用于铅酸蓄电池的保护修复电路制造技术

本发明专利技术涉及电源管理电路领域，尤其涉及用于铅酸蓄电池的管理电路。本发明专利技术的用于铅酸蓄电池的保护修复电路，在于对铅酸蓄电池充电时进行保护和修复。其是在多个电池串联而成的电池组中的其中任意一个电池连接该保护修复电路，保护修复电路的正、负极分别与该电池的正、负极并联，该电池的负极串联于该保护修复电路中的电子开关后的输出端成为电池的负极，上述保护修复电路对电池的电压值和温度值实时监测，当电压值或温度值达到或超过设定值时，控制上述电子开关关断充电回路，当电压值或温度值小于设定值时，控制上述电子开关重新导通充电回路，如此循环。本发明专利技术通过一个简单可靠的电路实现了对铅酸蓄电池的综合保护和修复功能，填补了技术空白。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电源管理电路领域，尤其涉及用于铅酸蓄电池的管理电路，特别针对轻型电动车用铅酸蓄电池进行综合保护及修复，在IPC国际分类表中主要归属于H02J小 类。
技术介绍
问题的提出目前轻型电动车主要包括电动自行车、电动摩托车、电动三轮车、电动小货车等等，在 国内的保有量已经达到1. 2亿部以上，每部轻型电动车上的电池有36V、48V、60V、72V等等。 按照平均每部轻型电动车配置4只额定电压为12V的电池来计算，全国运用在轻型电动车 上的铅酸蓄电池将近达到5亿只。申请人:对轻型电动车用铅酸电池的使用寿命和失效模式进行多年的调查分析后 发现除了电池本身的制造缺陷以外，80%以上的电池失效模式是过充电损坏、欠充电损坏 和少部分的大电流放电损坏。设计寿命达到3年以上的电动车铅酸蓄电池，实际使用寿命 平均不到1. 6年，且在这个过程中一大部分都需要拆下来维护或维修。铅酸电池具有较高的性价比和制造工艺比较简单成熟的特点，自专利技术到现在156 年来一直被广泛使用。由于轻型电动车的主要消费团体是低收入的人群为主，因此，铅酸电 池成为轻型电动车的首选储能设备，占轻型电动车电池标准配置的93%以上。铅酸电池的电解质是稀硫酸和少量的添加剂组成，为了让全密闭免维护的铅酸电 池适用于电动车的牵引使用场合，在极板的正极板栅当中普遍添加金属锑。锑可以延长牵 引型电池的深循环寿命，但电池使用几个月后锑从正极迁移到负极后会导致负极析氢过电 位的下降而让电池失水加速，电池失水后，AGM隔离板的饱和度降低，氧气的复合通道增加， 过度的氧复合会造成充电末期的电池温度升高，电池的温度升高可能导致热失控，热失控 导致电池发热严重甚至外壳鼓胀结束寿命，严重失水的电池或者外壳鼓胀的电池连维护的 机会都没有。全国5亿只电池的饱有使用量，且每年以1亿只的用量在增加，大部分电池寿命终 止都是电解质被充干、酸雾挥发到大气中，这将会带来不可忽略的大气污染和环境的酸化， 酸雾也会增加阴霾天气发生的频次。给铅酸电池配置保护和修复板，可以大大延长电动车电池的实际使用寿命，制止 电池被过度充电造成酸雾析出污染大气。但是到目前为止，铅酸蓄电池基本上都没有配置保护修复电路。很多人疑惑，电动 车电池一组数百元，而且也很脆弱，为什么没有保护电路和修复电路？而锂离子电池，一块 十多元的都有保护板。原因之一是，锂离子电池如果没有保护，可能产生爆炸的危险。其次 是由于电动车用铅酸蓄电池组的工作电压高，额定电压可能高达72V，甚至更高；工作时放 电电流大，甚至达到50A以上，在实施对电池组的保护和修复的电路成本高、工艺难度大， 因此市场上使用的轻型电动车铅酸蓄电池绝大多数都处于无保护状态。问题的分析在没有保护电路的铅酸蓄电池组在使用中的损坏原因主要是 (1)因轻型电动车电池的通用充电器的因素而导致损坏。市场上通用的充电器以“三段式”充电器为主，约占市场总用量的80%以上，也有部分充电器是六段或多段定时来完成充电的定时充电器，还有部分是单片机控制的智能充 电器。以使用最广泛的三段式充电器48V12Ah电池组专用的为例进行说明。充电的三个阶 段第一阶段是恒流阶段，这个阶段不管电池的电压和饱和度，都以恒流大约1.8A连续进 行充电，电池组的电压随着充电饱和度的增加而提高，当电池组的电压到达充电器设置的 恒压值大约为59. 2V以后，充电器就自动转为第二个充电阶段恒压充电阶段，恒压充电过 程电池组的端电压保持不变，随着饱和度提高，充电的电流会自动减小，当电流小于充电器 的设定值大约0. 4A之后，充电器转为浮充阶段，这个过程充电器的“红灯”转“绿灯”，俗称 “转灯”，进入浮充阶段的电压大致为55. 6V,这个过程充电电流很小，电池组基本上不析出 气体，可以长时间小电流充电，有利于电池组的均衡。如果充电器不出现异常，电池组本身也没有老化，三段式的充电器能满足充电饱 和的目的。可是市场上的充电器出现异常的概率很高，电池组也会老化，常见有以下的几种 情况。(1. 1)充电器的过充电问题(1.1.1)充电器出厂设置电压偏高、转灯电流偏小。充电器的生产厂家很多，质量参差 不齐，参数设置不准确的情况比较普遍。可能是由于激烈的价格竞争很多充电器厂家迫于 成本压力导致劣质充电器的产生，再则充电器厂家不需要对电池的三包负责，也是导致充 电器不负责任的主要原因。(1. 1.2)充电器故障造成高压。充电器中的开关电源的光耦反馈电路故障可能导 致充电器的输出电压过高甚至翻倍。(1. 1. 3)充电器的电子原器件的参数离散性和元件的老化等原因都可能造成参数 漂移以至高电压输出。免维护铅酸蓄电池过充电损坏机理铅酸电池被过度充电之后，充电末期多余的 电流用于分解水，生产氧气和氢气，如果充电电压能够控制合适，产生的氧气可以被阴极 (负极)吸收之后被还原成水，这个过程称之为“阴极吸收原理”，如果充电电压超过析氢过 电位，水分解成氢气析出之后，氢气在常温常压下无法还原成水。电解质中水分的缺失造成 电池的内阻增大和氧复合通道的增加，充电末期电池发热，电池发热后会造成充电过程电 压不上升反而下降的现象称之为“热失控”，产生热失控的电池越充电，电压越下降，充电电 流就越大，大到充电器的输出最大电流为限制。热失控将导致电池严重损坏，因为铅酸蓄电 池外壳使用ABS工程孰料或PP塑料，软化点一般为78°C _85°C，当电池超过塑料外壳的软 化点后就产生塑性变形，外壳变形鼓胀俗称“鼓包”。(1.2)充电器的欠充电问题(1.2. 1)充电器出厂设置电压偏低、转灯电流偏大。由于市场的规则，充电器厂家为了 逃避把电池充坏可能被索赔的风险，一般都把充电器的参数设置为负偏差，导致电池充电 不饱和，由于充电不饱和导致的电池损坏，电池厂家没有明显的理由向充电器厂家索赔。这 就是市场上大部分充电器充不饱电池的主要原因。(1.2. 2)充电器故障和老化造成充电不足。(1. 2. 3)充电器内的电子元件参数漂移造成充电不足。(1.2. 4)用户充电时间不够，造成充电不足。欠充电损坏电池长时间充电不足造成电池组的损坏。长时间的充电不足会导致大颗粒硫酸铅的形成，大颗粒硫酸铅如果没有得到及时的还原，将无法还原或还原困难，称之为 “硫化”，硫化后电池容量下降可能无法达到正常的使用需求。(1. 3)充电器的“过充电”和“欠充电”问题同时存在(1.3. 1)热天过充，冷天欠充。铅酸蓄电池的充电环境温度越高，充电接受能力越强，反 之则越弱。大部分充电器都是没有合适的温度补偿功能。(1.3. 2)充电器电压设置高，输出电流小。充电时间长就容易造成过充，充电时间 不足就容易造成欠充。这是廉价的充电器输出功率小而电压设置高导致的结果。(1. 3. 3)还有一部分充电器因为设计或原器件的原因有正温度特性也就是说环 境温度越高，充电电压也越高，环境温度下降充电的电压也下降。这是与铅酸电池的充电接 受能力相反的设计，会造成夏天过充电和冬天欠充电的现象。对电池的实际使用和寿命大 为不利。(2)因电池组当中电池局部单体的损坏导致整组电池损坏。电动车电池是串联使用，一组48V的电池需要24个2V的单体组成，其中一个单体 故障可能导致整组电池在充电过程中被过度充电而损本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于铅酸蓄电池的保护修复电路，在于对铅酸蓄电池充电时进行保护和修复，其特征在于：在多个电池串联而成的电池组中的其中任意一个电池连接该保护修复电路，保护修复电路的正、负极分别与该电池的正、负极并联，该电池的负极串联于该保护修复电路中的电子开关后的输出端成为电池的负极，上述保护修复电路对电池的电压值和温度值实时监测，当电压值或温度值达到或超过设定值时，控制上述电子开关关断充电回路，当电压值或温度值小于设定值时，控制上述电子开关重新导通充电回路，如此循环。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈赖容，
申请(专利权)人：陈赖容，
类型：发明
国别省市：92[中国|厦门]