電動自行車專用長壽命鉛酸蓄電池的製作方法
2023-06-11 01:50:56 2
專利名稱：電動自行車專用長壽命鉛酸蓄電池的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種鉛酸蓄電池，特別是涉及一種電動自行車專用長壽命鉛酸蓄電池。
背景技術：
電動自行車所用蓄電池中98％以上是鉛酸蓄電池。鉛酸蓄電池是電動自行車的主要易耗品，影響其使用壽命的主要原因是電池極板的硫化和失水。形成失水的主要原因是，由於目前電動車行業受成本的影響普遍使用的普通充電器無法隨環境溫度而適時控制充電過程中的出氣點，因此充電過程中失水是不可避免的。而形成鉛酸蓄電池極板硫化的主要原因有(1)、大電流放電和過放電。(2)、長期充電不足或長期處於半放電狀態。(3)、電池停用貯存時，沒有及時進行補充充電。(4)、電解液降低，極板上部經常露出液面。(5)、電解液比重過高。上述這些情況均將導致蓄電池極板上形成粗大、難溶解、導電性差的硫酸鉛，堵塞極板的微孔，妨礙電解液的滲透作用，使極板內部的活性物質不能很好地參加化學反應，導致容量下降、內阻增加。其中，(1)、(2)、(3)三條是由於使用不當造成的，(4)、(5)二條是由於失水後造成的。由此可見，蓄電池的失水通過促進鉛酸蓄電池極板的硫化而加劇影響了蓄電池的使用壽命。現有蓄電池的使用壽命一般較短，平均壽命只有一年左右，這不僅直接提高了用戶的使用成本，而且制約了整個電動自行車產業的發展，加速了國家有色金屬資源的消耗，增大了對環境的汙染。提供一種使用壽命延長的蓄電池成為當務之急。
現有技術中，延長蓄電池壽命的常規辦法是在蓄電池的內部加裝一塊去硫化電路或在蓄電池的外部連接一塊去硫化電路，前者去硫化電路由蓄電池自身供電，稱無源式，後者由外電源供電，稱有源式。兩者中各種去硫化電路的手法各有千秋，但均是通過產生電子脈衝並將該脈衝作用於蓄電池極板的方法來進行修復去除硫化的。就維護蓄電池的方便性而言，無源式優於有源式。
最接近的現有技術為中國專利申請99117021號，它為無源式的延長壽命的0蓄電池，但存在如下不足1、沒有同時解決失水的問題，影響了蓄電池使用壽命的提高；2、去硫化電路中脈衝形成電路和整形電路相對複雜，電路體積大。3、通過採用比較器電路對電壓差值進行比較以控制去硫化電路是否工作，該部分電路較為複雜且成本高、體積大。以上這些都對於提供能滿足JB/T10262-2001電動助力車用密封鉛酸蓄電池標準中所規定的幾何尺寸的延長壽命的蓄電池帶來了難以克服的困難。
發明內容本實用新型旨在提供一種提高蓄電池使用壽命的電動自行車專用長壽命鉛酸蓄電池。
本實用新型的技術解決方案如下一種電動自行車專用長壽命鉛酸蓄電池，包括殼體、正接線柱、負接線柱、加水孔、正負極板組、酸液槽隔板及位於殼體內正負極板組頂端的密封的高頻脈衝去硫化電路，所述高頻脈衝去硫化電路由電壓控制電路、脈衝形成電路、反相整形電路、能量轉換電路依次連接而成，該高頻脈衝去硫化電路連接於正負接線柱間由鉛酸蓄電池自身供電，它產生電子脈衝並將該脈衝作用於蓄電池極板，其特徵在於它還包括位於殼體內正負極板組頂端的密封的儲水瓶，所述儲水瓶內儲有蓄電池專用補充用水，其上開有注液口。
本實用新型由於在鉛酸蓄電池內內置了儲有蓄電池專用補充用水的儲水瓶，每隔一定時間，通常為鉛酸蓄電池內液面下降一定高度的時間，如六個月、八個月，即可打開注液口對蓄電池注液，在不斷對鉛酸蓄電池的正負極板組進行高頻脈衝去硫化的同時，即時解決蓄電池失水的問題，這就大為提高了蓄電池使用壽命，方便地實現了發明目的。
上述技術解決方案在實踐中取得了良好的效果在增加蓄電池成本10％-20％的情況下，不改變電池生產廠的生產工藝，蓄電池使用壽命延長至一倍或一倍以上。對用戶而言，其經濟效益不言而喻。其環境效益和社會效益也很明顯。
進一步的技術方案為所述脈衝形成電路由觸發器U1C、電阻R4、電阻R5、二極體D4、電容C1組成，觸發器U1C的輸入端與電壓控制電路的輸出端相連接，並通過電阻R4、電阻R5、二極體D4與觸發器U1C的輸出端相連接，通過電容C1與蓄電池的負極相連接。是典型的施密特觸發器多諧振蕩器電路。
所述脈衝形成電路的振蕩頻率由C1、R4、R5、D4及電路的工作電壓共同決定。當U1C的輸出為高電平時，通過R4對C1充電，充電電壓使U1C的輸入端電壓達到正向閥值電壓V+時，觸發器翻轉，使U1C輸出為低電平。於是電容C1通過R4、R5，D4放電，因放電使U1C輸入端電壓低於負閥值電壓V-時，觸發器翻轉，使V1C的輸出端為高電平。從而在U1C的輸出端得到一個方波，其脈衝寬度由放電迴路RC的時間常數決定，所以實際得到的是一組窄的負脈衝。
反相整形電路為符合後一級Q的導通需求，增加了由觸發器U1D、U1E、U1F三組並聯的施密特觸發器，這樣既使脈衝完成了反相，又對脈衝進行了整形和加大了驅動功率，在U1D輸出端輸出一組窄的正脈衝。該整形電路由觸發器U1D、U1E、U1F三組並聯而成，三觸發器U1D、U1E、U1F的輸入端與U1C的輸出端相連接，三觸發器U1D、U1E、U1F的輸出端與後一級場效應管Q的柵極相連接。
再一改進之處在於所述高頻脈衝去硫化電路中的電壓控制電路由電阻R2、穩壓二極體D2、電阻R3、觸發器U1A、觸發器U1B、二極體D3組成，其中，穩壓二極體D2的負極經電阻R2連接蓄電池的正極，穩壓二極體D2的正極一路經觸發器U1A、觸發器U1B連接二極體D3的負極，另一路經電阻R3連接蓄電池的負極，二極體D3的正極與脈衝形成電路的輸入端相連接。
當D3的負極處於高電平時，D3不可能導通，就不會破壞後級多諧振蕩器的工作。如D3的負極處於低電平時，D3的導通就破壞了後級多諧振蕩器的工作條件，使振蕩器停振。D3的負極電位高低是通過R3、D2、R3對電池電壓的分壓後來控制U1A、U1B的閥值來實現的，從而實現了用電池電壓自動控制去除硫化電路是否工作的要求。
由於本方法去除硫化的能量是由蓄電池自身提供的，為保持蓄電池一定的荷電能量，因此硫化的去除是在蓄電池具有一定的電壓後進行的，一般規定電壓在大於12V以上進行，當電池電壓低於12V後本電路不工作，這時電路的電耗應在五百微安以下，幾乎不消耗電池的能量。
本實用新型中，所述能量轉換電路由場效應管Q、二極體D5、電感L、電阻R6、電容C2組成，其中場效應管Q的源極與蓄電池的負極連接，場效應管Q的漏極一路經二極體D5與蓄電池的正極相連接，漏極的另一路經電感L通過電阻R6與蓄電池的正極相連接，並經電容C2與蓄電池的負極相連接。
由前級整形電路送來的一組正的窄脈衝驅動功率放大的開關電路Q。當正脈衝使Q導通時，電池提供場效應管Q導通的電流經R6、L、Q，於是在電感組件L上形成自感電動勢。當脈衝使Q截止時，L上的自感電動勢經二極體D5、可恢復保險絲F、電池BT、電容C2放電。這樣在電池上得到了由L放電的能量形成的高頻窄脈衝，該脈衝作用在電池的極板後，由於高頻脈衝的擾動可以阻止硫化的形成，同時使已形成硫化的硫酸鉛結晶逐步減小，最後溶化到活性物質上，從而恢復極板的荷電能力。
由於以上電壓控制電路、脈衝形成電路和整形電路較為簡單，電路體積小，本實用新型中高頻脈衝去硫化電路模塊體積小，蓄電池能滿足JB/T10262-2001電動助力車用密封鉛酸蓄電池標準中所規定的幾何尺寸。
又一改進之處在於本實用新型中，蓄電池的正極上連接有可恢復保險絲F，蓄電池的正極還通過由電阻R7、發光二極體D6組成的工作狀態顯示電路與電感L相連接。當Q導通，D6導通。
以下將結合附圖和實施例對本實用新型做進一步詳細說明附圖1為本實用新型實施例的結構示意圖。
附圖2為本實用新型實施例中的去硫化電路的電原理圖附圖1中各序號分別為1、殼體；2、正接線柱；3、負接線柱；4、加水孔；5、正負極板組；6、酸液槽隔板；7、密封的高頻脈衝去硫化電路；8、儲水瓶；9、蓄電池專用補充用水；10、注液口；11、上蓋；具體實施方式
參見附圖1，本實用新型實施例包括殼體1、上蓋11、正接線柱2、負接線柱3、加水孔4、正負極板組5、酸液槽隔板6及位於殼體內正負極板組5頂端蓄電池上蓋11下方的密封的高頻脈衝去硫化電路7，各正負極板組用酸液槽隔板6隔開並置於殼體1內，上蓋11上裝有與極板組相連的正接線柱2、負接線柱3，其上還開有加水孔4，上蓋11與正負極板組5的頂端間有一空腔，內儲有蓄電池專用補充用水9的密封的儲水瓶8被置於該空腔內，所述儲水瓶上開有注液口10。上述空腔內還置有一密封的高頻脈衝去硫化電路模塊，它通過導線連接於正負接線柱2、3間，由鉛酸蓄電池自身供電，該高頻脈衝去硫化電路由電壓控制電路、脈衝形成電路、整形電路、能量轉換電路依次連接而成，它產生電子脈衝並將該脈衝作用於蓄電池極板。
參見附圖2，本實用新型實施例中採用內有六個觸發器的CD40106集成電路，其1腳與電壓控制電路的輸出端相連接，2腳與3腳相連接，4腳通過二極體D3與5腳及電阻R4、電阻R5二極體D4(正極)、電容C1相連接，6、9、11、13腳相連接並連接電阻R4及二極體D4的負極，7腳接地，8、10、12腳相連接並連接後一級場效應管Q的柵極，14腳連接由穩壓二極體D1、電容C3組成的集成電路電源電路。該電源電路中電容C3為旁路電容，穩壓二極體D1獲得的電壓為集成塊提供穩定壓力的電源。
上述CD40106集成電路及相關元器件構成了電壓控制電路、脈衝形成電路、反相整形電路，它將在蓄電池電壓大於一定電壓(實施例中為12V)時獲得一組正的窄脈衝。其原理如下
電壓控制電路中，穩壓二極體D2的負極經電阻R2連接蓄電池的正極，穩壓二極體D2的正極一路經觸發器U1A、觸發器U1B連接二極體D3的負極，另一路經電阻R3連接蓄電池的負極，二極體D3的正極與脈衝形成電路的輸入端相連接。當D3的負極處於高電平時，D3不可能導通，就不會破壞後級多諧振蕩器的工作。如D3的負極處於低電平時，D3導通，振蕩器停振。D3的負極電位高低是通過R3、D2、R3對電池電壓的分壓後來控制U1A、U1B的閥值來實現的，從而實現了用電池電壓自動控制去除硫化電路是否工作的要求。
所述脈衝形成電路中觸發器U1C的輸入端與電壓控制電路的輸出端相連接，並通過電阻R4、電阻R5、二極體D4與觸發器U1C的輸出端相連接，通過電容C1與蓄電池的負極相連接。是典型的施密特觸發器多諧振蕩器電路。
所述脈衝形成電路的振蕩頻率由C1、R4、R5、D4及電路的工作電壓共同決定。當U1C的輸出為高電平時，通過R4對C1充電，充電電壓使U1C的輸入端電壓達到正向閥值電壓V+時，觸發器翻轉，使U1C輸出為低電平。於是電容C1通過R4、R5，D4放電，因放電使U1C輸入端電壓低於負閥值電壓V-時，觸發器翻轉，使V1C的輸出端為高電平。從而在U1C的輸出端得到一個方波，其脈衝寬度由放電迴路RC的時間常數決定，所以實際得到的是一組窄的負脈衝。
反相整形電路由觸發器U1D、U1E、U1F三組並聯而成，三觸發器U1D、U1E、U1F的輸入端與U1C的輸出端相連接，其輸出端與後一級場效應管Q的柵極相連接。該電路既使脈衝完成了反相，又對脈衝進行了整形和加大了驅動功率，在U1D輸出端輸出一組窄的正脈衝。
本實用新型實施例中，能量轉換電路由場效應管Q、二極體D5、電感L、電阻R6、電容C2組成，其中場效應管Q的源極與蓄電池的負極連接，場效應管Q的漏極一路經二極體D5與蓄電池的正極相連接，漏極的另一路經電感L通過電阻R6與蓄電池的正極相連接，並經電容C2與蓄電池的負極相連接。
由前級整形電路送來的一組正的窄脈衝驅動功率放大的開關電路Q。當正脈衝使Q導通時，電池提供場效應管Q導通的電流經R6、L、Q，於是在電感組件L上形成自感電動勢。當脈衝使Q截止時，L上的自感電動勢經二極體D5、可恢復保險絲F、電池BT、電容C2放電。這樣在電池上得到了由L放電的能量形成的高頻窄脈衝，該脈衝可以阻止硫化的形成，同時使已形成硫化的硫酸鉛結晶逐步減小，最後溶化到活性物質上，從而恢復極板的荷電能力。
此外，蓄電池的正極上還連接有可恢復保險絲F，蓄電池的正極還通過由電阻R7、發光二極體D6組成的工作狀態顯示電路與電感L相連接。
當蓄電池使用一定時間後，如6個月後，即可打開出液口，給蓄電池補水。
當然，在本實用新型的發明構思下，本實用新型有多種實施形式，如本實用新型還可採用內有六個反相器的4011集成電路，其中兩個反相器與電容、電阻構成脈衝形成電路獲得電脈衝，利用另兩個反相器完成反相，其電路對本領域技術人員而言，閱讀本說明書後毋需付出創造性勞動即可再現出，在此就不詳述了。該電路也較為簡單，電路模塊體積也較小，但較上述實施例效果略遜色。該技術方案可作為本實用新型的替代方案。
權利要求1.一種電動自行車專用長壽命鉛酸蓄電池，包括殼體、正接線柱、負接線柱、加水孔、正負極板組、酸液槽隔板及位於殼體內正負極板組頂端的密封的高頻脈衝去硫化電路，所述高頻脈衝去硫化電路由電壓控制電路、脈衝形成電路、反相整形電路、能量轉換電路依次連接而成，該高頻脈衝去硫化電路連接於正負接線柱間由鉛酸蓄電池自身供電，它產生電子脈衝並將該脈衝作用於蓄電池極板，其特徵在於它還包括位於殼體內正負極板組頂端的密封的儲水瓶，所述儲水瓶內儲有蓄電池專用補充用水，其上開有注液口。
2.根據權利要求1所述的電動自行車專用長壽命鉛酸蓄電池，其特徵在於所述脈衝形成電路由觸發器U1C、電阻R4、電阻R5、二極體D4、電容C1組成，觸發器U1C的輸入端與電壓控制電路的輸出端相連接，並通過電阻R4、電阻R5、二極體D4與觸發器U1C的輸出端相連接，通過電容C1與蓄電池的負極相連接；所述反相整形電路由觸發器U1D、U1E、U1F三組並聯而成，三觸發器U1D、U1E、U1F的輸入端與U 1C的輸出端相連接，三觸發器U1D、U1E、U1F的輸出端與後一級場效應管Q的柵極相連接。
3.根據權利要求1或2任一所述的電動自行車專用長壽命鉛酸蓄電池，其特徵在於所述高頻脈衝去硫化電路中的電壓控制電路由電阻R2、穩壓二極體D2、電阻R3、觸發器U1A、觸發器U1B、二極體D3組成，其中，穩壓二極體D2的負極經電阻R2連接蓄電池的正極，穩壓二極體D2的正極一路經觸發器U1A、觸發器U1B連接二極體D3的負極，另一路經電阻R3連接蓄電池的負極，二極體D3的正極與脈衝形成電路的輸入端相連接。
4.根據權利要求3所述的電動自行車專用長壽命鉛酸蓄電池，其特徵在於所述蓄電池的正極上連接有可恢復保險絲F，蓄電池的正極還通過由電阻R7、發光二極體D6組成的工作狀態顯示電路與電感L相連接。
專利摘要本實用新型涉及蓄電池，尤其是一種電動自行車專用長壽命鉛酸蓄電池，它包括殼體、正接線柱、負接線柱、加水孔、正負極板組、酸液槽隔板及密封的高頻脈衝去硫化電路，所述去硫化電路由電壓控制電路、脈衝形成電路、反相整形電路、能量轉換電路依次連接而成，它還包括位於殼體內正負極板組頂端的密封的內儲有蓄電池專用補充用水的其上開有注液口的儲水瓶。本實用新型在不斷對鉛酸蓄電池的正負極板組進行高頻脈衝去硫化的同時，即時解決蓄電池失水的問題，蓄電池使用壽命延長至一倍或一倍以上。同時，本實用新型採用CD40106集成電路及相關元器件構成電壓控制、脈衝形成、反相整形電路，電路簡單，模塊體積小，蓄電池能滿足JB/T10262－2001標準中規定的幾何尺寸。
文檔編號H01M10/42GK2809899SQ200520073089
公開日2006年8月23日 申請日期2005年6月26日 優先權日2005年6月26日
發明者吳敬一, 顧繼延 申請人:吳敬一