专利名称：用于电池的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种方法和装置，用于各蓄电池的再生处理，该蓄电池有至少一个电解槽，最好是铅电池，蓄电池被施加来自充电单元的变化直流电压，在以脉冲电流充电期间，充电被无电流间歇打断，直流电压足以在蓄电池中产生气体。
技术要点在一个被充电的蓄电池，即电解槽中，在阳极的活性物质含有铅过氧化物，PbO2，在阴极的活性物质含有多孔金属铅。当电池被放电时，这些活性物质转变为铅硫酸盐，PbSO4，硫酸盐离子从电极上游离，即是硫酸。原则上，在放电时该操作是可逆的。然而，通常，在被持续直流电流重新充电时，铅蓄电池具有有限的被重新充电能力。对其原因没有全面研究，但应该是被诸如放电产物在电极上具有有限的溶解性等多个因素影响，据认为二价铅离子的扩散在放电和重新充电时都构成限制因素。而且铅硫酸盐是很差的导电体。所有这些情况经常导致与铅蓄电池充电相关的问题，尤其是经由阻碍充电或减少容量的铅硫酸盐的非活性层会导致铅蓄电池被毁坏的风险，并且最终造成电池无法使用。另外，在充电前后，结构的密度不同也是问题，它导致残渣的产生和强度的降低。
在WO94/28610中，针对上述蓄电池、尤其是铅电池的充电相关的问题提出了一个解决方法。根据该文件，当在以脉冲电流供电周期，直流电压施加在电池上，这时铅电池会被高电流电平充电而具有很好的结果，并且温度没有明显地上升，该供电周期会被无电流供电的间歇(pause)所打断，间歇时间在大约0.5秒到10秒之间。电池也许会从放电状态充电，在这种情况下电流供电间隔与间歇间隔大致等长，最好在0.5到1.5秒之间，一个例子提到使用90A的电流强度，但电池也许会被以更低的电流水平保养充电，电流供电期最多0.5秒，这里(电流供电期)之间的间隔更长，例如10秒或更多。该操作尤其是指充电的快速操作。
在WO94/28610中所描述的一个技术难题是，该方法不适用于将被重新充电的每个单块电池。除了通过为每个已经完成的充电设定基本参数以外，也不可能控制充电操作；在这里设定的参数选择是否该操作构成被放电电池的充电，或非放电电池的保养充电。考虑到从先前已完成的充电(获得)的经验，该方法不可调整，也不能用于再生。
在US1743594中，描述了另一个在最短可能时间内对电池充电的较老方法，因而该方法目的不在于完成电池的再生。由此，在1.5至2秒的供电期间使用电流强度高达100A的脉冲进行充电，其间与之有等长的间歇期。
在US3963976中，描述了又一个对电池充电的方法，它同样不适用于电池的再生。该方法的目标是通过循环取得电极液的完全混合，此循环发生与气体的形成有关。在此文件中，据此相关所述，可以使用高达1500A的电流强度，但同时它警告较长的脉冲期是有害的。据此文所述，脉冲期可能是0.5至50毫秒，因此电流强度的峰值仅持续大约1毫秒。而且，据说当一个恒定充电发生时，脉冲应该同时产生。据推荐，脉冲处理发生在充电末期，即当电池被几乎完全充满电时。
在WO96/17426中描述了一种用于对铅电池充电的系统，其中使用了弱电流脉冲，混以极其短促的、电流强度相对低的电流供电脉冲，“尖峰电流”。当电池电压达到气体开始产生的水平，充电变换到恒定电压充电，直到电池完全充满。装置的控制利用了微处理器并以对电池电压及内电阻的测量为基础。
一个未被刚才提到的任何方法解决的难题是，怎样以一种对每个给定电池可优化和控制的方式，实现对耗损电池的再生。代之的是，所提到的各方法目标在于达成快速和优化更多传统类型的充电或保养充电。
发明详述因此本发明的目标相应地是提供一种蓄电池的再生处理方法，根据电流供电周期 间歇及电流强度，可基于给定的输入数据，控制该处理操作。作为输入数据，在处理操作期间具有用过的操作数据，最好至少有蓄电池中电解液的温度和电导率，被一个电池接着一个电池地记录。用于控制处理操作的附加输入数据是蓄电池/电池的通用数据，这些常规数据在处理操作的开始被输送。控制处理操作最好是由软件和硬件自动地完成，这些软件和硬件是为该操作而改写的，最好由微型计算机或类似物使用。为了控制，还有来自较早处理操作的用过的操作数据，如此较早操作数据组成经验数据，使用经验数据可去优化发生的处理操作。
根据本发明所述的方法和装置的基本目标，是去实现电池的再生，它对该电池是非破坏性的。并且该处理操作对于每个单块电池应该是可自适应和可控制的。
于是根据本发明介绍一种方法，用于根据权利要求1所述的各蓄电池的处理。
在处理操作期间，通过为电池中的至少一个电解槽确定吸收电流的能力/电导率，可借助于控制单元，以测量到的操作数据为基础控制处理操作，该控制单元优选如微型计算机，该操作数据优选至少以测量到的温度和电导率形式。操作数据的测量和基于这些操作数据的控制可逐一地对蓄电池中的全部或基本上全部的电解槽实行。作为替代，优选的检测形式是去测量在电流供电期间运行在蓄电池中的整个电流。这可通过检测许多电流供电周期，例如10个周期的温度和电导率的平均值而得到。当接着跟随而来的电流供电周期的平均值在一个较长的周期，例如1000个电流供电周期内保持基本恒定，例如典型地在大约5％界限之内，则意味着达到了最大/最佳的再生，该参数也被设定。
在处理操作时，施加的直流电压，一般是一个来自普通充电单元的半波整流交流电压，在脉冲电流供电周期，被无电流间歇打断，其电流供电周期是0.01至10秒，优选在0.01至0.4秒之间，和甚至更优选在0.1至0.5秒之间。最优选的，电流供电周期的最低长度是0.1秒，优选0.15秒，和最上限是0.5秒，优选0.4秒，和甚至更优选在0.25秒。在实验测试中已表明非常有利的电流供电周期是0.18秒。在处理中，使电流供电周期与间歇不等长是合适的，由此间歇比电流供电周期更长些，间歇典型的长度是1至20秒，优选1至10秒，和甚至更优选1至5秒，典型的大约3秒，根据本发明也可能通过控制该操作逐一地改变它们。在此范围中使用地最短间歇与此范围中的最短电流供电有关，并且反之亦然。由于间歇比电流供电周期显著地较长，得到的又一个益处是蓄电池在处理期间不会发热。在电流供电周期使用的电流强度时80至300A或甚至更优选高达1000A，至少在所谓的牵引(fraction)电池中，最高值与蓄电池处于相对完好状态有关，和最低值与蓄电池处于紊乱状态有关。用于这种牵引电池最优选的电流强度至少是110A，优选至少200A，和甚至更优选至少250A。相反地，对于较小的电池，例如用于客运车厢的电池，使用较低的电流强度，一般低于150A，优选低于110A，但是不要低于80A。
当本发明所述的处理操作开始时，蓄电池应该不被全部放电，也不被完全充电。代之以，它适于被部分充电，例如冲一半电。保养充电应恒定地完成，即持续地充电。
根据该发明的处理操作，在电极上以硫酸盐晶体呈现的杂质被除去，此杂质是在放电期间形成的。通过非常短促的电流周期，即仅有一秒的十分之几，给以高电流，期间穿插显著较长的间歇，会达到一种起爆(explode)或阻塞(chock)状效应，由此这些晶体在电池中呈酸性被解体，而纯质的铅被分离出，这些铅在电池的重新充电时又返回电极(铅板)。为了达到最佳效果，蓄电池中的每个电解槽在电流供电周期中应达到至少2.5V，这可通过上述提到的电流强度和脉冲次数来确保。所以，在电流供电周期中的该电能高于那些已知的 其目的仅是充电而不是再生的方法，但总体看，由于相对长的间歇时间，此电能是相对低的。总体上，脉冲在例如300A，相应于大约20A充电电流。
根据本发明，该处理操作被作为再生操作来执行，由此是一定的、但一般不是完全的，蓄电池的充电与再生同时发生，该再生是该处理的副效应。再生后，适于执行蓄电池的放电，接着是充电。这些充电也许要借助于与根据本发明的方法相对应的方法，但该操作被以一种为充电而优化的方式来控制。尽管如此，优选在(电池)再生后，以恒定的、即持续的电流供电来充电。根据一个特别优选实施例，该处理操作用许多循环来完成，优选为5至30(个循环)，和对于牵引电池更优选为5至20个循环。在这种情况下，每个循环包括一个再生部分，其典型的电流供电周期为大约0.18秒，和间歇为大约3秒；和一个充电部分，该充电部分可标准充电，即典型的2.34V持续电流供电。由此，每个再生部分持续2至8个小时，优选2至6个小时，和最优选大约6小时，恒定充电部分持续0.5至2个小时，优选大约1小时。不用联系本发明到一定理论，由此考虑到恒定充电，用电极表面格式化的形式，以一种相应于全新电池充电时所发生的方式起作用。由此，在电极上获得一个非晶体结构的最大表面。认识到用于再生的处理操作相对长，和它本身不是目标，相对于电池充电的已知操作，该操作应该缩短。典型地，根据本发明地处理时间时至少12小时长，优选至少24小时长，甚至更优选48小时长和长达几天。作为替代，再生和充电可根据本发明地方法，在相同长度的整个处理次数期间同时完成。
根据本发明的一个方面，在整个或基本上整个处理操作期间连续地记录操作数据，对处理操作的控制也连续地执行。优选地，在处理操作期间，对脉冲长度/电流供电周期、间歇和选项电流强度进行动态地调整/控制。优选微控制器，该微控制器利用存储在其存储器内的经验值表，以匹配处理操作的再生部分的电流供电和间歇长度。考虑到蓄电池的常规数据，电流供电周期的最大幅度也被限制。因此，该幅度不应超过蓄电池所允许的最大充电电流。控制信令完全由微控制器产生，该微控制器部分经由D/A转换器控制，例如三端双向可控硅开关等。
根据本发明的另一个方面，操作数据的记录发生在整个处理时间的预定时间周期，优选在处理的开始阶段。在处理的开始阶段，也可以检测蓄电池中损坏的电解槽，此损坏的电解槽表现异常，例如在处理时表现出非常高的电压。
根据本发明的又一个方面，至少是温度和电导率的操作数据被相应传感器记录。该记录可在蓄电池开始充电时执行，由此传感器被导入到每个要记录操作数据的电解槽的电解液中。作为替代，该测量/记录也可通过例如感应测量，从外部记录温度和电导率。蓄电池的各电解槽也可提供以各静态传感器，利用例如RFID技术，各静态传感器可穿过电池外壳感应通信。
各温度传感器可能是标准模拟温度变送器，它们以电子线路联接到例如PT100输入端。当然，数字变送器也可考虑。电导率的测量优选通过两个电极，最好是铂金电极，和由此适配的测量电解液的电导率的电子线路，在处理操作的间歇期间进行。其它适于此目的的各传感器也可以使用。
根据本发明的又一个方面，被用作控制处理操作的输入数据的电池的常规数据，是由组中的一些或全部输入数据组成，该组包括用户姓名、日期、蓄电池制造商、蓄电池的型号、蓄电池的标称值、制造年份、蓄电池的首次操作使用时间、先前已执行处理之间的间隔时间、使用该蓄电池的车辆类型和上述处理中记录的数据例如电解槽电压和电解液浓度。这些常规数据，或至少是它们的主要部分，被存储于与电池相连的数据存储单元，例如芯片、条形码、或用于该处理的设备中的数据库，或类似的。
根据本发明的又一个方面，当电导率达到预定关键值时，执行某些电池的处理，该电导率由此特定电池的某些电解槽电压确定。
根据本发明的又一个方面，用于蓄电池处理的几个设备，通过以网络互相联接在一起，可共享来自先前处理阶段的相同的早期操作数据。因此，在网络中的单个服务器会包含一个数据库，该数据库对这些设备是通用的，具有来自先前各处理操作的经验值。因而联接在该网络上的其它处理设备可具有来自相同或相近类型电池先前各处理的使用经验/操作数据，该网络用于控制在联接到该网络的第一处理设备中某电池的处理。通过GSM和/或本地无线/遥测通信系统，诸如无线电定位、蓝牙等相应系统，各电池的控制单元联接到网络上。通过该网络和该通用服务器，也可能遥测各设备和升级其控制单元的软件。
由于每个蓄电池深受其使用历史的影响而表现各异，这些历史即该处理和其一直面临的环境影响，用于不同蓄电池的优化处理方法也有变化。通过合并数据库，根据上述，数据库包含用于每个被处理蓄电池的基本参数，之前、期间和之后已先完成的再生，结合蓄电池的类型，也许会归纳出一条算法(例如以等式或矩阵的形式)以使蓄电池的每个新处理获得最佳可能处理操作。从商业的观点，由此能预期期望的处理时间是非常重要的。通过合并从大量再生机器收集来的数据，这样的数据库可以建立。这些也可通过手工合并和分配这些数据而做到，这些当然实际上是困难的，因为最佳的解决方案是永久地或临时地联接到网络中的这台机器。因此，为了达成一个全球网络，也许可使用典型的客户端-服务器网络(LAN)，或互联网。
图例描述在下文中，根据本发明的设备，用于根据本发明的方法的执行，将被描述，参考
图1的方框图。
通过控制单元110，例如适当的编程微处理器及其外周电路，可实现自动监视控制，控制诸如接触器120的开关装置。它打开和闭合电能的输送路径，该电能由例如普通电网的电压源130提供。该电压通过变压器140变换成需要的值，然后输送到整流器150，然后，被整流的电压作为处理电压输送给电池160。
限幅(limited circuit)电路170作为一个自动监视器控制电流和温度。如果通过温度和电导率监视器(sureillance)200检测到输入电流或电池温度变得太高，整流器150，和由此到电池160的输入将停止。
控制单元110以记录的操作数据为基础控制接触器120，这些操作数据利用温度和电导率监视器200和电压监视电路180来记录。控制单元110也利用用于特定电池的常规数据，通过网络连接控制单元也可得到用于控制的较早操作数据和常规数据。而且，控制单元110控制放电电路190，通过放电电路，电池能够以预定的电流放电。
本发明不限于上述实施例，但也许在权利要求的范围内有变化。根据本发明的装置和方法不仅适用于例举的铅电池，也适用于其它类蓄电池如镍镉和镍铁蓄电池。
权利要求
1.一种用于蓄电池的再生处理方法，蓄电池至少有一个电解槽，优选为铅电池，在脉冲电流供电周期内，蓄电池被加入来自充电单元的变化直流电压，脉冲电流供电周期被无电流间歇打断，直流电压足以在蓄电池中产生气体。其特征在于，在处理操作期间，对于蓄电池的至少一个电解槽，记录其操作数据，操作数据被用于控制处理操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在电解槽的电解液的电导率，和/或电解槽的电解液的温度组成所述操作数据。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为所述操作数据的传感器被引入每个电解槽的电解液，在那里记录其操作数据。
4.根据前述权利要求的任何一项所述的方法，其特征在于，在处理操作期间所控制的是所述电流供电周期的长度，它会在0.01至10秒之间，优选至少0.1秒，更优选至少0.15秒，并且至多为0.5秒，优选至多为0.4秒，和更优选至多为0.25秒；所述间歇的长度，它会在1至20秒之间，优选为1至10秒，和更优选为1至5秒，典型的大约3秒，电流供电周期最好比间歇显著地短。
5.根据前述权利要求的任何一项所述的方法，其特征在于，在电流供电周期，一个电流被施加，该电流强到足以使蓄电池中的每个电解槽在电流供电周期内电压达到至少2.5伏。
6.根据前述权利要求的任何一项所述的方法，其特征在于，在所述电流供电周期内电流电平总计在80至1000A之间，优选至少为110A，优选至少为200A和更优选至少为250A，但最多为1000A。
7.根据权利要求1至5的任何一项所述的方法，其特征在于，在所述电流供电周期内的电流电平是80至1000A，优选至多为150A和更优选至多为110A。
8.根据前述权利要求的任何一项所述的方法，其特征在于，处理操作是在多个循环中完成的，优选为5至30个和更优选为5至20个循环，每个循环包括2至8小时的再生部分，优选2至6小时和更优选大约6小时；和充电部分，优选使用标准充电，即，使用持续电流供电，时间是0.5至2小时，优选大约为1小时。
9.根据前述权利要求的任何一项所述的方法，其特征在于，所述操作数据的记录和所述控制，是在整个或基本上整个处理操作期间连续执行的。
10.根据权利要求1至8的任何一项所述的方法，其特征在于，所述操作数据的记录，是在整个处理周期的预定时间周期内执行的，优选在处理的启动期间。
11.根据前述权利要求的任何一项所述的方法，其特征在于，所述操作数据的记录和以该操作数据为基础的控制，是分别对蓄电池内的全部或基本上全部电解槽执行的。
12.根据前述权利要求的任何一项所述的方法，其特征在于，优选通过测量少许电流供电周期的所述操作数据的平均值，记录在电流供电周期内运行在该蓄电池的总电流，接着当后续电流供电周期的平均值在较长的时期保持基本恒定时，则可确保优化控制，和由此确保优化处理。
13.根据前述权利要求的任何一项所述的方法，其特征在于，每个蓄电池的常规数据，被用于控制处理操作，此常规数据优选从组中选择，该组包括用户姓名、日期、蓄电池制造商、蓄电池的型号、蓄电池的标称值、制造年份、蓄电池的首次操作使用时间、先前已执行处理之间的间隔时间、使用该蓄电池的设备类型、和在处理操作启动时优选自动记录的常规数据。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，用于其它各蓄电池和/或用于该特定蓄电池的上述处理的更早的常规数据和操作数据，被用于控制处理操作。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，通过连接到网络，可确保访问所述更早的常规数据和更早的操作数据，该网络具有一个用于各蓄电池处理的不同设备的这些数据的通用数据库。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述网络被安排用于监视该处理操作和/或用于该处理操作的软件升级。
17.一种用于蓄电池的再生处理的设备，蓄电池至少有一个电解槽，优选铅电池，该设备包括变压器，该变压器适用于连接到电源网络的初级线圈、次级线圈、连接到次级线圈的整流器、适用于连接到被处理的蓄电池的正和负接线柱、和连接到初级线圈用于电源网络的周期地连接和断开的自动执行器，短促的电流供电周期被无电流间歇打断，其特征在于，至少在蓄电池的一个电解槽，记录/测量操作数据的装置，和用于控制以此操作数据为基础的处理操作的装置。
18.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，用于记录/测量电解槽中电解液的电导率的各传感器，包括用于记录/测量操作数据的所述装置，和/或用于记录/测量电解槽中电解液的温度的各传感器，所述记录/测量优选在蓄电池开始使用和施加所述各传感器时被安排执行。
19.根据权利要求17至18中任何一项所述的设备，其特征在于，用于记录/测量操作数据的所述装置被安排逐一地记录/测量蓄电池的全部或基本全部电解槽的操作数据；以每个电解槽的操作数据为基础，优选在这些电解槽中逐一地安排控制该处理操作。
20.根据权利要求17至19中任何一项所述的设备，其特征在于，用于控制处理操作的所述装置，包括一个控制单元，优选微型计算机；和一种装置，用于在处理操作期间动态地改变所述电流供电周期的的长度，改变范围在0.01至10秒之间，优选至少为0.1秒，更优选至少为0.15秒和至多为0.5秒，优选至多为0.4秒和更优选至多为0.25秒；所述间歇的长度，在1至20秒之间，优选为1至10秒和更优选为1至5秒，通常大约为3秒，电流供电周期优选比间歇显著地短，和使用的电流电平选项。
21.根据权利要求17至20中任何一项所述的设备，其特征在于，在所述电流供电周期内，该设备被安排产生电流，该电流强到足以使蓄电池的每个电解槽在电流供电周期内达到至少2.5V电压。
22.根据权利要求17至21中任何一项所述的设备，其特征在于，在所述电流供电周期内，该设备被安排产生电流电平，该电流电平总计可能达到80至1000A，优选至少为110A，优选至少为200A和更优选至少为250A，但是至多为1000A。
23.根据权利要求17至21中任何一项所述的设备，其特征在于，在所述电流供电周期内，该设备被安排产生电流电平，该电流电平总计可能达到80至1000A，优选至多为150A，和更优选至多为110A。
24.根据权利要求17至23中任何一项所述的设备，其特征在于，装置优选自动地对每个蓄电池逐一记录/输入常规数据，该常规数据优选从组中选择，该组包括用户姓名、日期、蓄电池制造商、蓄电池的型号、蓄电池的标称值、制造年份、蓄电池的首次操作使用时间、先前已执行处理之间的间隔时间、使用该蓄电池的设备类型。
25.根据权利要求24所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于连接数据库的装置，优选经由网络，用于使用较早的常规数据和上述处理操作的操作数据，用于其它蓄电池和/或用于在控制处理操作的特定蓄电池的上述处理。
26.据权利要求25所述的设备，其特征在于，所述网络也被安排用于监视处理操作和/或用于处理操作的软件升级。
全文摘要
蓄电池的再生处理方法,蓄电池至少有一个电解槽,优选铅电池,在脉冲电流供电周期内,蓄电池被加入来自充电单元的变化直流电压,脉冲电流供电周期被无电流间歇(pause)打断,直流电压足以在蓄电池中产生气体。在处理操作期间,对于蓄电池的至少一个电解槽,操作数据被记录,操作数据被用于控制处理操作。
文档编号H01M10/44GK1367947SQ0081109
公开日2002年9月4日 申请日期2000年5月24日 优先权日1999年6月15日
发明者弗兰克·林德奎斯特, 亨里克·林德奎斯特 申请人:霍尔吉亚股份公司