一种蓄电池远程控制修复系统及其修复方法

一种蓄电池远程控制修复系统及其修复方法
【专利摘要】本发明涉及一种蓄电池远程控制修复系统，包括数据库、系统控制设备、充放电控制设备、放电设备以及充电设备；其中，所述的充电设备与放电设备外部连接到待修复的蓄电池，内部分别连接到充放电控制设备，所述的充放电控制设备通过通信网络与系统控制设备连接，所述系统控制设备与所述的数据库连接。本发明能够根据不同蓄电池的实际放电数据，自动选择一种确定充电量及充电程序的修复方式，实现对蓄电池修复的远程操作，有利于实现修复知识的共享，有利于将带针对性的修复方式快速地传递到各个修复现场，能够提高蓄电池的修复效果。
【专利说明】一种蓄电池远程控制修复系统及其修复方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及蓄电池领域，特别涉及一种蓄电池远程控制修复系统及其修复方法。 【背景技术】
[0002]蓄电池泛称可反复充放电使用的电池，又称二次电池。当前市场上蓄电池用量最 大的是铅蓄电池，它的制造材料来源广泛、价格低廉，且具有安全可靠、容量大、放电强度大 等电气性能优势。在目前实际使用的各种类型的蓄电池中，唯有铅蓄电池回收效率能够达 到99%，材料资源几乎可完全重复性循环利用，符合绿色环保的发展趋势。目前，铅蓄电池在 电动牵引车、车船起动、通信机站、储能等大功率/大容量领域占据绝对的统治地位。
[0003]但铅蓄电池又具有使用寿命较短、容易提前报废的缺陷。以动力用蓄电池为例，目 前我国仅电动自行车行业每年就需要使用6亿只左右的铅蓄电池。由于铅蓄电池提前废弃 现象严重，平均使用周期只有12?15个月，因此，仅电动自行车行业一年废弃的电池量就 超过5亿只。加上其他行业，每年所废弃的铅蓄电池数量惊人。
[0004]对铅蓄电池进行修复是避免铅蓄电池提前报废，延长电池使用寿命，减少资源浪 费的一种可行的技术手段。现有技术中，有多种对铅蓄电池进行修复的方法，包括:富液补 充充电方法、正/负脉冲充电方法、多阶段式智能充电方法、高温搁置法等。不同类型的修 复方法需要对不同容量衰减状态的电池作不同的技术处理，由于铅蓄电池修复方法的多样 性、修复材料的多样性以及待修复的电池的状态的多样性，实施铅蓄电池修复的技术人员 需要具有较丰富的技术经验，需要对近年新出现的多种功能材料和技术原理方法有深刻的 了解，需要对铅蓄电池修复过程有严格的控制。正是因为蓄电池修复对技术有相对严格的 要求，总体而言，当前铅蓄电池整体修复效果并不理想，修复效率很低。出于上述原因，现有 技术中尚缺乏能够自动、高效地完成铅蓄电池修复的设备。
[0005]除了铅蓄电池，其它类型的二次电池，如锂电池、镍氢电池等，由于使用过程中的 欠维护充电或充电恒压值过高、环境温度过高引致的过充电，都会使电池提前废弃，通过特 殊的充放电方式可使容量得到一定程度恢复而继续使用，其修复处理同样可在一定程度减 少对材料资源以及产品制造能源的浪费。

【发明内容】

[0006]本发明的目的在于克服现有技术中尚缺乏能够自动、高效地完成蓄电池修复的设 备的缺陷，从而提供一种能够实现蓄电池修复的系统。
[0007]为了实现上述目的，本发明提供了一种蓄电池远程控制修复系统，包括数据库1、 系统控制设备4、充放电控制设备7、放电设备2以及充电设备3 ;其中，所述的充电设备3 与放电设备2分别连接到外部待修复的蓄电池6的正负极两端，所述的充电设备3与放电 设备2还分别连接到所述的充放电控制设备7上，所述的充放电控制设备7通过通信网络 5与系统控制设备4连接，所述系统控制设备4与所述的数据库I连接；
[0008]所述的放电设备2根据所述充放电控制设备7所发出的指令对所述蓄电池6进行放电操作，并向所述充放电设备7返回相应的数据；所述数据包括:所述蓄电池6以标规额定电流Ie放电起始WTg 时间内得到的最小电压值Vtll，放电至标规终止电压Vtl的时间值Ttl和放电平均电压值Vtl2,以及放电暂停T1时间反馈的实时电压值V1 ;其中，所述T1的取
值为0.5~5% T标称额定；
[0009]所述的充电设备3根据所述充放电控制设备I所发出的指令对所述蓄电池6进行充电操作，所述充电操作包括向所述蓄电池6充入指定的电量；
[0010]所述的充放电控制设备7将所述系统控制设备4所发出的指令传输到所述的放电设备2或充电设备3，还将所述放电设备2返回的数据传输到所述系统控制设备4 ；
[0011]所述的系统控制设备4根据反馈的W T0以及V1量值读取其与所述数据库I 中所储存的修复充电量C之间的对应关系，根据这一对应关系选择修复方式，将所选择的修复方式所对应的命令从所述数据库I读取并通过所述充放电控制设备7发送到所述充电设备3 ;所述修复充电量C与所述Ttl的对应关系为C=〔 m + n (I — T0/TMse) ) C标称； 其中，m=l.1~1.3 ;n=1.0~3.5，其取值范围由Vc^Vtl2和V1的量值共同决定；
[0012]所述的Ie、V。、称额定与(?称为国家技术标准规定的公知值。
[0013]上述技术方案中，所述的数据库I与系统控制设备4组成远程控制端，所述的充放电控制设备7、放电设备2以及充电设备3组成本地修复端，所述远程控制端能够对至少一个本地修复端进行控制。
[0014]上述技术方案中，所述通信网络5为互联网。
[0015]上述技术方案中，所述通信网络5为局域网。
[0016]本发明还提供了一种基于所述蓄电池远程控制修复系统上实现的蓄电池修复方法，包括:
[0017]步骤I)、以恒压限流方式为待修复的蓄电池充满电，然后静置一段时间，所述静置时间大于10分钟；
[0018]步骤2)、设定以Ie强度、终止电压Vtl进行检测放电，得到放电前电动势E、放电起始1%!^^^时间采样的最小电压值Vtll、放电至终止电压Vtl的时间值Ttl和放电平均电压值 V02以及放电至Vtl后空载运行T1时间的实时电压值V1 ；
[0019]步骤3)、根据步骤2)所得到的数据确定对待修复的蓄电池进行修复充电时所需要的修复充电量C ;
[0020]步骤4)、根据步骤2)得到的数据和步骤3)得到的修复充电量C的数据进行分阶段充电，实现对蓄电池的修复。
[0021]上述技术方案中，在所述的步骤2)之后、步骤4)之前，还包括:
[0022]步骤a)、根据步骤2)得到的数据确定待修复的蓄电池的失效模式，根据不同的失效模式为所述的待修复的蓄电池添加修复材料，并为蓄电池补足电解液。
[0023]上述技术方案中，在所述的步骤a)中，所述的根据不同的失效模式为所述的待修复的铅蓄电池添加修复材料包括:
[0024]步骤a-1 )、当待修复的蓄电池符合E≤2.15V/单格、Vtll ( 2.05V/单格、 V02 ( 1.98V/单格、V1 ( 2.0OV/单格四项特征至少两项时，执行步骤a-2);当待修复的蓄电池符合E > 2.23V/单格、V01 > 2.1OV/单格、V02 > 2.02V/单格、V1 > 2.05V/单格四项特征至少两项时，执行步骤a-3);非上述两种典型状态表现，执行步骤a-4)；[0025]步骤a-2)、为待修复的蓄电池外加抗极板硫酸铅结晶盐化的修复材料，然后结束本步骤的操作；
[0026]步骤a-3)、为待修复的蓄电池外加抑制极板活性物质软化的修复材料，然后结束本步骤的操作；
[0027]步骤a-4)、为待修复的蓄电池先外加抗硫化材料，通过充电治理极板硫酸铅结晶盐化，然后再外加固晶材料通过充电治理极板活性物质软化。
[0028]上述技术方案中，所述的步骤2)包括: [0029]步骤2-1)、将Vtll与标规终止电压值Vtl进行比较，若Vtll > V0,以额定电流强度Ie 放电至\，记录放电时间Ttl ;若E < Vtl或Vtll = V0,则记录放电时间值Ttl=O ；
[0030]步骤2-2)、在蓄电池以电流放电至Vtl过程中，连续采样实时放电的电压值，根据采样结果计算出采样平均值Vtll并储存记录；
[0031]步骤2-3)、将待修复的蓄电池以Ie电流强度放电至Vtl时，暂停放电，记录空载T1 时间反弹的实时电压值V1 ；
[0032]步骤2-4)、对待修复的蓄电池深放电至V2，然后放电电流强度分阶段递减继续深放电至V2，V2 ( S(Fc)Vc/单格；其中，所述的放电电流强度分阶段递减包括:Ie电流强度的1/2 等分递减，或以任意形式递减，递减阶数设置I阶以上。
[0033]上述技术方案中，所述步骤3)的修复充电量C，与所述Ttl的对应关系为C =〔 m + n (I — T0/T标称额定))C标称；其中m=L I~1.3，n=l.0~3.5，n的取值范围根据待修复的蓄电池种类结合V, Vc^V1的量值区间而定，对铅蓄电池包括:
[0034]1、蓄电池符合Vtll≤2.05V/单格、Vtl2≤1.98V/单格任一项特征时，n取值2.5~
3.5:其中，V1 < 2.0V/单格时n取值2.9~3.5，V1≥2.0V/单格时n取值2.5~2.9 ;
[0035]i1、蓄电池符合Vtll > 2.1OV/单格、Vtl2≥2.02V/单格任一项特征时，n取值1.0~
1.8:其中，V1≥2.05V/单格时n取值1.0~1.3，V1 < 2.05V/单格时n取值1.3~1.8 ;
[0036]ii1、蓄电池非上述两类状态表现时，n取值1.8~2.5。
[0037]上述技术方案中，所述的步骤4)对铅蓄电池包括:
[0038]步骤4-1)、根据待修复电池的Vc^V1值结合检测放电前的电动势E选取初始充电的电流强度，对于E < V0, V01 = Vtl或V1≥2.05V/单格的待修复蓄电池，优选用≤0.06C/ A进行初始充电0.5~4小时或充电至蓄电池的两端电压≥2.0V/单格，再变换步骤4-2); 非上述情况的待修复蓄电池直接进行步骤4-2)充电；
[0039]步骤4-2)、对待修复的蓄电池以0.08~0.25C/A电流充电，直至充入70~95% C/Ah的充电量，再变换步骤4-3)充电；
[0040]步骤4-3)、对待修复的蓄电池以0.03~0.06C/A小电流充电，直至充入由放电数据VclPUc^V1共同确定的C/Ah充电量，使蓄电池恢复标准容量。
[0041]上述技术方案中，步骤4-2)充电可分为两个或两个以上阶段，不同阶段之间间隔设置休眠、变换小于或等于0.03C/A的小电流充电，或设置浅放电。
[0042]上述技术方案中，所述充电过程的浅放电的电流强度≤Ie，放电电量≤0.5C/Ah ； 当设置浅放电时，该负充电量在后阶段充电中等量补充回，所述的由C= ( m + n (1-T0/ T标称额定)〕C标称确定的修見剩充电星;不变。
[0043]本发明的优点在于:[0044]1、本发明的蓄电池修复方法能够针对不同蓄电池的实际放电数据，运用通信网络手段自动选择一种确定充电量及充电程序的修复方式，提高了蓄电池的修复率。
[0045]2、本发明的蓄电池修复系统能够实现对蓄电池修复的远程操作，有利于将有针对性的修复方式快速地传递到各个修复现场，有利于实现修复知识的共享。
【专利附图】

【附图说明】
[0046]图1是本发明的蓄电池远程控制修复系统的基础结构示意图；
[0047]图2是一只6DZM12失效蓄电池恒定电流深放电的电压变化曲线；
[0048]图3是本发明的电池修复系统中的放电设备的工作流程图；
[0049]图4是本发明电池修复系统中的放电设备所采用的一种深放电方法的流程图；
[0050]图5是本发明电池修复系统中的充电设备的工作流程图；
[0051]图6是实施例1根据蓄电池放电数据所对应设置充电量的充电电流曲线；
[0052]图7是实施例2根据蓄电池放电数据所对应设置充电量的充电电流曲线；
[0053]图8是实施例3根据蓄电池放电数据所对应设置充电量的充电电流曲线；
[0054]图9是实施例4根据蓄电池放电数据所对应设置充电量的充电电流曲线；
[0055]图10是实施例5根据蓄电池放电数据所对应设置充电量的充电电流曲线；
[0056]图11是实施例6根据蓄电池放电数据所对应的充电电压设置曲线。
[0057]附图标识
[0058]1、数据库 2、放电设备3、充电设备 4、系统控制设备
[0059]5、通信网络6、蓄电池 7、充/放电控制设备
【具体实施方式】
[0060]在对本发明做详细说明之前，首先对本发明中所涉及的相关概念做统一描述，为了说明的方便，在描述的过程中以铅蓄电池为例，其它类型电池可同理类推。
[0061]Ie (单位A):蓄电池行业国家技术标准额定时率的放电电流强度，Ie=额定容量(?称(Ah)/放电时率(h)。例如，电动自行车6DZM电池国标规定为a率放电，Ie (A) = (?称/2h ;电动道路车蓄电池国标规定为3h率放电，Ie (A) = C^/3h ;通讯机站UPS用蓄电池国标规定为IOh率放电，则Ie (A) = C_/10h。
[0062]V0 (单位V):标规以额定时率电流Ie放电的终止电压值，例如，》1率或3h率动力电池V。= 1.75V/单格，通讯机站IOh率电池V。= 1.80V/单格。
[0063]T0 (单位h):蓄电池以标规额定时率电流Ie放电至终止电压值Vci的时间。Tci的物理意义表征蓄电池的容量，容量为IeXTtl (Ah)0
[0064]上述均为行业技术公知值，以下是本发明中所涉及的特征数据值(未加以专门说明的述例，均以铅蓄电池为例进行说明):
[0065]V01:以Ie放电起始时间内采样所得到的最小电压值。一般蓄电池闭路(加外部负载)的电压表现是一个探底再反弹进入稳定放电平台的过程， 申请人:发现Vtll表现区间与蓄电池主要失效模式相关，例如铅蓄电池主要失效模式为极板活性物质典型硫酸铅结晶盐化时表现为Vtll明显偏低，极板活性物质严重软化时表现为Vtll明显偏高，而两种失效模式并存时的Vtll表现为两者之间Wtll在三种不同的电压区间表现，为铅蓄电池的修复过程提供了一个典型特征依据。
[0066]V02:蓄电池在Ttl时间段放电的平均电压值，行业公知Vtl2与电解质的离子密度相关，例如铅蓄电池的Vtl2与硫酸密度相关。 申请人:发现铅蓄电池所表现的Vtl2区间与主要失效模式相关，极板活性物质典型硫酸铅结晶盐化一般表现为Vtl2偏低，极板活性物质严重软化表现为Vtl2明显偏高，而两种失效模式并存的蓄电池Vtl2表现为两者之间；该三种不同Vtl2的区间表现，为修复过程提供了又一个特征依据。
[0067]T1:蓄电池修复过程中所涉及的一个时间值。蓄电池以额定电流放电至Vtl时，暂停放电(空载，即断开放电负载)的电动势(开路电压)在一定时间会趋于基本稳定，T1取值以蓄电池的标规放电时率1?_定为参照，在0.5~5%1^_定区间范围选取，优选的是，I~2h率蓄电池取下限值0.5~1.5%T_额定，3~5h率蓄电池取中值I~3%T标称额定，10~20h率蓄电池取上限值3~5%T_额定。
[0068]V1:蓄电池空载运行T1时间所能达到的实时电压值。 申请人:发现不同失效模式蓄电池所表现的V1有明显的不同区间，例如铅蓄电池主要失效模式为极板活性物质硫酸铅结晶盐化时一般表现为V1偏低，极板活性物质严重软化时表现为V1明显偏高；而两种失效模式并存时表现为V1处于两者之间；该三种不同的实时电压V1区间表现，为铅蓄电池的修复过程提供了再一个典型特征依据。
[0069]下面结合附图对本发明作进一步的描述。
[0070]参考图1，本发明的用于蓄电池修复的远程控制系统包括数据库1、系统控制设备
4、充放电控制设备7、放电设备2以及充电设备3 ;其中，所述的充电设备3与放电设备2能够分别连接到外部待修复的蓄电池6的正负极两端，并且分别连接到所述的充放电控制设备7上，所述的充放电控制设备7通过通信网络5与系统控制设备4连接，所述的系统控制设备4与所述的数据库I连接`。
[0071]在蓄电池修复过程中，所述远程控制系统中的放电设备2、充电设备3以及充放电控制设备7位于修复蓄电池的现场，而所述的数据库1、系统控制设备4可以在修复蓄电池的现场，也能在远离修复现场的远端。用于连接充放电控制设备7与系统控制设备4之间的通信网络5可以为互联网，也可以是局域网。在图1中只示出了数据库1、系统控制设备4对包括放电设备2、充电设备3、充放电控制设备7在内的一套充放电设备实现充放电控制，但在实际使用中，所述数据库1、系统控制设备4可以通过通信网络同时对位于不同场所的多套充放电装备进行控制。
[0072]所述的放电设备2用于将待修复的蓄电池6中的电能释放出去。在一个实施例中，所述放电设备2包括恒定电流放电负载电阻、微型数据读/写储存器、放电时间计数器、实时显示电压表、数据输入/输出接口、恒流放电及实时电压管理单元。该放电设备2在工作过程中，接收充放电控制设备7所发出的指令，并能够根据该指令对蓄电池6执行一系列的放电操作，并向充放电控制设备7返回相应的数据。
[0073]所述的充电设备3用于向待修复的蓄电池6充电。在一个实施例中,所述的充电设备3包括恒定电流充电实时管理单元、充电时间计数器、实时显示电流/电压表、微型数据读/写储存器以及数据输入/输出接口。该充电设备3在工作过程中，接收充放电控制设备7所发出的指令，并能够根据该指令对蓄电池6执行一系列的充电操作，并向充放电控制设备7返回相应的数据。[0074]在本实施例中，放电设备2与充电设备3是独立的两台设备，在其他实施例中，也可以通过放/充电一体机实现。
[0075]所述的充放电控制设备7用于接收所述系统控制设备4所发送的命令，将所述命令发送到放电设备2与充电设备3。在本实施例中，所述充放电控制设备7是一台独立的物理设备，但在其他实施例中，也可与所述放电设备2和充电设备3在同一物理设备上实现。
[0076]所述的系统控制设备4根据放电设备2对待修复的蓄电池6以额定电流Ie放电
时间内采样得到的最小电压值νΜ、Ie放电至终止电压Vtl的时间值Ttl和放电平均
电压值Vtl2以及放电暂停T1时间反馈的实时电压值V1，读取所述数据库I储存的修复充电量C (Ah)与所述νΜ、V02, T0, V1之间的对应关系，根据这一关系选择合适的修复方式，将这一修复方式所对应的命令通过充放电控制设备7发送到充电设备3，充电设备3采用该修复方式实现对蓄电池6的修复。
[0077]所述数据库I用于存储修复充电量C与所述Vc^Vtl2U1之间的对应关系以及与这些对应关系相对应的修复方式的命令。
[0078]以上是对本发明的用于蓄电池修复的系统的描述，下面对基于该系统所实现的蓄电池修复方法主要以铅蓄电池为述例进行说明。
[0079]铅蓄电池主要存在两种典型失效模式:极板硫酸铅结晶盐化、极板活性物质软化。对处于上述两种失效模式下的铅蓄电池都可采用充电的方法实现一定程度的修复。铅蓄电池无论是哪种失效模式，一般在单格I~1.6V存在至少一个二级能量平台，附图2给出了一只6DZM12失效电池恒流5Α 放电的电压变动曲线，表明失效电池在9V左右区间虽堆积有较大的能量，但远远低于正常工作电压下限，对蓄电池正常工作无意义。蓄电池进行深放电能够有效释放这一低电压平台的能量，在深放电后再通过充电对蓄电池进行修复，将使得蓄电池修复效果更佳。
[0080] 申请人:通过研究发现:放电特征数据对于确定蓄电池修复过程中所需要的修复充电量的大小有着十分重要的意义。微观蓄电池活性物质的团簇颗粒图像，容量正常时极向排布高度一致，容量大衰减时团簇颗粒的尺度分布、团簇间距和极向排布都呈现出杂乱无章，需要在外加有效添加剂作用的前提下一次性地注入足够的能量激活，否则会形成“记忆”使电池容量无法恢复设计值，因此以放电特征数据确定修复充电量，是使蓄电池恢复正常容量的有效技术方法。
[0081 ] 对于一些现阶段技术不适宜深放电的电池，例如常规锂电池、镍氢电池，放电深度宜控制。从技术原理，任何电池只要其电极材料不因放电电压过低而分解或相变，修复过程中进行深放电均有助于释放低电压平台的能量，修复效果会更好。
[0082]以上述发现为基础，所述的蓄电池修复方法包括:
[0083]步骤I)、以恒压限流方式为待修复的蓄电池充满电，然后静置一段时间，在本实施例中，所述静置时间大于10分钟。
[0084]本步骤所述的预充电，其目的是防止待修复的蓄电池放置时间过长而影响放电数据采集的准确性，提升后续步骤的技术效果。
[0085]步骤2)、设定以Ie强度、终止电压Vtl进行检测放电，得到放电前电动势Ε、放电1%Τ 时间内采样的最小电压值Vtll、放电至终止电压Vtl的时间值Ttl和放电平均电压值Vtl2以
及放电至Vtl后空载运行T1时间的实时电压值％。[0086]本步骤所述的以16强度放电，其目的是为采集放电特征数据，16强度放电属优选而非必须，所述的Vtl和T1取值同理，Ie强度、V0和T1取值的变换仅是影响对放电数据的取值判断范围及其所对应的充电量值关系表述。
[0087]步骤3)、根据步骤2)所得到的Uc^TtlJ1确定对待修复的蓄电池进行修复充电时所需要的修复充电量C ;修复充电量C (Ah)=〔 m + η (I — TQ/T标称额定))C标称；其中，m=l.1~1.3，n=l.0~3.5 ;m (?%取值范围是蓄电池行业的公知值，同时与蓄电池所处的环境温度相关，取值趋势与环境温度呈反比的取值范围由Vc^Vtl2和V1的量值共同决定。对铅蓄电池包括以下情况: [0088]1、待修复的蓄电池符合Vtll ( 2.05V/单格、Vtl2 ( 1.98V/单格任一项特征时，η取值2.5~3.5:其中，当V1 < 2.0V/单格时η取值2.9~3.5，当V1≥2.0V/单格时η取值2.5 ~2.9 ;
[0089]i1、待修复的蓄电池符合Vtll > 2.1OV/单格、Vtl2≥2.02V/单格任一项特征时，η取值1.0~1.8:其中，当V1≥2.05V/单格时η取值1.0~1.3，当V1 < 2.05V/单格时η取值 1.3 ~1.8 ;
[0090]ii1、待修复的蓄电池非上述两种状态表现时，η取值1.8~2.5。
[0091 ] 本步骤中，修复充电量C的表达式反映了蓄电池失效状态与修复充电量的关系，其物理含义是:在经过深放电的空荷状态下，蓄电池修复在充入I~1.3(?%电量的基础上，需继续补充〔η (1- T0/TMse) )电量，Ttl越小，蓄电池修复所需要的
充电量就越大。
[0092]本步骤中计算的充电量大小关系到蓄电池修复的效果，若修复充电量过小将不能激活待修复的蓄电池，若修复充电量过大，又容易把蓄电池充坏，尤其是因长期过充电引致极板活性物质严重软化失效的蓄电池，因此η的合适取值十分重要。
[0093]本步骤所述的恒定电量充电(不限制充电电压)的方式，对于超出限压过充电易爆的蓄电池不适用(例如普通技术制造的常规锂电池、常规镍氢电池等)，这类蓄电池宜使用标规恒定电压的限流充电方式，例如常规锂电池可设置为4.2V限流0.15C/A充电，当充电电流自然下降至小于0.01C/A时视为充满。这类蓄电池虽然通过特殊充放电也可以使容量得到一定程度恢复，但现阶段因配套修复材料技术研发不足和受到充放电手段限制，修复效果远不及铅蓄电池显著。
[0094]步骤4)、根据步骤2)得到的数据和步骤3)得到的修复充电量C的数据进行分阶段充电，实现对蓄电池的修复。
[0095]作为一种优选实现方式，在所述的步骤2)之后、步骤4)之前，还包括:
[0096]步骤a)、根据步骤2)得到的数据确定待修复的蓄电池的失效模式，根据不同的失效模式为所述的待修复的蓄电池添加修复材料，并为该蓄电池补足电解液。
[0097]之前已经提到，铅蓄电池的主要失效模式有两种，分别是极板硫酸铅结晶盐化和极板活性物质软化。本 申请人:经实验发现，当待修复的蓄电池符合E < 2.15V/单格、V01 ( 2.05V/单格、Vtl2 ( 1.98V/单格、V1 ( 2.0OV/单格四项特征中的至少两项时，失效模式以极板硫酸铅结晶盐化为主，优选外加抗极板硫酸铅结晶的修复材料；当待修复的蓄电池符合E > 2.23V/单格、V01 > 2.1OV/单格、V02 > 2.02V/单格、V1 > 2.05V/单格四项特征中的至少两项时,失效模式以极板活性物质软化为主,优选外加抑制极板活性物质软化的修复材料；对于非上述两种典型状态表现的情况，通常是两种失效模式并存，可优先外加抗硫化材料通过充电治理极板硫酸铅结晶盐化，然后再外加固晶材料通过充电治理极板活性物质软化。
[0098]对于其它种类的蓄电池，目前行业鲜有对修复材料研究的公开文献，一个重要的技术原因是:在鼓励快速消费的商业背景下，普通商品锂电池、镍氢电池等习惯设计为完全密封结构，用完即废弃，产品设计及消费观念有待改变，因此修复材料运用对普通锂电池、镍氢电池等是一个新的研究领域，随着动力用大功率磷酸铁锂电池如铅蓄电池般设计安全防爆阀的技术出现，磷酸铁锂电池也可能如同铅蓄电池那样利用安全防爆阀孔外加修复专用材料，其它种类的蓄电池同理。
[0099] 下面对蓄电池修复方法中各个步骤的具体实现过程加以说明。
[0100]如图3所示，所述步骤2)中对待修复蓄电池的放电过程具体包括:
[0101 ] 步骤2-1)、本步骤首先采样以额定电流强度放电1%Τ_.时间内的最小电压值V01并储存记录，将Vtll与终止电压值Vtl进行比较，若Vtll > V0,以Ie放电至Vtl,记录放电时间Ttl，然后执行下一步；若蓄电池放电瞬间(例如I秒内)Vtll = Vtl，精确记录该放电时间值无实用意义，记录Tci=O,然后执行下一步；对E < Vci的情况,蓄电池不可能放电,记录放电时间值Ttl=O，然后执行下一步。
[0102]步骤2-2)、在蓄电池以电流Ie放电至Vtl过程中，连续采样实时放电的电压值(采样时间依精度要求而定)，根据采样结果计算出采样平均值Vtl2并储存记录。
[0103]步骤2-3)、将待修复的蓄电池在Ie放电至Vci时，暂停放电，记录空载运行T1时间反弹的实时电压值V1，然后结束本阶段放电操作。
[0104]在本步骤中，所述T1时间的取值区间与蓄电池的放电时率有关，在之前的描述中已经有相应的说明，此处不再重复。
[0105]对于极板硫酸铅结晶盐化或活性物质软化严重的铅蓄电池，仅以I6强度放电至Vtl一般达不到极板荷电基本放空、使深层活性物质充分接触修复添加剂的目的，因此，作为一个优选实施例中，在所述的步骤2-3)之后还包括:
[0106]步骤2-4)、对待修复的蓄电池以电流深放电至V2，然后放电电流的强度分阶段递减，继续深放电至W 80%V0/单格。
[0107]在本实施例中，所述V2的大小为小于或等于80?^/单格，在其他实施例中，也可根据待修复蓄电池的大小、类别确定所述V2的值，例如V2为30?^/单格。
[0108]如图4所示，在本实施例中，对待修复的蓄电池进行深放电时，放电电流的强度分阶递减规则设置为I=M1X,其中M表示递减系数，本实施例优选M值为0.618，正整数K表示递减阶数；蓄电池进行深放电时，第一阶段放电电流强度为Ie，当蓄电池两端电压达到V2后，放电电流强度开始第一阶递减，K为1，放电电流强度下降为0.618Ie (放电电流减小即负载减轻时蓄电池电压会自然反弹)，当蓄电池放电电压再次达到V2时，放电电流强度开始第二阶的递减，此时K变为2，放电电流强度下降为0.6182Ie = 0.382Ie……依次类推，直至设定的阶数K (设定的小电流)深放电至V2。在其他实施例中，深放电的电流强度也可采用其他方式实现分阶递减，如采用l/2Ie等分递减方式，即连续用l/2Ie、l/4Ie、l/8Ie……分别深放电至V2。分阶递减深放电至V2的末阶电流强度，一般优选< 0.05(^#/八。
[0109]如前所述，对现有普通技术制造的常规锂电池、常规镍氢电池，修复过程中不宜进行终止电压远低于Vtl的深放电(避免因放电电压过低引致电极材料易分解或相变)，但是，用限定放电电压Vtl、放电电流强度分阶递减“先放空电”的技术方案，对这类蓄电池容量修复而言仍然很有意义。例如厂商习惯误导消费者锂电池没有记忆效应，如果长期使用中在半荷至满荷状态下充放电，很少甚至没有进行定期放空电，锂电池同样会出现记忆效应，因此锂电池的修复过程，仍然应采取放电电流强度分阶递减先完全放空电、再充电的方法，才能得到较好的容量修复效果。
[0110]参考图5，所述步骤4)中对待修复铅蓄电池的充电过程具体包括:
[0111]步骤4-1)、根据待修复电池的Vc^V1值结合检测放电前的电动势E选取初始充电的电流强度，对于E < V0, V01 = Vtl或V1 > 2.05V/单格的待修复蓄电池，优选用≤0.06C/A进行初始充电0.5~4小时或充电至蓄电池的两端电压≥2.0V/单格，再变换步骤4-2);非上述情况的待修复蓄电池直接进行步骤4-2)充电；
[0112]铅蓄电池极板硫酸铅结晶盐化通常还有另一类极端情况，电动势E表现正常或较高，但放电至Vtl的时间值Ttl很小，往往Ttl <甚至< 1S，而放电至Vtl伴随的反弹V1值很高，往往> 2.05V/单格甚至趋近放电前的电动势E，凡此类情况的铅蓄电池，在步骤4-1)中优选用< 0.06C/A进行初始充电。
[0113]步骤4-2)、对待修复的蓄电池以0.08~0.25C/A电流充电，直至充入90~95%C的充电量，再变换步骤4-3);本步骤优选采用两个或两个以上阶段充电的方式，不同阶段间隔休眠、变换小于或等于0.03C/A的小电流充电，或设置浅放电；
[0114]步骤4-3)、对待修复的蓄电池以0.03~0.06C/A小电流充电，直至充入由放电数据νΜ、V02, T0, V1共同确定的C充电量，使蓄电池恢复标准容量。
[0115]在步骤4-2 )中，所述的两个或两个以上阶段充电可采用蓄电池行业公知的常规分阶降流方法，即递减式分阶段恒流充电，包括使用正/负脉冲电流。蓄电池受充接近满荷态时，内阻会升高，受电能力降低，多余电能会转化为热量积累在蓄电池内部，当内部积热过高会损坏蓄电池。蓄电池修复所需的充电量较大，较之常规充电更易发热，在步骤4-2)间隔休眠(暂停充电)或变换小电流充电一定时间(例如0.2~lh)，特别是设置浅放电(放出蓄电池部分电能)，对消除蓄电池内部产生的气泡及积热、削弱极板介面电解质的极化浓差、提高下一阶段充电效率有明显作用。
[0116]当电池修复充电中期设置浅放电时，剩充电量应相应减除放出的电量。对于常规技术意义上无放电记忆的蓄电池(例如铅蓄电池)，当残余容量< 70%(^#时在充电中期设置若干次浅放电的修复效果会更佳。需要说明的是，之前所述的电池修复充电前进行的Ie放电与此处所述电池修复充电中期设置的浅放电，是两个完全不同的操作阶段，前者目的是以Ie放电至Vtl取得所需的充电程序相关数据。
[0117]本发明的修复充电方法可使大部分蓄电池达到原设计的容量，但有些蓄电池很难一次性充电达到原设计容量，例如一些放置时间太长、极板活性物质软化的铅蓄电池，不宜在修复时初次充电量过多(极板活性物质软化后的结晶重组是一个渐进的过程，其对应充电量已在前述待修复蓄电池的Utl2Jtl和V1等放电数据共同确定的量值设定关系中得到自动控制)，该情况下，可以在实施本发明电池修复充电方法之后，辅助选用一些常规分阶段恒定电流方式进行第二次充电，例如辅以恒定电流分阶段补充1.4~1.SCiai的充电量。在本发明具体实施时，还可根据实际需要，增加蓄电池修复后自动/人机对话重启放电检验容量的功能，优选通过恒流Ie放电至Vtl的放电时间检验修复容量，以提升本发明实施的实用价值。
[0118]下面结合具体的实施例，对本发明的蓄电池修复系统及其修复方法进行说明。
[0119]实施例1
[0120]在一个实施例中，要为用于电动自行车的6DZM12铅蓄电池实现修复。数据库I和系统控制设备4设置在系统管理中心，放电设备2、充电设备3设置在电池修复现场，通过互联网进行数据远程交互对接
[0121]本实施例包括数据库1、充放电控制设备7、放电设备2以及充电设备3 ;其中充电设备3与放电设备2分别连接到外部待修复的蓄电池6的正负极两端，充电设备3与放电设备2还分别连接到充放电控制设备7上，控制设备7通过数据线5、系统控制设备4连接到所述的数据库I ;放电设备2根据所述充放电控制设备7所发出的指令对蓄电池6进行放电操作，并向充放电设备7返回相应的数据。
[0122]根据6DZM12标示的条件(12V12Ah，2h放电率，标规放电电流强度6A，标规放电终止电压10.50V),统控制设备4/充放电控制设备7为放电设备2所设定的数据为V0=I0.50V、V2=3.0V,通过放电设备2所实现的放电、数据采集过程包括:为待修复的蓄电池以6A放电至10.50V，该放电过程中，充放电控制设备7每秒采样一次读取在72秒内采集得到的最小电压值Vtll并储存，之后每15秒采样一次实时电压值暂存，待蓄电池放电至
10.50V时计算出平均电压值Vtl2，同时储存放电至10.50V的放电时间Ttl值；放电设备2放电至10.50V时休眠70秒，充放电控制设备7继续读取蓄电池空载第71秒的反弹电压值
[0123]该放电过程结束后，充放电控制设备7根据放电设备2对待修复的蓄电池6以额定电流6A放电至10.50V反馈的数据，得出放电前电动势E值为12.96V，Vtll值为12.23V,V02值为11.92V，放电至10.50V的时间T0值为56.6分钟，放电至10.50V休眠第71秒的空载反弹电压值V1为11.89V，判定主要失效模式为极板硫酸铅结晶盐化；系统控制设备4通过远程控制通知充/放电控制设备7暂停运行，并将对该蓄电池判定的主要失效模式显示，以便操作者优选外加抗硫化材料与密度为1.20的稀硫酸混和加入电池内部，添加量至电池内部极群的上部见液面。接着以人机对话方式重启，使系统控制设备4通过充放电控制设备7控制放电设备2分别以6A、3A、1.5A、0.75A电流分阶段连续深放电至3.0V ;深放电完成后，控制休眠15分钟后启动充电设备3进入充电程序。
[0124]系统控制设备4据上述放电至10.50V过程的V, V02, T0, V1数据，在数据库I中自动设定m (1.1~1.3)取中值1.2 ;通过与数据库I储存的数据作比较，自动提取数据库I中η的经验偏下限值3.0 (因Vtll值为12.23V，V02值为11.92V，η值在2.9~3.5范围选取，V1虽< 2.0V/单格但却接近2.0V/单格)，为充放电控制设备7自动配送出该6DZM12电池的修复充电量为:C (Ah) = (m + n(l- T0 /TMse) ) C标称=〔1.2 + 3.0 (1-56.6/120) ) C标称=2.785C_= 2.785X 12Ah = 33.42Ah。又因蓄电池空载第 71 秒的反弹电压值V1为11.89V，没必要设置起始小电流充电，系统控制设备4自动为充放电控制设备7选择数据库I储存的常规3阶梯充电数据:2.0A充电8h、l.2A充电10h、0.6A充电9h，计修复充电量33.4Ah，共耗时27h ;在该6DZM12蓄电池完成深放电后第16分钟，充电设备3依据充放电控制设备7的上述充电数据指令，实现对该蓄电池的修复充电。
[0125]附图6标出了本实施例的修复充电I/T曲线，本实施例的6DZM12电池经深放电和常规三阶梯电流递减方法充电33.4Ah后，首次放电容量可达IOAh以上的技术预期效果，一般二次充电后可达到标称容量。
[0126]实施例2
[0127]在另一个实施例中，也对实施例1所述的6DZM12专用蓄电池进行远程修复，本实施例在充电前阶段与实施例1相同，但在充电修复的过程中，自动选用数据库I储存的优化充电方式。具体地说，充放电控制设备7在6DZM12电池完成深放电后第31分钟，选用数据库I储存的优化级5阶梯“准两充一放”充电方法，与该充电方法有关的数据包括:2.0A充电6h、l.2A充电8h、l.2A放电此、1.2A充电8h、0.6A充电8h，共计修复剩充电量33.6Ah，耗时32h。
[0128]附图7为与本实施例有关的修复充电I/T曲线，采用5阶梯“准两充一放”方法对蓄电池6剩充入33.6Ah电量后,本实施例的6DZM12电池的6A放电容量一般可一次性达到标称12Ah的技术预期效果。
[0129]本实施例在实施例1的基础上，还增加了蓄电池修复后自动放电检验容量的功能，充放电控制设备7控制充电设备3在充电程序结束I小时，继续控制放电设备2以恒流6A放电至10.50V，记录显示放电时间，使蓄电池修复容量一目了然。
[0130]实施例3
[0131]针对北方地区冬季需要对蓄电池加大充电量的需要，在又一个实施例中，在对实施例I所述的蓄电池进行修复时，需要强化修复充电量。在对蓄电池进行修复时，深放电过程不变，但在充电时，计算充电量所设置的参数m的大小为1.3，该6021112电池在北方地区冬季进行强化充电时的修复充电量为
【权利要求】
1.一种蓄电池远程控制修复系统，其特征在于，包括数据库(I)、系统控制设备(4)、充放电控制设备(7)、放电设备(2)以及充电设备(3);其中，所述的充电设备(3)与放电设备(2)外部连接到待修复的蓄电池(6)的正负极两端、内部分别连接到所述的充放电控制设备(7)上，所述的充放电控制设备(7)通过通信网络(5)与系统控制设备(4)连接，所述系统控制设备(4)与所述的数据库(I)连接；所述的放电设备(2)根据所述充放电控制设备(7)所发出的指令对所述蓄电池(6)进行放电操作，并向所述充放电设备(7)返回相应的数据；所述数据包括:所述蓄电池(6)以标规额定电流放电起始时间内采样得到的最小电压值Vtll、放电至标规终止电压Vtl的时间值Ttl和放电平均电压值Vtl2,以及放电暂停T1时间反馈的实时电压值V1 ;其中， 所述的T1取值为0.5~5%T标称额定；所述的充电设备(3)根据所述充放电控制设备(7)所发出的指令对所述蓄电池(6)进行充电操作，所述充电操作包括向所述蓄电池(6)充入指定的电量；所述的充放电控制设备(7)将所述系统控制设备(4)所发出的指令传输到所述的放电设备(2)或充电设备(3)，还将所述放电设备(2)返回的数据传输到所述系统控制设备(4);所述的系统控制设备(4)根据反馈的Vc^ V02, T0以及V1量值读取其与所述数据库(I) 中所储存的修复充电量C之间的对应关系，根据这一对应关系选择修复方式，将所选择的修复方式所对应的命令从所述数据库(I)读取并通过所述充放电控制设备(7)发送到所述充电设备(3);所述修复充电量C与所述Ttl的对应关系为
2.根据权利要求1所述的蓄电池远程控制修复系统，其特征在于，所述的数据库(I)与系统控制设备(4)组成远程控制端，所述的充放电控制设备(7)、放电设备(2)以及充电设备(3)组成本地修复端，所述远程控制端能够对至少一个本地修复端进行控制。
3.根据权利要求1所述的蓄电池远程控制修复系统，其特征在于，所述通信网络(5)为互联网或为局域网。
4.一种基于权利要求1-3之一所述的蓄电池远程控制修复系统上实现的蓄电池修复方法，包括:步骤I)、以恒压限流方式为待修复的蓄电池充满电，然后静置，静置时间大于10分钟；步骤2)、设定以Ie强度、终止电压Vtl进行检测放电，得到放电前电动势E、放电起始1%T 时间内采样得到的最小电压值1、放电至终止电压Vtl的时间值Ttl和平均电压值Vtl2以及放电至Vtl后空载运行T1时间的实时电压值V1 ；步骤3)、根据步骤2)所得到的数据确定对待修复的蓄电池进行修复充电时所需要的修复充电量C ；步骤4)、根据步骤2)得到的数据和步骤3)得到的修复充电量C的数据进行分阶段充电，实现对蓄电池的修复。
5.根据权利要求4所述的蓄电池远程控制修复方法，其特征在于，在所述的步骤2)之后、步骤4)之前，还包括步骤a):根据步骤2)得到的数据确定待修复的蓄电池的失效模式， 根据不同的失效模式为蓄电池添加修复材料，并为蓄电池补足电解液；其中所述的根据不同失效模式为蓄电池添加修复材料，对铅蓄电池包括:步骤a-1)、当待修复的蓄电池符合E≤2.15V/单格、Vtll ( 2.05V/单格、Vtl2 ( 1.98V/ 单格、V1 ( 2.0OV/单格四项特征中的至少两项时，执行步骤a-2);当待修复的蓄电池符合 E > 2.23V/单格、V01 > 2.1OV/单格、V02 > 2.02V/单格、V1 > 2.05V/单格四项特征中的至少两项时，执行步骤a-3);非上述两种状态表现，执行步骤a-4)；步骤a-2)、为待修复的蓄电池外加抗极板硫酸铅结晶盐化的修复材料，然后结束本步骤的操作；步骤a-3)、为待修复的蓄电池外加抑制极板活性物质软化的修复材料，然后结束本步骤的操作；步骤a-4)、为待修复的蓄电池先外加抗硫化材料，通过充电治理极板硫酸铅结晶盐化， 然后再外加固晶材料通过充电治理极板活性物质软化。
6.根据权利要求4所述的蓄电池远程控制修复方法，其特征在于，所述的步骤2)包括:步骤2-1)、以额定电流强度Ie放电，采样放电1%T二时间内的最小电压值Vtll并储存记录，将Vtll与终止电压值Vtl进行比较，若Vtll > V0,以额定电流强度I6放电至Vtl，记录放电时间Ttl ;若E < V。或Vtll = V0,则记录放电时间值Ttl=O ；步骤2-2)、在蓄电池以电流Ie放电至Vtl过程中，连续采样实时放电的电压值，根据采样结果计算出采样平均值Vtl2并储存记录；步骤2-3)、将待修复的蓄电池以电流强度放电至Vtl时，暂停放电，记录空载T1时间反弹的实时电压值V1 ；步骤2-4)、对待修复的蓄电池深放电至V2，然后放电电流的强度分阶段递减继续深放电至V2，V2 ( S(Fc)Vc/单格；其中，所述的放电电流的强度分阶段递减包括:Ie电流强度的1/2 等分递减，或以任意形式递减，递减阶数设置I阶以上。
7.根据权利要求4或5所述的蓄电池远程控制修复方法，其特征在于:所述步骤3)的修复充电量C (Ah)，与所述Ttl的对应关系为C= ( m + n (I —TQ/T_额定))C_ ;其中 m=l.1~1.3，n=l.0~3.5，n的取值范围根据待修复的蓄电池种类结合Vc^ Vc^ V1的量值区间而定；对铅蓄电池包括:1、待修复蓄电池符合Vtll<2.05V/单格、Vtl2S 1.98V/单格任一项特征时，n取值2.5~3.5:其中，V1 < 2.0V/单格时n取值2.9~3.5，V1≥2.0V/单格时n取值2.5~2.9 ;i1、待修复的蓄电池符合Vtll> 2.1OV/单格、V02 > 2.02V/单格任一项特征时，n取值1.0~1.8:其中，V1≥2.05V/单格时n取值1.0~1.3，V1 < 2.05V/单格时n取值1.3~ 1.8 ；ii1、非上述两类典型状态表现时，n取值1.8~2.5。
8.根据权利要求4所述的蓄电池远程控制修复方法，其特征在于，所述的步骤4)对铅蓄电池包括:步骤4-1)、根据待修复蓄电池的Vc^ V1值结合检测放电前的电动势E选取初始充电的电流强度，对于ECVc^Vtll = Vtl或V1≥2.05V/单格的待修复蓄电池，采用≤0.06C/A进行初始充电0.5~4小时或充电至蓄电池的两端电压≥2.0V/单格，再变换步骤4-2);非上述情况的待修复蓄电池直接进行步骤4-2)充电；步骤4-2)、对待修复的蓄电池优选以0.08~0.25C/A电流充电，直至充入70~95%C/Ah的充电量，再变换步骤4-3)；步骤4-3)、对待修复的蓄电池继续以0.03~0.06C/A小电流充电，直至充入由VQ1、VQ2、 T0^V1共同确定的C/Ah充电量，使蓄电池恢复标准容量。
9.根据权利要求8所述的蓄电池远程控制修复方法，其特征在于，在所述的步骤4-2) 中，所述的充电过程可分为两个或两个以上阶段，不同阶段之间间隔设置休眠、变换小于或等于0.03C/A的小电流充电，或设置浅放电。
10.根据权利要求9所述的蓄电池远程控制修复方法，其特征在于，所述充电过程中的浅放电设置一次或一次以上，浅放电的电流强度≤I6，放电电量≤0.5C/Ah;当设置浅放电时，该负充电量在后阶段充电中等量补充回，所述的由C= ( m + n (I — TQ/T；g称额定))C标确定的修复剩充电量不变。
【文档编号】H01M10/42GK103579693SQ201210258661
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月24日 优先权日:2012年7月24日
【发明者】萨拉·松·德库斯特 申请人:美国能源有限公司