉冲波的频率范围为10Hz-1kHz，所述第四脉冲波的脉冲方向为正负方向，所述第四脉冲波的幅度为±0.02C±0.2C，所述第四脉冲波的扫频周期为每扫频2次停顿1秒。

进一步的，当铅酸电池处于正常充电状态时，选择第五脉冲波进行脉冲处理，所述第五脉冲波的脉冲方向为负方向，所述第五脉冲波的频率范围为1KHz-10KHz，所述脉冲幅度为-0.08C，所述第五脉冲波的扫频周期为每扫频2次停顿1秒。

进一步的，当铅酸电池处于过充电状态时，选择第六脉冲波进行脉冲处理，所述第六脉冲波的脉冲方向为负方向，所述第六脉冲波的频率范围为+/-15KHz至+/-25KHz，所述脉冲幅度为-0.025C，所述第六脉冲波的占空比为25％，所述第六脉冲波的扫频周期为每扫频2次停顿2秒。

采用上述结构后，本发明有益效果为：

(1)本发明通过检测铅酸电池的不同使用状态采用不同的扫频脉冲波对电池极板进行冲击，针对各个不同的过程产生的沉积物的特性使用合适的频率的扫频脉冲波及其谐振波处理极板，在各个过程中进行防硫化，抑制沉淀物进一步沉积，延长了铅酸电池的使用寿命。

(2)本发明通过采用交流脉冲波对铅酸电池进行脉冲处理，能够在铅酸电池使用过程中进行保养修复处理，有效的增强了保养修复效果，防止硫酸铅结晶体在电池极板沉积，延长了铅酸电池的使用寿命。

(3)本发明通过采用扫频脉冲波对铅酸电池极板进行脉冲处理，能够与电池极板上的多种沉淀物发生谐振，增强混乱度，将多种沉淀物打散，使得极板上活性物质与电解液能够充分接触反应，确保铅酸电池的使用效果。

(4)本发明通过将电容和电池并联，实现了电容先于电池放电的作用，保护电池免受瞬间电流突变造成的损伤，能够有效的延长电池寿命。

(5)本发明通过将2个电容分别对2组电池起作用，减小了电容耐压要求。

(6)本发明能够在产生反向脉冲时，电容能够回收反向脉冲能量，一方面电容有效的保护电池避免电池因脉冲造成损伤，另一方面在连接电池的电动机刹车或者减速时候存储在电容内部的电量在电动机再次工作时以直流的释放到电动机上，从而达到电能回收的目的。

附图说明

图1是本发明中的方法流程示意图；

图2是本发明中的产生脉冲波的电路的结构示意图；

图3是本发明中的脉冲波的波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参看图1，本具体实施方式披露了一种铅酸蓄电池延寿、修复、电能回收方法，包括：

本具体实施方式披露了一种铅酸电池延寿方法，包括步骤一，检测铅酸电池的工作状态，可行的，在本具体实施方式中可以通过一单片机检测铅酸电池的工作状态。当单片机检测到电流方向为正电流流向时，此时铅酸电池处于正常放电状态。当单片机检测到电流方向为正电流流向且铅酸电池电压小于21V时，此时铅酸电池处于过放电状态。当单片机在持续10秒的时间内检测到的电流强度<±0.0001C时，此时铅酸电池处于静止状态。当单片机检测到电压发生突变时，此时铅酸电池处于恢复状态，即铅酸电池突然改变状态是，例如突然拔掉充电器或者突然插上充电器。可行的，单片机可通过连接一控制模块进行控制产生脉冲波的震荡电路。

步骤二：根据铅酸电池的工作状态选择脉冲波进行脉冲处理，其中的脉冲波为扫频脉冲波即在规定周期内在设定的频率范围内不停的按照周期改变频率的脉冲波。可行的，脉冲波的脉冲方式为谐振锯齿波，脉冲波的波形为尖脉冲，脉冲波的脉冲方向为正负方向，脉冲波的幅度为±0.02C。并且，为了确保在铅酸电池的所有状态过程中均能够进行脉冲处理，脉冲波采用交流脉冲波，这是由于铅酸电池的输出方式为直流方式并且在充放电过程中，电流流向会发生改变，采用交流脉冲就可以适应多个过程。可行的，脉冲电路通过如下过程产生脉冲波，参看图2，是本具体实施方式中产生脉冲波的电路。当电路中第四开关4闭合,第一开关1、第二开关2和第三开关3断开时，电池5通过第四开关4向电容6充电，形成负脉冲。而当第一开关1闭合,第二开关2、第三开关3和第四开关4断开时,电容6中的能量通过第一开关向电感7充电。当第一开关1、第二开关2、第三开关3和第四开关4断开时，电容6和电感7中的能量通过二极管8向电池5充电，形成正脉冲。参看图2是形成的脉冲波的波形，通过调整正负脉冲之间的时间，可以实现频率自动改变，即自动扫频效果。

步骤三：根据选择的脉冲波在设定的周期内产生范围内所有波段的脉冲波通过铅酸电池的充电接口进入铅酸电池内部。其中，当铅酸电池处于正常放电状态时，选择第一脉冲波进行脉冲处理，第一脉冲波的频率范围为100Hz-1KHz，第一脉冲波的扫频周期为每扫频1次停顿1秒，首次扫频周期为1秒，之后每个周期结束停顿1秒。因为放电状态电池会大量生成PbSO4与极板上原有的PbSO4形成晶粒粗大、质地坚硬的硫酸铅，正向中低频扫频脉冲冲击新生成的PbSO4使得其结构松散有较大的表面积在充电时易分解，同时不会与极板上的PbSO4紧密结合形成硫化，并且脉冲也抑制了其他活性金属杂质发生硫化反应。

当铅酸电池处于过放电状态时，选择第二脉冲波进行脉冲处理，第二脉冲波的频率范围为10Hz-100Hz，第二脉冲波的扫频周期为每扫频1次停顿1秒。过放电过程对电池来讲这是过渡放电，对电池的损害是致命的。当蓄电池被过度放电时，会导致电池内部有大量的硫酸铅被吸付到电池的负极表面，形成电池负极的硫化。采用低频脉冲在不损害电池极板的情况下，使得极板减少产生晶粒粗大、质地坚硬的硫酸铅，从而减少硫化的产生。

当铅酸电池处于静止状态时，选择第三脉冲波进行脉冲处理，第三脉冲波的频率范围为10Hz-1kHz，第三脉冲波的扫频周期为每扫频2次停顿1秒。铅酸电池的静止状态对于铅酸电池本身来说其实并非是完全静止状态，其内部会发生自放电过程，并且在自放电过程中会形成。采用双向低频扫频脉冲抑制电池的自放电反应过程中的硫化效应，脉冲将HSO4^-转变为H⁺与SO4^2-离子使得电解液不易沉淀形成电池内部的回路，从而有效的抑制了电池自放电反应的进行，并且及时将由自放电形成的PbSO4转换成Pb²⁺和SO4^2-，阻止活性的硫酸铅就会再次结晶成为较大不可逆的晶体颗粒。

当铅酸电池处于恢复状态时，选择第四脉冲波进行脉冲处理，第四脉冲波的频率范围为10Hz-1kHz，第四脉冲波的扫频周期为每扫频2次停顿1秒。在充电停止后的负恢复和负载释放后的正恢复期，极板周围也逐渐积聚大量带电离子，包围住极板，使极板被隔离，阻止后续带电离子到达活性物质。采用双向中高频扫频脉冲加速聚集在阴极的部分电子回到阳极，使得蓄电池达到氧化还原平衡，两极电势快速达到相等，预防反应突变过程中的硫化产生。而在放电停止后的正恢复和负载释放后的负恢复期，极板周围也逐渐积聚大量带电离子，包围住极板，使极板被隔离，阻止后续带电离子到达活性物质。采用双向中高频扫频脉冲加速正极的部分电子回到负极，使得蓄电池达到氧化还原平衡，两极电势快速达到相等，预防反应突变过程中的硫化产生。可行的，正常充电状态和过充电状态时也可以通过扫频产生脉冲波进行预防硫化物的产生。

当铅酸电池处于正常充电状态时，选择第一脉冲波进行脉冲处理，第一脉冲波的脉冲方向为负方向，第一脉冲波的频率范围为1KHz-10KHz，脉冲幅度为-0.08C，第一脉冲波的扫频周期为每扫频2次停顿1秒。充电过程是铅酸电池将硫化打散的最佳时机，采用中高频扫频脉冲协助电解液内部离子运动，利用高频脉冲所产生谐波震荡冲击正负极板，更大程度地使得Pb离子的价态转换，预防部分PbSO4没有参与反应即得失电子而沉积在极板上。

当铅酸电池处于过充电状态时，选择第二脉冲波进行脉冲处理，第二脉冲波的脉冲方向为负方向，第二脉冲波的频率范围为+/-15KHz至+/-25KHz，脉冲幅度为-0.025C，第二脉冲波的占空比为25％，第二脉冲波的扫频周期为每扫频2次停顿2秒。采用中高频扫频脉冲得到极高频率的谐波震荡冲击已经沉积在铅板上的PbSO4结晶，打开结晶外层的部分金属硫化物如(S8、CuS、Ag2S、SeS、SnS、CdS、MnS等)及包裹内不易分解的PbSO4结晶。从而使得铅酸电池的有效电容量得到回复增加，使旧铅酸电池得到修复，使用寿命得到延长。

其中，单向的脉冲波脉冲通过如下的方式产生，当第四开关4闭合,第一开关1、第二开关2和第三开关3断开,电池5通过第四开关4向电容6充电，电容6充电后，第三开关3闭合,第一开关1、第二开关2和第四开关4断开，电容6中的电能通过第三开关3释放，电池5中将产生单向负脉冲。

步骤四：根据铅酸电池的工作状态通过双向电子开关将两组电容分别分别接入到两组铅酸蓄电池上。其中两组铅酸蓄电池采用串联连接，可行的，所用的电容为超级电容，电容的容量大于10000μF。通过将两个电容分别连接两组铅酸蓄电池，减小了电容耐压要求。

可行的，可以将将双向电子开关串联到两组电容和两组铅酸蓄电池之间，双向电子开关能够将电容与铅酸蓄电池进行断开或者接通。例如可以将两组电容通过双向电子开关接入到12V铅酸蓄电池上，当电压>5V时，视为铅酸蓄电池处于工作状态，双向电子开关双向导通，当电压<2V时，视为铅酸蓄电池处于静止状态，双向电子开关双向截止。其中，可以将双向电子开关的中间部分与脉冲产生电路的单片机进行电连接，引导双向电子开关进行控制电容。

当铅酸蓄电池充电或放电时通过双向电子开关将电容的两端与铅酸蓄电池接通。当铅酸蓄电池处于静止状态时通过双向电子开关将电容与铅酸蓄电池断开。其中，当铅酸蓄电池连接的二、三、四轮电动车的电动机(伺服电机)刹车或者减速时，电动机相当于一个发电机，电动机会向铅酸蓄电池产生反向的脉冲，此时由于铅酸蓄电池连接在电容上，而电容的阻抗比较小，脉冲会优先流向电容，从而避免了反向脉冲波对铅酸蓄电池造成损伤。同时电容在反向脉冲的作用下充电，当电动机再次工作时候，存储的电量可以以直流的形式释放给电动机，从而充分利用了反向脉冲的能量达到了电能回收的效果。通过在放电/充电/反向脉冲进入时通过双向电子开关调节2个电池组，使得至少一个电池有作用，延长电容寿命。并且电容对铅酸蓄电池的充电过程为交流脉冲充电过程，通过双向电子开关产生的正负开关脉冲使得电池在充电时能够产生脉冲充电波，从而对电池起到保养作用。双向电子开关控制进入两个电容的波形为相反的方向，从而确保两个电容交替工作。

以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。