修复铅酸蓄电池的脉冲电流方法及铅酸蓄电池除硫器

摘要

本发明公开了一种修复铅酸蓄电池的脉冲电流方法及铅酸蓄电池除硫器，涉及蓄电池技术，单片机控制模块控制脉冲电流发生模块输出脉冲对极板除硫；由内阻测量模块测量铅酸蓄电池的内阻，单片机控制模块根据数据判断内阻趋势；如果内阻下降，脉冲电流发生模块输出脉冲不变，继续除硫；如果内阻停止下降，或有上升，则脉冲电流发生模块停止除硫。本发明方法能够通过内阻自动判断蓄电池极板硫酸铅晶体的沉淀状态，并采取相应技术措施，即能够达到蓄电池除硫，又不损伤极板。

说明书

技术领域

本发明涉及蓄电池技术领域，是修复铅酸蓄电池的脉冲电流法及除硫 装置，尤其是铅酸蓄电池除硫器。

背景技术

铅酸蓄电池在使用中会产生硫酸铅物质，充电过程中硫酸铅会分解成 铅和硫酸，重新参与蓄电池的电化学反应。但是，硫酸铅是一种非常容易 结晶的物质，通常结晶后沉淀在蓄电池的极板，并因此减少蓄电池的有效 反应面积，降低蓄电池的容量。为了克服硫酸铅易结晶的难题，人们进行 了大量的研究和实验。

通常的解决方案包括化学方法和物理方法。化学方法是通过向蓄电池 内注入化学物质溶解沉积在蓄电池基板上的硫酸铅晶体；但是由于封闭免 维护蓄电池是目前的趋势，化学方法不适用免维护蓄电池。物理方法是通 过电池两级向电池不断地发射高频电脉冲，由电脉冲击碎沉淀在蓄电池基 板上的硫酸铅晶体，恢复蓄电池极板的有效反应面积，提高蓄电池容量； 同时，硫酸铅晶体被击碎成小颗粒，重新回到电化学反应当中。

多年来(近20年)人们主要的研究方向在何种脉冲除硫效果最好， 例如美国专利U.S.Pat.No.5,491,399、U.S.Pat.No.5,525,892、 U.S.Pat.No.5,677,612、U.S.Pat.No.5,808,447、U.S.Pat.No. 5,891,590等数十个专利，其不同点仅仅是脉冲的形状不同。

高频电脉冲能够清除沉淀在蓄电池基板上的硫酸铅晶体已经成为人 们的共识，但高频电脉冲技术仍然备受争议。研究发现，通过同样高频电 脉冲的蓄电池，有的修复效果非常好，有的修复效果不但不好，甚至有些 电池容量下降，以至于电池完全失效。究其原因，高频电脉冲技术修复效 果好，是因为高频电脉冲清除了蓄电池极板上的硫酸铅晶体；高频电脉冲 造成电池容量下降，是因为高频电脉冲直接冲击蓄电池极板，造成蓄电池 极板损伤。但人们一直没有找到判断高频电脉冲是处于除硫状态还是处于 损伤极板状态的判据。由于高频电脉冲技术修复蓄电池效果的不确定性， 这种技术一直没有大面积使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种修复铅酸蓄电池的脉冲电流方法及铅酸蓄电 池除硫器，以解决现有脉冲电流蓄电池修复技术可能使蓄电池容量下降， 甚至失效的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种修复铅酸蓄电池的脉冲电流方法，其单片机控制模块控制脉冲电 流发生模块输出脉冲对蓄电池极板除硫；由内阻测量模块测量铅酸蓄电池 的内阻，并将内阻值传给单片机控制模块存储，由此数据判断内阻趋势； 如果内阻下降，脉冲电流发生模块输出脉冲不变，继续除硫；如果内阻停 止下降，或有上升，则脉冲电流发生模块停止除硫；

通过内阻自动判断蓄电池极板硫酸铅晶体的沉淀状态，并采取相应技 术措施，即能够达到蓄电池除硫，又不损伤极板的目的。

所述的修复铅酸蓄电池的脉冲电流方法，其包括步骤：

S1、脉冲除硫器电源给电，单片机控制模块指令脉冲电流发生模块发 射除硫脉冲，对蓄电池极板除硫开始；

S2、一小时后，单片机控制模块指令脉冲电流发生模块暂停，同时， 指令内阻测量模块通过交流测量法获得铅酸蓄电池的内阻R1，并将内阻 R1传给单片机控制模块存储；

S3、单片机控制模块再指令脉冲电流发生模块发射除硫脉冲，一小时 后，脉冲电流发生模块暂停，单片机控制模块指令内阻测量模块通过交流 测量法获得铅酸蓄电池的内阻R2，并将内阻R2传给单片机控制模块存储；

S4、单片机控制模块根据数据判断内阻趋势，若内阻R1-内阻R2＞0， 继续指令脉冲电流发生模块发射除硫脉冲，继续重复S2-S3步；若内阻R1- 内阻R2＜0，暂停除硫，一小时后，进行第S5步；

S5、单片机控制模块指令内阻测量模块通过交流测量法获得铅酸蓄电 池的内阻R3，并将内阻R3传给单片机控制模块存储；

S6、等待一小时；

S7、单片机控制模块指令内阻测量模块通过交流测量法获得铅酸蓄电 池的内阻R4，并将内阻R4传给单片机控制模块存储；

S8、单片机控制模块根据数据判断内阻趋势，若内阻R3-内阻R4＞0， 继续指令脉冲电流发生模块发射除硫脉冲，继续重复S2-S3步；若内阻R3- 内阻R4＜0，重复进行S5-S8步。

所述的修复铅酸蓄电池的脉冲电流方法，其所述单片机控制模块控制 脉冲电流发生模块的脉冲频率和占空比；脉冲电流发生模块的脉冲宽度为 10us，脉冲频率为8KHz。

一种所述的脉冲电流方法使用的铅酸蓄电池除硫器，包括脉冲电流发 生模块，单片机控制模块，内阻测量模块，脉冲除硫器电源；其脉冲电流 发生模块、内阻测量模块并联到铅酸蓄电池的正负端，并分别与单片机控 制模块电连接，进行双向通讯；脉冲除硫器电源分别与脉冲电流发生模块、 单片机控制模块、内阻测量模块电连接，为它们供电。

所述的铅酸蓄电池除硫器，其所述单片机控制模块中拷有操作软件。

本发明的有益效果是，第一延长蓄电池的使用寿命。由于很大部分蓄 电池失效是因为蓄电池极板沉积了大量的硫酸铅晶体，使得蓄电池有效反 应面积减少。根据统计大量使用蓄电池的移动基站中，蓄电池的平均使用 寿命为3年左右，通过使用本发明铅酸蓄电池除硫器，使用寿命可以延长 到8年；第二保持蓄电池处于最佳工作状态，一般蓄电池在工作时，极板 总会有一部分沉淀硫酸铅晶体，从而影响蓄电池的容量，通过使用本发明 铅酸除硫器，蓄电池极板始终处于清洁状态。

附图说明

图1是本发明的铅酸蓄电池除硫器结构示意框图；

图2是本发明的修复铅酸蓄电池的脉冲电流方法流程示意图；

图3是用本发明脉冲电流方法对铅酸蓄电池极板除硫的除硫状态曲 线图；

图4为新铅酸蓄电池极板的微观图；极板上的物质分布均匀，呈海绵 状；

图5为维护非常好的蓄电池极板的微观图；可以看到，极板已经发生 了一些变化，颗粒变粗，出现板结；

图6为使用当中蓄电池极板上产生的硫酸铅晶体微观图；

图7是脉冲除硫一段时间之后的极板微观图；

图8是脉冲除硫的最终微观图；

图9是本发明铅酸蓄电池脉冲除硫器的蓄电池内阻测量电路图；

图10是本发明铅酸蓄电池脉冲除硫器的脉冲产生电路电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明铅酸蓄电池脉冲除硫器的原理及连接示意图。图中，蓄 电池1，脉冲电流发生模块2，单片机控制模块3，内阻测量模块4，脉冲 除硫器电源5。本发明的铅酸蓄电池脉冲除硫器，包括脉冲电流发生模块 2，单片机控制模块3，内阻测量模块4，脉冲除硫器电源5。其中，脉冲 电流发生模块2、内阻测量模块4并联到铅酸蓄电池1的正负端，并分别 与单片机控制模块3电连接，进行双向通讯。脉冲除硫器电源5分别与脉 冲电流发生模块2、单片机控制模块3、内阻测量模块4电连接，为它们 供电。

经过无数次脉冲电流法修复蓄电池的试验得知：当开始脉冲电流冲击 极板上沉淀的硫酸铅晶体时，硫酸铅晶体逐渐被脉冲电流击碎，并返回正 常的电化学反应，同时，蓄电池内阻下降；但，当沉淀在蓄电池极板上的 硫酸铅晶体被清除完毕后，脉冲电流开始冲击极板本身，结果是，脉冲电 流击穿部分蓄电池极板，蓄电池内阻回升，同时蓄电池性能下降。

基于以上试验结果，为了克服现有脉冲电流蓄电池修复技术可能使蓄 电池容量下降，本发明的一种修复铅酸蓄电池的脉冲电流方法，见图2所 示，是本发明的修复铅酸蓄电池的脉冲电流方法流程示意图，单片机控制 模块3控制脉冲电流发生模块2的脉冲频率和占空比。通常脉冲宽度为 10us，脉冲频率为8KHz；内阻测量模块4通过交流测量法获得铅酸蓄电池 1的内阻，并将内阻传给单片机控制模块3，由此数据判断内阻趋势。如 果内阻下降，脉冲电流发生模块2输出脉冲不变，继续除硫；如果内阻停 止下降，或有上升，则脉冲电流发生模块2停止除硫。由于脉冲除硫器能 够通过内阻自动判断硫酸铅晶体的沉淀状态，并采取相应技术措施，即能 够达到蓄电池除硫，但不损伤极板的目的。

本发明的一种修复铅酸蓄电池的脉冲电流方法，具体步骤包括：

S1、脉冲除硫器电源5给电，单片机控制模块3指令脉冲电流发生模 块2发射除硫脉冲，对极板除硫开始。

S2、一小时后，单片机控制模块3指令脉冲电流发生模块2暂停，同 时，指令内阻测量模块4通过交流测量法获得铅酸蓄电池1的内阻R1，并 将内阻R1传给单片机控制模块3存储。

S3、单片机控制模块3再指令脉冲电流发生模块2发射除硫脉冲，一 小时后，脉冲电流发生模块2暂停，单片机控制模块3指令内阻测量模块 4通过交流测量法获得铅酸蓄电池1的内阻R2，并将内阻R2传给单片机 控制模块3存储。

S4、单片机控制模块3根据数据判断内阻趋势，若内阻R1-内阻R2＞ 0，继续指令脉冲电流发生模块2发射除硫脉冲，继续重复S2-S3步；若 内阻R1-内阻R2＜0，暂停除硫，一小时后，进行第S5步。

S5、单片机控制模块3指令内阻测量模块4通过交流测量法获得铅酸 蓄电池1的内阻R3，并将内阻R3传给单片机控制模块3存储。

S6、等待一小时。

S7、单片机控制模块3指令内阻测量模块4通过交流测量法获得铅酸 蓄电池1的内阻R4，并将内阻R4传给单片机控制模块3存储。

S8、单片机控制模块3根据数据判断内阻趋势，若内阻R3-内阻R4＞ 0，继续指令脉冲电流发生模块2发射除硫脉冲，继续重复S2-S3步；若 内阻R3-内阻R4＜0，重复进行S5-S8步。

本发明的修复蓄电池的脉冲电流方法是：将能够发射脉冲电流和同时 测量蓄电池内阻的蓄电池除硫器并联在需要修复的蓄电池两端。发射脉冲 电流，测量蓄电池内阻，如果蓄电池内阻下降，则继续发射脉冲电流；如 果蓄电池内阻趋于稳定，则停止除硫，使得蓄电池始终处于内阻很低的状 态。如此，蓄电池除硫器可以长期在线智能地处于工作状态。图9为蓄电 池内阻测量电路，LTC6943提供0.110和0.010V电压，放大器IC1和功率 MOSFET Q1，组成稳定闭环频率为0.5Hz、电流为1A的方波电流源，并将电 流源施加在待测电池的两端。由于电池有内阻，电池两端会产生一个频率 为0.5Hz的方波信号。S1、S2和斩波放大器IC5会放大待测电池两端产生的 方波信号，输出0-1V的电压，不同的电池内阻产生不同电压信号。图10为 本发明的脉冲产生电路，脉冲产生电路由单片机产生脉冲。单片机产生的 脉冲驱动Q1开关，并由此产生通过L1、L2的脉冲。待清理蓄电池，通过L2 获得脉冲，清除蓄电池极板上的硫酸铅晶体。

经过大量研究发现，脉冲除硫技术使电池容量降低的原因是，当硫酸 铅晶体被清除干净以后，高频脉冲直接冲击极板，造成极板损伤，从而降 低电池容量。进一步研究发现脉冲除硫过程中，电池内阻下降；脉冲损伤 极板过程中，电池内阻上升。如图3，其中横坐标是除硫的时间(天)，纵 坐标是电池内阻(毫欧)。根据以下曲线可以确定除硫的状态：处于除硫 状态还是损伤极板状态；同时还可以确定极板上的晶体是否清理干净。

经过判断，如果处于除硫状态，除硫装置继续工作；如果处于损伤极 板状态，停止除硫。这样即能去除蓄电池的硫酸铅晶体，同时又不损伤极 板，两全其美。

参见图4，为新铅酸蓄电池极板的微观图；极板上的物质分布均匀， 呈海绵状。

参见图5，为维护非常好的蓄电池极板的微观图；可以看到，极板已 经发生了一些变化，颗粒变粗，出现板结。

参见图6，为使用当中蓄电池极板上产生的硫酸铅晶体微观图。一般 情况下使用当中的蓄电池极板上会产生的硫酸铅晶体；其中取代海绵状极 板的是颗粒粗大的晶体颗粒。晶体颗粒的产生，会降低蓄电池极板的有效 反应面积，降低硫酸浓度和电解液比重，最终降低蓄电池容量，造成蓄电 池提前报废。

参见图7是脉冲除硫一段时间之后的极板微观图，部分晶体已经被击 碎。

参见图8是脉冲除硫的最终微观图。对比图6，晶体基本消失；对比 图4，海绵体重新出现。证明脉冲除硫有效果。

图9是本发明铅酸蓄电池脉冲除硫器的蓄电池内阻测量电路图；图 10是本发明铅酸蓄电池脉冲除硫器的脉冲产生电路电路图，该电路由单片 机产生脉冲，单片机产生的脉冲驱动Q1开关，并由此产生通过L1、L2的 脉冲，待清理蓄电池通过L2获得脉冲，清除蓄电池极板上的硫酸铅晶体。