专利名称:大幅度延长电池使用寿命的方法及装置的制作方法
本发明涉及干电池再生，特别是涉及一种对干电池再充电以便大幅度延长其使用寿命的方法及装置。
干电池是一种原电池，或称一次电池，有锌-锰干电池、碱性锌-锰电池等，它们具有使用方便、性能可靠，价格较低，便于携带等优点。但其缺点是使用寿命短，特别是在放电电流较大如用于盒式录音机之类的电器中时，不仅其电压有所下降而且内阻很快增大，以致不多久就不能带动负载，需要经常更换。过去人们认为干电池是不能充电的，而且在日本出版的电工手册中还指出一次电池不能充电，有电池破裂的危险。在1980年6月5日公开的日本专利申请特表昭55-500324中提出了一种对干电池进行再充电的方法及其装置，其中在交流电的正半周进行充电，在交流电的负半周进行少量放电的一种干电池再充电的方法，其效果是“即使再充电50次仍可能在晶体管收音机、盒式录音机中使用”。
为了进一步提高干电池再充电的效果，本发明的目的是提出一种能大幅度提高干电池使用寿命对干电池进行再充电的方法及装置，可使放电、再充电循环次数提高到200次以上仍能继续使用。
本发明所提供的方法是在干电池放电后的较短时间内以基本恒定的直流电流对干电池进行充电，并使充电的安培小时大体上与放电的安培小时基本相等。
在这里，及时充电很重要，只有在放电后及时充电，并做到充电安培小时大体上与放电的安培小时基本相等，这样在充电时可使电池在放电时的化学作用及时反向进行，否则在放电时所产生的气体或其他化学成份，一旦被电池中的其他物质所吸收、而且结合牢固后，很难再通电流使其分解还原。而且用直流电流充电与用间歇电流充电相比，可以用相对较小的电流来取得既安全又快的充电效果。
在本发明中还提出了当干电池充电到标称电压值的1.1～1.33倍时停止充电的方法，这是因为此时充电的安培小时已基本上与放电的安培小时相等，可防止过量充电而引起大量气体使电池破裂漏液，充电后电池可以长期保存，例如一年。
本发明还提供一种实现上述方法的装置，具有包括电源变压器、整流器、滤波器的整流装置，串联在上述整流装置及输出端之间的恒流装置，与输出端并联的在干电池充足后进行分流的保护装置，以便输出向干电池充电的基本恒定的直流电流。
本发明还提供一种为了方便用户及时充电，使充电装置与放在有关电器内的干电池进行连接的磁性接线器。
本发明的优点是干电池使用寿命大幅度延长，而且装置结构简单，成本低，连接方便。
以下结合附图对本发明作详细的说明。附图中图1为普通锌锰电池的电压及内阻对充放电循环次数的曲线，其中图1(a)为每次对于5.5欧姆电阻负载连续放电0.5小时的特性曲线，图1(b)为每次对于5.5欧姆电阻负载放电1小时的特性曲线，图1(c)为每次对于5，5欧姆电阻负载放电两小时的特性曲线。
图2为根据本发明的装置的示意方块图;
图3为根据本发明的一种实施例的原理电路图;
图4为根据本发明的另一种实施例的原理电路图;
图5为根据本发明的第三种实施例的原理电路图;
图6为根据本发明的一种磁性接线器的结构示意图;
图7为根据本发明的另一种磁性接线器的结构示意图。
图8为分流保护用的二极管的电流-电压曲线。
本发明的方法是在干电池放电后在较短时间内以基本恒定的直流电流向干电池充电。放电时机以尽快充电为佳，其中以放电后三天之内较佳，而以一天之内最好。向干电池充电的电流方向与其放电电流方向相反，充电时以充到干电池两端电压为干电池的标称值的1.1～1.33倍时应停止充电，否则会引起漏液，其充电电流基本恒定，电流范围在50m A到2000m A之间，充电电流小则充电时间过长、充电电流太大则容易使干电池过热而损坏，例如甲号电池的充电电流可在1～2A之间。1号电池(R20型)的充电电流可在0.2～0.5安之间，以300毫安为宜，2号电池(R14型)的充电电流可在0.2～0.4安之间，以220毫安为宜，4号电池(R10型)的充电电流可在0.15～0.3安之间以180毫安为宜，5号电池(R6型)的充电电流可在0.05～0.2安之间以75～150毫安为宜。从以上数据可以看出不同容量的电池有一较佳的充电电流，可以不致破坏电池，如造成内部短路、气化漏液等。使干电池充足而不致过充电造成干电池损坏也很重要，一般掌握充电的安培小时应基本上等于放电的安培小时数，其体现是充电时干电池电压升高到一定电压为准，故必须进行较为精密的过压保护方能延长有效使用寿命。对于1号电池充到1.7～2伏/节，对于2号～4号电池充到1.7～1.9伏/节，对于5号电池充到1.55～1.7伏/节就应停止充电。用此方法的效果是即使多次放电充电以后，其内阻仍小于新品内阻(r)的两倍。其电池电压及内阻随着充放电次数的变化情况可见图1，图1中以1号(R20型)锌锰电池为例，放电时负载电阻为5.5欧姆相当于放电电流250～270mA，原内阻约为0.5欧姆。图1(a)为每次连续放电0.5小时的曲线，放电后当天进行充电，共可使用400次循环以上，内阻r增长在一倍以内，即内阻r从0.5～1欧姆，电池带载电压维持在1.4伏以上。图1(b)为每次连续放电1小时，当天充电，电池带载电压可维持在1.2伏～1.3伏以上，内阻r＜0.7～1欧姆，可循环使用次数在280次以上。图1(c)为每次连续放电2小时，当天充电，可使用200次循环以上，内阻r＜0.7～1欧姆，电池带载电压在1.1伏以上。而对于碱性锌锰电池其实验结果优于锌锰电池，其带载电压可高出0.1～0.2伏，其内阻＜0.8欧姆，可使用的循环次数更高。当1号、2号电池用于盒式录音机时对于锌锰电池，每天连续使用1.5～2小时，至少2～3个月内可无明显变化，如使用碱性锌锰电池则可每天连续使用3～5小时可至少工作6个月无明显变化。当5号电池用于小型卡式录音机中对于锌锰电池则每次可用约1～1.5小时，至少一个月内无明显变化。对于碱性锌锰电池，则每次用2～4小时，至少可用1.5～2月以上。当用于10瓦录音机时，新的锌锰电池可用30分钟，以后音质变差，转速降低。用本发明的方法充电还原后，用40分钟后才变坏。在保持85%的原使用时间的条件下至少可使用40～60个循环。如用碱性锌锰电池可达至少80次以上。当两节锌锰电池用于电动汽车中时，第一次新电池在使用16分钟后，汽车停止转动，用本发明的方法充电激活后，每次可用25～28分钟，在不低于原使用时间的85%的条件下，总共可使用20～30次循环以上。而对于碱性锌锰电池则至少可用40～100个循环以上。这些都说明电池平均都越用越新了。其安培小时量也增大了。
为了实现本方法，本发明提供了能用上述方法达到上述效果的装置。
参见图2，图2为本装置的原理方块图。其中包括整流装置(1)，恒流控制装置(2)，分流保护装置(3)。整流装置(1)将220伏的市电整流成所需的直流电源，该电源经恒流控制装置(2)向连在输出端A、B上的电池(4)进行充电，其电流基本恒定，输出端A、B间连有与被充电的电池(4)并联的分流保护装置(3)，当电池两端电压较低时，流经分流保护装置(3)的电流甚小，而在电池电压已充足即达到其标称值的1.1～1.33倍时，流经分流保护装置(3)的电流大量增加，使流入电池中的电流大为减小，从而起到分流保护的作用。除分流保护以外，可加装断流保护装置，当电池两端电压超过预定值时用以切断充电电流。
参见图3，图3为一种本发明的充电装置的原理电路图。图中以3伏电池为例，其整流装置由电源变压器T1，桥式整流器Br1，滤波电容器C1所组成，分流保护装置由多个晶体二极管如图中的五个晶体二极管串联而成，恒流控制装置则由调压管BG1、放大管BG2及电阻R1、R2、R3等所组成。恒流控制装置的作用是当充电电流增大时在电阻R3或R2端的电压上升，加到放大管BG2的基极一发射极电压升高，其流经R1的集电极电流增大使放大管BG2的集电极电压亦即加到调压管BG1的基极电压降低，因而调压管BG1的基极电流减小，从而调压管BG1的集电极电流也降低，即对电流充电电流减小，故起到了恒流控制的作用。反之，如充电电流减小时，本电路能使其增大。调整电位器R3可改变充电电流的大小。与充电的电流并联的晶体二极管(D1～D5)所以能起到分流保护作用是由每个二极管的电流-电压特性曲线(参见图8)决定的，当二极管两端所加的电压较低例如为0.55～0.6伏时，晶体二极管流过电流很小;而在大于该电压时则其电流大为增加。适当选择晶体二极管的型号(如用1N4001)和串联的个数，可以使串联组在电池组电压为总标称电压的1.1～1.33倍时晶体二极管中的电流大为增加，起到分流保护作用。很显然，分流保护装置也可以选用齐纳二极管，其特性曲线中的上升段较陡，但不易选择出有合适稳定电压的齐纳二极管，相比起来，选用晶体二极管串连组较易选配和生产，而且可以调节个数与电压。本电路中在A点与晶体管BG2的基极之间还并联有齐纳二极管BG3与电阻R10的串联电路，可以起到当电池充足后切断充电电流的作用。这是由于当电池电压未充到预定值时，齐纳二极管BG3不工作，而当电池电压充到预定值时齐纳二极管BG3被击穿、使晶体管BG2饱和，晶体管BG2集电极电流增大，其集电极电压即调压管BG1的基极电压大为降低，从而使调压管BG1关断。很显然也可以在输出端A、B处并联一继电器(图中未画出)，当电池充电到预定值时该继电器工作，其常闭触点串接在充电电流的回路中用以切断充电电流，与上述的齐纳二极管BG3和电阻R10的串联电路一样，可起到断流保护装置的作用。
参见图4，其中整流装置及分流保护装置与图3相同，其恒流控制装置由电阻R4与小电珠L1串联组成，此电路成本最低，且可起到恒流作用。在图中对三伏电池充电时整流输出电压可取约+20伏，远大于电池电压，故充电电流变化不大基本恒定，加上串联的小电珠(例如6.3伏/0.3A型)的电阻具有正温度系数，进一步起到了恒流的作用。
参见图5，其中整流装置及分流保护装置与图4者相同，为适用于不同充电电流的需要，加装了同轴开关K1即开关K1-1与K1-2，共三挡，当开关放在“1”的位置时，恒流控制装置为电阻R7与小电珠L2的并联电路，此时充电电流较大，且由小电珠L2参与稳定电流，适用于对容量较大的电池的充电。当开关K1放在“2”的位置时，恒流控制装置由电阻R6与小电珠L2并联后再与电阻R7相串联的电路，此时充电电流中等，由小电珠L2参与稳定电流。当开关K1放在“3”的位置上时，恒流控制装置为电阻R5、R6、R7三者串联而成，此时总电阻阻值最大，充电电流较小且基本恒定。可适用于对容量较小的电池的充电。开关K2可以用来短路晶体二极管，以保证充电电池所需的二极管数。小电珠L2既可作恒流元件，也可以作指示灯。显然也可在充电回路中装上直流电流表(图中未画出)来指示充电电流的大小。
参见图6(a)，6(b)，本发明还提供一种方便于及时充电的磁性接线器，其第一磁性接线器(4)(见图6(a))装在有关电器上面的邻近电池处，该磁性接线器(4)的底板(5)可以用塑料等绝缘材料制成，其上有两个磁铁(6和7)，及用金属导电材料制作的电极(8和9)，电极(9)是圆形的，位于中心处，环形的电极(8)与电极(9)分开，并在其周围。电极(8和9)分别与电器内电池组的正负极A、B相连，磁铁(6和7)的极性相反，例如磁铁(6)为N极而磁铁(7)为S极，为了增强磁性，可以在上述两磁铁的背面连上导磁软铁。其第二磁性接线器(10)与第一磁性接线器(4)相似，底板(15)上有两个磁铁(12、14)(见图6(b))与第一磁性接线器(4)上的磁铁(6、7)的位置相对应，但其极性则相反。与作为导电装置的电极(8、9)相对应的是接触簧片或弹簧(11和13)他们分别与可以插到电源上的本发明的上述充电装置(31)相连。当需要充电时可将上述充电装置(31)插到电源插座上，并将第二磁性接线器(10)，推近第一磁性接线器(4)，则由于磁铁之间异性相吸，而被吸合在一起，使充电电流形成回路进行充电。当磁铁的磁场强度足够时在一定距离内便可自动吸合，这样只需在使用电器后，将电器上的磁性接线器靠近与充电装置相连的另一磁性接线器，便可稳定可靠地及时充电，免去必需取出电池进行充电或手插带充电电压的插头的麻烦。在图6中也可以第一磁性接线器的导电装置即电极(8和9)与充电装置(31)相连，而第二磁性接线器的导电装置(11和13)则与电器中的电池相连。两磁性接线器(4和10)中还可以一个磁性接线器上为磁铁，而另一个磁性接线器上的相应磁铁以软铁代替。或各装一块磁铁和一块软铁。以便利用磁铁与软铁相吸，完成电路联接。
参见图7，图7(a)为第一磁性接线器(16)，图7(b)为第二磁性接线器(22)，其与图6的区别仅在于第一磁性接线器(16)的电极(17、20)分别位于两侧，第二磁性接线器(22)上的接触簧片或弹簧(23、26)也相应地位于两侧，相隔较开，可防止使电源短路，加上磁铁间的异性相吸，可保证充电电源的极性不会连接错。很显然，导电装置在保证能正确连接的情况下，也可以根据以上构思在位置上作一些变化。
权利要求
1.一种干电池再充电以便大幅度延长其使用寿命的方法，其特征在于在干电池放电后的较短时间内以基本恒定的直流电流对电池进行充电，并使充电的安培小时大体上与放电的安培小时基本相等。
2.如权利要求
1所述的方法，其特征在于在干电池的电压充到其标称值的1.1～1.33倍时停止充电。
3.如权利要求
1所述的方法，其特征在于充电电流为20～2000毫安范围内的一基本恒定值。
4.如权利要求
1所述的方法，其特征在于放电后的较短时间为三天以内，而以一天内较佳。
5.一种对干电池进行再充电以便大幅度延长其使用寿命的装置，其特征包括整流装置(1)，串联在上述整流装置及输出之间的恒流控制装置(2)及与输出两端并联的分流保护装置(3)。
6.如权利要求
5所述的装置，其特征在于还包括当电池充到预定值时切断充电电流的装置。
7.如权利要求
5所述的装置，其特征在于恒流控制装置包括电阻与小电珠。
8.如权利要求
5所述的装置，其特征在于恒流控制装置为电阻或小电珠。
9.如权利要求
5所述的装置，其特征在于恒流控制装置包括调压管BG1和放大管BG2。
10.如权利要求
5所述的装置，其特征在于上述分流保护装置是在干电池电压充到其标称值的1.1～1.33倍时进行分流保护的。
11.如权利要求
10所述的装置，其特征在于上述分流保护装置为串联的多个晶体二极管。
12.如权利要求
10所述的装置，其特征在于上述分流保护装置为齐纳二极管。
13.如权利要求
5到12中任一权利要求
所述的装置，其特征在于上述装置是经磁性接线器与电器内的电池相连的，至少一个上述磁性接线器包括磁铁和两个导电装置。
14.如权利要求
13所述的装置，其特征在于两导电装置(17，20)分别位于磁性接线器的两侧。
15.如权利要求
13所述的装置，其特征在于一导电装置(8)位于另一导电装置(9)的周围。
专利摘要
本发明涉及一种对干电池再充电以便大幅度延长其使用寿命的方法及装置。其方法是在干电池放电后的较短时间内以基本恒定的直流电流对干电池进行充电，并使充电的安培小时大体上与放电的安培小时基本相等。本发明的装置包括整流装置，串联在上述整流装置与输出端之间的恒流装置及与输出端并联的在干电池充足后进行分流的保护装置。本发明还带有能便于及时充电的磁性接线器，使充电装置与装在有关电器内的干电池进行电气联接。
文档编号H01M6/52GK86103856SQ86103856
公开日1987年12月16日 申请日期1986年6月5日
发明者于志伟 申请人:于志伟导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan