专利名称:蓄电池去极化放电储能循环充电装置的制作方法
本发明涉及一种消除了直流开关的蓄电池去极化放电储能、循环充电装置，特别是一种仅用电容器储存放电能量、释放充电能量，形成循环充放电过程，自动完成去极化脉冲充放电过程的充电装置。具有结构简单，无失控可能，高能量效率、低制造成本及充放电循环的特点。主要用于铅酸蓄电池、碱性蓄电池的快速充电、去极化常规充电、充放电循环锻炼初充电、极板快速化成、充电质量和充电容量的提高以及相应充电装置的制造。
脉冲充放电是一种先进的充电方法，反向的放电电流减缓了充电时特别是大电流充电时的浓差极化和电化学极化现象，抑制了水介出气反应，提高了充电接受率和充电速度。现有脉冲充放电充电装置都是由直流开关及时序控制电路来实现的，由此带来了装置结构上、生产上、使用上的复杂性，产品成本、体积、重量相应增大，存在失控问题。反向的放电电流抵消了充电电流平均值，降低了效率，影响充电功率，发热的放电电阻也是一个结构上难处理的部件。在制造千伏安以下的小功率脉冲充放电快速充电装置方面存在结构复杂，造价高的问题。
本发明的任务是要提供一种没有直流开关和时控电路的脉冲充放电充电装置，仅使用联结在电路特定位置上的一至二个(组)电容器，在具有蓄电池反电势负载的单相充电整流电路自然形成的电流流通期和截止期里自动完成充电、放电、反充电的脉冲放电过程，且放电时能量储于电容器，随后又自动释放重新用于对蓄电池充电，形成了包含有循环充放电过程的去极化脉冲充放电过程。由此摒弃了现有脉冲充放电装置的大量结构和部件，最大限度地简化了电路结构，消除了失控的可能性，提高了效率，同时生产成本、装置体积重量也大幅度下降，并使本装置具有如下所述的多种功效和用途。
1、蓄电池快速充电装置的小型、轻量、简单、高效率、高可靠性、低成本化。
由于仅用电容器取代直流开关完成了蓄电池脉冲充放电过程，且放电能量经储存后重新用于对蓄电池充电，形成循环充放电过程，使本装置应用于快速充电时实现了快速充电装置简化结构，缩小体积，减轻重量，提高能量效率，消除失控，降低成本，方便生产和使用的变革目标。这不但使快速充电装置特别是千伏安以下的小功率装置的制造成为易举，而且为快速充电装置在充电领域更广泛地应用开辟了通途。
2、去极化常规充电装置(充电率0.1C)、中速充电装置(0.3～0.5C)的制造及现有充电方法的变革，目前沿用的充电法和充电装置由于结构复杂和成本上的原因均未采取去极化措施，气化点前期充电时间长，后期水介出气持续时间也长。本装置的脉冲放电去极化结构不但简单、价廉、可靠，而且不影响充电电流平均值，对现有常规充电装置稍加改装就可以实现去极化放电过程，这就为在常规小电流充电装置中普遍采用去极化措施开辟了实用途径，为了充分利用蓄电池的充电接受特性提高充电速度，又避免了大电流充电的付作用和装置功率的过份增加，采用0.3～0.5C充电率的中速充电装置是有广阔前途的，它将成倍地缩短充电时间，又避免付作用。
3、对蓄电池初充电、极板化成，极板去硫化和快速充电具有重要意义的循环充放电的充电形式。
由于本装置的去极化放电电流循环用于充电，不影响充电电流平均值，使得快速充电装置可以在充电全过程中无牵制地采用足够的去极化放电措施。克服了现有快速充电装置，放电过程对充电状态的牵制和影响。
由于循环充放电电流强度仅取决于负载电压和储释能电容器容量，因此可以根据蓄电池容量的不同和充电类型的不同以电容量进行调节，甚至可以使充放电循环电流强度数倍于充电电流平均值，这就为本装置的循环充放电过程在蓄电池初充电，极板化成，极板去硫化上的重要应用提供了强度上和数量上的保证。
4、快速、高效率的蓄电池充放电循环锻炼“一步法”初充电功能的实现。
这个强度可调的循环充放电成份一方面具有去极化功效，另一方面又通过反复的充放电使极板在反复的重结晶中颗粒变细，孔隙增多，达到循环充放电锻炼满足容量要求的初充目的，并可以以一次充电完成沿用的多次“充完电、再放电”的循环充放初充法，达到缩短初充时间，简化初充工序，简化放电装置，节约电能，减少污染的目的。同样重要的是，由于存在去极化过程，可以适当提高初充电流，使初充时间进一步缩短。
5、制造快速、高效的蓄电池极板化成设备，提高化成速度，改善化成质量。
参插在充电过程中的循环充放电过程从化成一开始就进行了，这使极板的每一细小部份在化成中都经受过无数次的充放电循环锻炼、细化、疏松了活性物质。化成充电和充放电循环锻炼同时进行的化成方式显然已经提高了化成速度，由于存在去极化过程，适当加大化成电流，可以进一步提高化成速度。由于频率高达五十赫兹，充放电循环电流和累计总循环容量可以达到相当程度。例如取放电电流为0.5C，以每次放电延续4ms计，经十小时其累计安时容量已相当蓄电池经受了一个全容量充放电循环。
6、对“硫酸化”的蓄电池极板的去硫化功效。
“硫化”是一种粗晶态的硫酸铅，本装置的循环充放电过程可以使硫化了的极板在反复的充放电重结晶中，晶粒重新变细，纠正硫化粗品组织。
7、提高充电质量，增加充电容量，改善蓄电池放电特性曲线。
充放电循环充电过程不仅细化了极板组织，而且相当于一个电介液电子“搅拌器”，促使浓差极化减轻，离子成份均匀。实际充电和放电测定证实了在相同条件下，本装置的循环充放电充电过程使放电容量增加了10～15％，且放电过程中蓄电池内阻和压降减少，较长时间地保持在蓄电池的标称电压水平，显示出放电特征曲线的显著改善。
8、蓄电池充电至气化点后对水介出气的明显抑制。
本装置用于快速充电时，在蓄电池充至气化电压点后，应适当减少充电电流值，以使蓄电池电压退回到气化电压点以下，以控制出气。本装置的显要优异性是减流后蓄电池电压重新回升到气化点的速率比未采取去极化措施时慢了3－4倍，这将使蓄电池能在低的极化电压下保持放大的充电电流和维持充电的快速性，并使水出气反应得到控制。从另一个意义上讲，就是蓄电池可接受的呈数下降型的充电曲线得以部份伸直抬平。
9、简单、可靠、价廉、高效率的碱性蓄电池去极化脉冲充电快速充电装置的制造，充电容量、充电质量的提高，和银锌电充放台的取代。
在碱性电池充电过程中同样存在极化问题，本装置同样可以碱性电池的常规充电装置特别是快速充电装置提供结构简单、工可靠、成本低廉、高效率的去极化脉冲充放电充电装置的主回路构。本装置对于银锌电池充电的特别意义在于这个与充电同时进且强度可调的循环充放电过程，不仅可以以简便、快速、高效、一次完成”等优越性取代沿用的银锌电池充放台的工作过程，而与普通充电装置相比，提高了充电容量10～15％，并可以消放电曲线上的高电压坪段，提高放电电压精度。
10、用途广泛的移动式车用蓄电池快速充电机的制造及本置在有关军事装备上的应用。
本装置的应用之一是使一种在国内外有着广泛用途的可携带移动型的且结构简单、可靠、价廉的汽车、摩托车等车辆起动蓄池快速充电器的制造成为易举，它同样适用于正在兴起的电动自车，电动汽车，电动游艇，电动玩具车辆的快速补充充电，同样用于铁路、矿用、通信、应急电源等蓄电池的快速充电，并兼具述多种优异充电功能。在有关军事装备上，这种具有可靠性能和单结构，使用操作方便的快速充电装置可以更好地适应运输、移振动等恶劣环境，而且有重要使用价值。
本发明是以如下方式完成的完整正弦交流电压输入单相半波、全波、桥式充电整流电路。当充电整流电路接成桥式时，在每支整流臂的一个整流管侧各并联一个充放电储释能效用的电容器，这二个电容器容量对称相等，且和电源电动势、被充蓄电池构成了一个串连回路。当充电整流电路接成半波或全波时，仅在一个整流管侧并联电容器，使其和电源电动势、被充蓄电池构成一个串连回路。当电源正弦波电压瞬时值大于蓄电池电压时，电源对蓄电池充电，小于蓄电池电压时充电截止，形状了间隔的充电期和停充期。在停充期里，当电源正弦波电压处于下降阶段时，由于以上所述电容器的存在，蓄电池先对电容器以正弦规律放电，随后电源又对蓄电池施以反充电源，二过程延续4ms左右。当电源正弦波电压处于上升阶段时，电容器中储存的能量以正弦规律释放用于对蓄电池充电，在二个充电期的间隔里产生了延续的充电电流，它补偿了放电引起的充电电流平均值的下降，且和放电过程组成了一个循环充放电过程，频率为五十赫兹。在以上过程中，充电期、放电储能期、充电期、循环充电期顺序出现，形成了包含有循环充放电过程的去极化脉冲充放电充电过程。
以下结合实施例及其附图对本发明作进一步详细的描述。
图1是本发明在充电整流电路接成桥式时的实施例原理电路图。
图2是正弦交流电源电动势、蓄电池反电势负载电压和去极化放电储能循环充电过程的对应关系波形图。
图3是本发明在充电整流电路接成半波时的实施例原理电路图。
图4是本发明在充电整流电路接成全波时的实施例原理电路图参照实施例图1，双向可控硅1串在降压变压器初级回路里担任电流零触发PMD交流调压。整流二极管3、5、8、9组成单相桥式充电整流电路，蓄电池6为其反电势负载，充放电储释能电容器4、7并联在整流二极管3、8上，使得正弦交流电源电动势端口2和充放电储能电容器4、7，被充蓄电池6构成一个串连回路。
参照图1、图2可以说明本装置在正弦交流电源电动势A至F不同时刻时的脉冲充放电过程。设正弦交流电源电动势正半周时，点b电位开始上升，负半周时a点电位上升，则在A至B时刻，整流二极管3、8正向导通，是蓄电池的充电过程。B至C时刻，整流二极管3、8反向截止，蓄电池6向充放电储释能电容器4、7反向放电，随后正弦交流电源电动势端口2再对蓄电池施以反充电充放电储释能电容器4、7储存放电能量和反充电能量。C至D时刻，整流二极管5、9正向导通，是蓄电池的充电过程。D至E时刻，充放电储释能电容器4、7中储存的放电能量和反充电能量释放重新用于对蓄电池充电。在以上正弦交流电源电动势的一个周期中包含了充电、放电储能，充电、循环充电几个过程，形成了图2所示的脉冲充放电波形，实现了本装置的去极化放电储能循环充电的充电过程。
参照实施例图3，当整流二极管23联结成半波充电整流电路时，充放电储释能电容器22应并联在整流二极管23上，且电容器22和正弦交流电源电动势21、被充蓄电池24构成一个串连回路。
参照实施例图4，当整流二极管32、36联结成全波充电整流电路时，充放电储释能电容器34并联在整流二极管32或36上，且电容器34和正弦交流电源电动势31、被充蓄电池35构成了一个串连回路。
以下列述实施技术要点，为了适应不同的蓄电池负载电压，充放电储释能电容器可以由直流电解电容器、金属膜纸介电容器或低压电力电容器组成，可以用数个电容器并联成电容器组，并通过对电容器在工作状态下的热计算，使单个电容器的容量受到限制，使其在频繁的全容量充放电过程中由介质损耗和漏电损耗引起的温升不超过电容器额定温升值。可调正弦波电压可以由以下途径获得(1)降压后输出单一的定电压，(2)通过多点分接开关由初级或次级抽头调压，(3)对降压交压器初级实行双向可控硅电流零触发PMD调压，并可施加定压、恒流等闭环负反馈控制，(4)用接触式调压器交流调压。非斩波调压的工作方式有利于提高电流波形占空比，PMD调压与常用的移相调压具有相同的通过调节占空比改变直流平均电压的本质，当PDM触发电路采用集成件时，只需数个阻容元件配合即可使用。本装置用于快速充电时，为了适应蓄电池充电接受力下降的特性，在气化点后应当使充电电流减少一个适宜的数值，以使蓄电池电压退回到气化电压以下，本装置的去极化放电过程将显著延缓极化电压的重新回升。本装置工作于单相整流电路时，装置容量以十千伏安以下为宜，而工作于三相电路时应当组成三个独立的三回路充电系统，用于多组蓄电池的充电，这种多路充电装置可以更好地适应多个蓄电池串连充电时待充电状态和充电状态是各不相同的实际情况。
权利要求
1.一种由正弦交流电源电动势输出端口、整流二极管、充放电储释能电容器，被充蓄电池组成的蓄电池去极化放电储能循环充电装置，其特征是在整流二极管侧并联有一至二个(组)充放电储释能电容器，且充放电储释能电容器和电源电动势输出端口、被充蓄电池构成一个串连回路。
2.按权利要求
1规定的充电装置，其特征是当整流二极管联接成桥式电路时，在整流二极管3、8上并联充放电储释能电容器4、7，且电容器4、7和正弦交流电源电动势端口2、被充蓄电池6构成了一个串连回路。
3.按权利要求
1规定的充电装置，其特征是当整流二极管联接成全波电路时，在整流二极管32或36上并联充放电储释能电容器34，且电容器34和正弦交流电源电动势端口31、被充蓄电池35构成了一个串连回路。
4.按权利要求
1规定的充电装置，其特征是当整流二极管联接成半波电路时，在整流二极管23上并联充放电储释能电容器22，且电容器22和正弦交流电源电动势端口21、被充蓄电池24构成了一个串连回路。
专利摘要
一种没有直流开关的蓄电池去极化放电储能循环充电装置。并联于整流二极管且和电源、蓄电池构成串连回路的电容器，自动完成去极化脉冲充放电的充电过程，具有简单可靠、高效率、低成本和充放电循环的特点。
文档编号H01M10/42GK87207292SQ87207292
公开日1988年7月6日 申请日期1987年7月13日
发明者叶国华 申请人:叶国华导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan