[发明专利]脉冲快速充电机

说明书

本发明是一种脉冲快速冲电机。

蓄电池在如下两种情况下需要充电：

1．新蓄电池使用前，必须充电，称初次充电，充电时间大约需要30-50小    时。

2．蓄电池放电完毕，应立即充电，称正常充电，亦称补充充电，充电时间    大约12-15小时。

通常采用恒流充电法或恒压充电法。恒流充电法：在充电过程中，充电电流保持恒定，蓄电池电压逐渐升高，此法充电时间较少，但在充电后期，充电电流大部分能量都用来电解水，蓄电池冒出大量气泡，不仅浪费大量电能，而且使极板活性物质脱落。恒压充电法：在充电过程中，充电电压保持恒定，刚充电时，充电电流很大，随着蓄电池电压的升高，充电电流逐渐减小。此法可避免蓄电池过量充电，但充电初期产生的大电流，亦可损坏极板。

为了避免单独采用恒流充电或恒压充电所产生的弊端，通常的做法是，采用分级定流充电法或定流定压充电法，即快充浮充法。

分级定流充电法将充电过程分成两个阶段，第一阶段用10小时率电流充电6-7小时，第二阶段用20小时率电流充电14-17小时，一般充到单只蓄电池端电压2．6-2．7伏，连续两小时电压不变，并且直到极板冒泡为止。

定流定压充电法将充电周期分成两半，前半周期用0．1C电流将蓄电池端电压充至2．3V左右，后半周期自动切换到定压充电。采用这种方法充电，电解液气泡较少，可节省能源，降低蓄电池温升，减少蒸馏水损耗，改善工作环境，避免极板损耗。

无论是恒流充电法、恒压充电法，还是分级定流充电法、定流定压充电法，在充电过程中都不可避免地会产生如下三种极化现象：

1．电阻极化现象：蓄电池充电过程中，正负离子分别向相反符号极板运动，    运动中受到一定阻力，称蓄电池内阻，充电电流流过蓄电池内阻，内阻    上产生压降，因此，蓄电池端电压将升高。这种因蓄电池内阻变化引起    端电压变化称电阻极化。当充电电流流过极化电阻时，内阻上不断产生    热量，导致蓄电池温度上升。

2．浓差极化现象：蓄电池充电过程中，极板表面产生大量离子，在外电源    电场作用下，正负离子分别向相反符号极板运动，称离子的电迁移。这    种离子电迁移的运动速度远小于化学反应的速度，因此极板和极板附近    的离子浓度远大于远离极板处的离子浓度。电解液中离子浓度的不同，    必然导致电解液极化。这种因离子浓度差引起的电极电位的变化，称浓    差极化。充电电流越大，电化学反应越剧烈，极板表面产生的正负离子    越多，因此浓差极化越严重。

3．电化学极化现象：蓄电池充电过程中，外电源不断从蓄电池正极板取得    电子输送到负极板，而正负极板上的活性物质与电解液发生电化学反应，    但由于电化学反应的速度远小于电子运动的速度，因此，正负极板上形    成电荷积累。蓄电池的正负极板形成一个一定容量的电容器，正负极板    上积累的电荷越多，则电容器两端电压(即蓄电池端电压)越高，由于    电化学反应速度小于电子运动速度而引起的蓄电池端电压升高，称为电    化学极化现象。

这三种极化电压都会对充电过程产生影响，其结果是，充电需要更多的电能和更多的时间。本发明的目的是克服以上充电方法的缺点，使蓄电池充电省时节能，并延长蓄电池的使用寿命和增加蓄电池实际有效容量。

脉冲快速充电法采用间歇脉冲电流充电，一个充电脉冲之后跟随一个放电脉冲，在放电脉冲前后均插入一个间歇时间间隔，其方法是：先用大约2C幅值的电流充电128ms左右，然后停止一个时间间隔，再用3C-6C幅值的电流放电1ms左右，停止一个时间间隔后，重新开始下一个充电周期。由于充电电流决定了电阻极化现象和浓差极化现象的强度，当充电电流中断时，电阻极化现象和浓差极化现象立即消失；电化学极化现象与此相仿，在放电的时间间隔里，蓄电池正负板极上原来积累的电荷迅速减少，因此电化学极化现象同时迅速降低。

脉冲快速充电法完全克服了常规充电法的缺点，消除了三种极化电压对充电过程的影响，具有如下优点：

1．缩短充电时间：采用常规充电法，初充电时间需30-50小时，补充充电    时间需12-15小时，而采用脉冲快速充电法，初充电时间不超过5小时，    补充充电时间在1小时之内(镍铬蓄电池只需半小时)。

2．节约大量能源：采用脉冲快速充电法，通过各种检测装置可以使蓄电池    始终保持最佳充电电流，充入蓄电池的电能绝大部分转变为化学能，同    时缩短充电时间。这种充电法可以节约电能50％-70％。