[发明专利]用于铅酸蓄电池的保护修复电路

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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，自发明到现在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。