专利名称：密封镉-镍蓄电池组安全、高效、自动充电方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明是涉及一种密封镉-镍蓄电池组安全高效自动充电方法及其装置。它不受被充蓄电池组残存电量限制。是易于操作的充电装置。
提高蓄电池充电效率，延长使用寿命，缩短充电时间，降低能耗，减轻充电设备重量，是当今世界共同注视的课题。
1971年美国学者马斯(nas)关于“蓄电池充电电流接受能力曲线”和“蓄电池充电三定律”发表以来，铅酸蓄电池脉冲快速充电已在世界范围推广镉-镍蓄电池大电流快速充电也有论文发表。中国专利CN87108081A是这种应用之一，它以直流加脉冲恒流充，又以直流加脉冲放，充足电量延时测得电压超过了予定值充电即告结束;这种方法充电效果是好的，但不同残余电量的蓄电池充电电压上限不同(CN87108081A图7已显示出不同)其充入电量计量因放电量只是蓄电池容量的1/2-1/4难以充足额定容量;中国专利CN1042626A采用了最新器件和电路，并按指数规律“提供一种动态跟踪式的快速充电结构及实现最佳充电过程曲线的方法”提供了发明创造的基本构思的根据，接着发明者又提供“实际Io的初值是很大的。例如156Ab的蓄电池Io可能大于1000A，这无论对于蓄电池本身，还是对充电机来讲均是不合适的，本发明中采用In来代替Io……”发明者实际采取的并不是完全理想的指数曲线。中国专利CN1042626A提出的“出气电压”并在二处使用这一词汇“在设定的In条件下充电达到或超过出气电压后停充，转为窄脉冲放电。电压低于出气电压时重新充电……”这说明发明者对充电电压，和蓄电池电压两者的关系尚缺乏认识。中国专利CN85108921A提供0.4C稳流充电和小电流放电的方法并给出2.55～2.6V的出气上限值，同时给出了放电截止电压2.3～2.35V，这介释了中国专利CN1042626A的认识不足。中国专利CN85108921A虽改进了0.1C的常规充电模式。但去极化采取小电流并固定2.3～2.35V这一放电截止电压其额定容量检测和去极化效果必不理想故充电须四小时温升达14℃节能只有10%。
现有脉冲快速充电对不同残存电量的蓄电池和充足电量检测以及去极化效果皆存有不足本发明的目的是蓄电池复充电不受残存电量限制，在高效低温升下充足额定容量，本发明的目的是以如下方式完成的
在一个预定的充电时间内(2.10)，以预定的方波脉冲恒流充电(1.10)，在较短的第二个预定时间内(2.11)给蓄电池加一个设定负载放电，周期循环达到预定充电电压值后自动停止充电，其特征是在安全充电电压范围内(单节1.47～1.60v)，方波脉冲以平均恒流A≥1.0C(C为蓄电池额定容量，单位为Ah)电流脉冲以一定的占空比加到被充蓄电池上，当充电电压达到或超过安全电压时，自动转为恒压脉冲，充电电流按指数曲线递减;放电去极化的时间为充电时间的1/6～1/10，放电频率是充电频率的5倍，放电脉冲宽度≤0.3as，放电负载按额定容量(A≈1.0C)闭路电压(单节1.37～1.42v)设置;停机检测设有延时电路，延时≯2s本发明方法及其装置通过以下附图及其实施例进一步详细说明
图1、充电、放电电流波形。
图2、充电、放电时间波形。
图3、充电脉冲波形。
图4、放电脉冲波形。
图5、采样时间波形。
图6、系统线路框图。
图7、使用程度不同的蓄电池充电电压曲线图。
图8、本发明充电方法充电全过程中蓄电池温度变化曲线。
图9、本发明充电方法充电全过程中充电电流值变化曲线示意图。
被充蓄电池接受方波电流脉冲恒流充电电流A≥1.0C，而放电去极化采取大电流(A≈1.0C)高频率(放电频率为充电频率的五倍)短时间(为充电时间的1/6-1/10)窄脉冲(放电脉冲宽度≤0.3as)，从而提高蓄电池的充电接受比。上述充电时间和放电时间交替重复周期循环，其工作波形见图1。
方波脉冲恒流充电是在被充电蓄电池组安全充电电压之内实现的，(密封镉-镍蓄电池安全充电电压值单节1.47V～1.6V)。本发明在方波脉冲恒流充电时其充电电压是受控的，电路随时检测，当其达到或超过设定的安全充电电压时，控制电路使系统自动转为恒压方式充电。使充电电流转变为指数递减方波脉冲电流，由于放电去极化的负载是按蓄电池充足电量闭路电流A≈1.0C设定的，当充电转为恒压按指数递减方波电流充电时，被充的蓄电池端电压随之增高，由于负载不变，因此放电电流相应增大，有效地减少蓄电池极化，使充电效率提高。
实践证明采用本发明充电方法保持1.0C倍率对全新蓄电池初充电(50次以内)充电电压曲线见图7“C”;充放电100次后的充电电压曲线见图7“D”。由图可见采用脉冲恒流1.0C倍率充电电流接受能力在45mis内无明显变化，本发明将脉冲恒流1.0C倍率控制在此区间。由于蓄电池充电前剩余电量，新旧程度，环境温度诸多不同难以时间计量，本发明以电池安全充电电压(出气量最低)为界，见图7“X”点，此电压受自动检测系统控制。当脉冲恒流充电电压值达到此点即转向恒压按指数式充电电流递减，直至充电达到蓄电池额定容量值。不可能出现不同剩余电量改变充电电压现象。克服了脉冲恒流充电之不足。
被充电蓄电池组按照本发明附图1所示的充电方法充电时在充电全过程中蓄电池组的温升不超过+5℃(室温条件下)见附图8。
附图8为保持1.0C倍率采取附图1所示的方法充电75mis，不同室温，不同被充蓄电池组自身温度，在充电中的蓄电池温度变化曲线，其中“Ⅰ”蓄电池组温度与室温相同;
“Ⅱ”充电前蓄电池组温度为35.5℃，室温26℃;
“Ⅲ”充电前蓄电池组温度为39.5℃，室温32℃。
本发明采取的安全电压范围内方波脉冲恒流，达到或超过安全电压自动转为恒压方波脉冲电流充电，电流呈指数式递减，在整个充电过程中充电电流变化曲线见附图9。(充电全过程中充电电流值变化曲线示意图)。
在附图9中，实线的水平部分为恒流充电时间，实线的曲线部分为充电电流呈指数式递减的恒压充电时间，图中的虚线部分为同一规格的蓄电池组理想的充电电流接受曲线，它是一条从起始阶段就是指数规律下降的指数曲线，在实线与虚线交叉点to时刻，即为起始阶段以恒流充电条件下，充电电压达到安全电压值的时刻，也就在此时刻充电电流不再维持恒流，而转为呈指数下降的曲线，系统转为恒压脉冲充电。
可以证明，在附图9中左斜线阴影部分的面积与右斜线阴影部分的面积是相等的。它们的物理概念都代表充入蓄电池中的蓄电量，左斜线阴影部分表示，从起始充电时刻到to时刻，以蓄电池理想充电电流接受曲线方式充入的电量比用恒流充电方式充入的电量多出的部分，右斜线的阴影部分表示从to时刻开始到蓄电池充足电量为止，用恒压工作状态充电方式充入电量比用理想充电电流接受曲线方式充入电量多出的部分。请注意，两条充电曲线充足电量的结束时刻是不一致的，用理想充电电流接受曲线方式充电，是最理想，效率最高，充电时间最短的充电方法。我们可以看到该曲线的起始阶段电流值非常大，也就是说，蓄电池在初始阶段，其可接受的最大充电电流比其额定容量值1.0C要大得多，如果充电设备要满足这一曲线。设备的输出功率必须很大;由于该曲线下降很快，充电电流须同步减小，则设备功率利用率很低。近年来大量的理论探讨和实验证明镉-镍蓄电池以1-2C倍率恒流方式充电，并加入放电去极化脉冲，则是效率相对较高的一种充电方法。但是，充电全过程恒流充电，则蓄电池充电后期因充电电流超出了蓄电池接受最大允许值，蓄电池极化加重，导致蓄电池端电压急剧增高，为维持恒流充电电压势必提高，因此而超出的能量不但不能转变为化学能，反而导致电介液产生大量气体，温度也随之增高，直接损害了电极板，长期使用将降低蓄电池使用寿命。
如果说充电过程中，以不产生气泡或微产生气泡为前提，也就是尽量减少极化。经详细推导，可以写出蓄电池允许充电特性(即在不产生气泡或微产生气泡的条件下，充电电流随时间变化曲线)为i＝Ioe-at其中i-蓄电池可以接受的充电电流(不会产生气泡)即允许充电电流;Io(t＝0)时最大的允许充电电流，它由蓄电池的使用状态决定;a-称之为蓄电池的充电电流接受比，又称固有接受比，它等于a＝I/C，其中I为任一充电状态下，蓄电池接受的充电电流，而C则为蓄电池需要充入的电量，例如，对于全放全充电池有t＝0时，C＝CO，所以a0＝IO/CO。
从蓄电池充电电流接受比a＝I/C的定义中可以看出，接受比意味着蓄电池允许充入的电流和应该充入的参量之比。这个数值越高表示蓄电池的接受能力越强，充电时间也越短。
根据马斯(mas)第三定律a1＝I1/C式中Ci＝C1+C2+C3+C4…为各次放电量总和，即放出电量总和。
马斯第三定律说明蓄电池在以各种不同的放电率放电之后其总的允许充电电流以及接受比均于每次放电的情况有关，也就是说蓄电池对每次放电的情况都具有“记忆”的能力。具体的讲是这样如果放电过程中某些次数的放电率高，而放电量并不大，则于上式中将因分子增加得多，分母增加得少，从而导致蓄电池总的接受比大大提高。
本发明充电方法及其结构特征中的安全电压点设置(图7“X”点)，放电负载R3值的设置，充放电频率比的选定符合马斯(mas)定律，并被实践所证明。
措施之一、如上所述，按照马斯定律提供的蓄电池接受曲线，实际上是较难应用的。
中国专利CN1042626A和中国专利CN85108921A都谈到了这一点。本发明通过大量的实验证明，密封镉-镍蓄电池组以1.0C率恒流脉冲充电，在充入电量的50%～60%容量时间内(充电前被充蓄电池单节电压为1.0V)充电电压不超过安全电压，采用本发明方法充电勿须在充电全过程中采用指数式递减的充电电流，(这在中国专利CN1042626A中是没有注意到的，它的理论计算也是不完备的)。实验表明，只有在蓄电池充电容量达到60%左右时，被充蓄电池组的闭路电压才相应提高。由于放电去极化负载是预先以额定容量条件下的闭路电压值，按1.0C率放电电流设定的，在未达到此条件前，放电电流小于设定值;随着充电电量的增多，蓄电池闭路电压亦增高，放电电流加大，去极化效果加强，而充电电流则按指数式递减，故不能套用马斯定律提供的公式计算。本发明充电方法在充电全过程中的容量计算及充足电量的时间计算，因涉及相关因素较多，故难以确切计算。通过大量的实验证明，完好的蓄电池在放电至单节电压为1.0V后再充足电量，其充电时间约在1小时至1小时15分之间，差别因蓄电池特性与状况而各异。
在近年来的有关研究论文中，有报道采用脉冲方式充电时，可以相应提高蓄电池的标称容量。本发明的充电方法在大量的试验中，也证实了这种现象。这种现象可用如下所示的理论来解释蓄电池的标称容量(也叫额定容量)是用0.1C标准充电方法充足16小时而后放出的容量。在直流小电流长时间充电过程中，由于电化反应的不均匀，位于电极板上还原的活性物质分布也不均匀，(这些活性物质就是用来存贮化学能的)，且蓄电池在充电后期发热，能量转换效率降低。而用方波脉冲方式充电，由于在化学反应中电解液受到充电脉冲和放电脉冲电流的冲击，电解液不断受到扰动，使电化学反应均匀，位于电极板上还原的活性物质分布也就细密均匀，这样用于存贮化学能的活性物质的数量也相应增多，也可以说电极板活化的深度和均匀性增加，使得蓄电池的容量比采用标准充电方法时的额定容量也相应提高。这一解释可参考匈牙利在中国申请的专利CN87108081A，其中图2、3，及其说明，这两个图例照片表示了分别用标准方法充电和用脉冲方法充电一段时间后，同一规格的蓄电池极板放大600倍的显微影像。图中用标准方法充电的极板上还原的活性物质分布不均匀，象一个个小山包一样堆积在极板上，而用脉冲方法充电的极板上还原的活性物质则非常细密、均匀。
蓄电池是一种可逆的化学电源，其性能受结构，制造工艺，环境温度、元素成份纯度及使用情况等诸多因素的影响，其产品一致性很差。但是完好的蓄电池在充足电量后，在额定容量允许的电流负荷条件下放电时，限定其闭路电压应在规定的范围内不波动。而未充足电量的蓄电池在相同加负载条件下，其闭路电压较难维持不波动。为此，本发明将充足电量停机检测部分电路，设计为检测取样在放电周期中进行，采样蓄电池的闭路电压值，同时采样电路中还设有一个延时电路，在2秒钟的放电去极化过程中，首先让电路延时1.5秒钟，蓄电池在经过1.5秒钟的脉冲放电去极化后，其充电时的过电位(充电电压必须高于被充蓄电池的闭路电压值，断开充电电压的瞬间，蓄电池内电势不能立即降低，)可以得到较好地消除，以避免其对充电量计量的影响，使充电量计量接近蓄电池组容量的100%。延时采样时间及其波形见附图5。中国专利CN1042626提出的“出气电压”并在二点使用这一词汇，“在设定的Im条件下充电达到或超过出气电压后停充，转为窄脉冲放电，电压低于出气电压时将重新充电……”，这说明发明者对充电电压和蓄电池电压两者的关系尚缺乏认识。本发明已对此详加论证，并在实践中设计了充足电量时，在室温条件下蓄电池温升不高于+5℃，充电全过程安全的电路。
本发明提出的“放电频率高于充电频率五倍”是根据马斯定律充电接受比理论和实验经验-放电脉宽不大于0.3ms的条件设计的，经实践证明充电效果良好。
措施之二、本发明提出的放电频率高于充电频率五倍，放电脉宽≤0.3ms，充电时间与放电时间比应在6∶1-10∶1之间的技术要求其电路结构是用三个不同方波发生器(图6CD1、CD2、CD3)所组成。通过运放(图6LN1，LN2)复合成充电电流波形(图1.10)和放电电流波形(图1.11)。而延时取样电路则由二个单稳态(图6.QD1，QD2)和上述充，放电电路加停机电路(图6CD6)所组成。
措施之三、本发明是对现有充电设备充分考查后确定电路结构的。本发明之电路结构的脉宽调制(PWN)恒流/恒压电源(图6虚线内的A部分)和数控方波脉冲电路(图6虚线8部分)可以分成两个功能电路工作，即不包括数控方波脉冲电路的脉宽调制(PWN)恒流/恒压电源可独立作为电源使用;数控方波脉冲电路与常规0.1C-0.2C充电器组合，可使常规充电器具有脉冲去极化功能。使新技术应用与常规设备改造相适应。
实施例1按本发明充电方法和符合本发明方法的第一代装置-QKC-I型去极化充电器作充电电源，对未经化成工序的“Y牌”KR15/511.2V500mA做1小时快速充电实验。
实验数量30只。
方法按设计额定容量充电75min，筛选容量，用容量、内阻相同的20节继续充放电试验，充电电量停机电压为1.42V。
标准自定，充75min1C放60min，放电终止电压单节为1.0V。
经136次充放电-充、放不停地循环，蓄电池额定容量不减，20只试验用电池效果一致，136次后实验用电池渐有筛选、放电不能与充电时间相同的蓄电池保持同步，由于试验未参照IEC、GB标准，不以46min为准，而以充75min放60min为标准。
效果化成效果明显。
△常规化成采用0.1C充14～16h，0.2C放电循环4～5次方能达到设计额定容量，采用本发明技术1次即可达到设计容量，最多3次。
△排气效果显著。常规化成不封口，化成结束后封口;已化成的蓄电池在本发明充电方法的装置上验证，有20%的密封电池初充电时电池内部有“拍、拍”响声，经3次充、放循环后消失。
△充电过程温升小，常规采用0.1C或0.2C充电时间超过70%时蓄电池开始升温，90%后温升明显。采用本发明充电方法和装置，充电温升不超过5℃。
△突破密封镉-镍蓄电池在35℃以上环境充电效率降低的标准。蓄电池1C放电温度明显上升，最高达39.5℃(室温34～35℃)，在此条件下充电75min仍能1C放电60min单节在1V不影响充电效率。
实施例2按本发明充电方法和符合本发明方法的第一代装置-QKC-I型去极化充电器作充电电源，对全新密封镉-镍蓄电池做快速充电实验。
实验数量1000只。
条件使用GNY-3型1.8Ah蓄电池负极采用粘结工艺，厂家限制充电电流为180mA，充电时间为16h。
效果按本发明充电方法，80%的蓄电池能达到设计额定容量，20%蓄电池在设定的充足电量停机电压达到后，放不出额定电量;提高停机电压后，按1C放电仍达不到标准。而采用0.1C～0.2C放电才勉强接近标准，该类(20%左右)蓄电池结构存在问题，负极活性物质质量不足充电电压高达1.67V。试验证明本发明充电方法和装置适用符合标准的密封镉-镍蓄电池，不符合标准的蓄电池也不会对蓄电池产生伤害。
实施例3按本发明充电方法和符合本发明方法的第二代装置-LT1760型充电器作电源，对20GNY3、20GN22做初充电实验。
条件生产厂规定，初充电须反复充、放电3次以上，每次充入160%的电量方能达到0.2C放电时的设计容量。采用本发明充电方法试验初充电效果。
效果LT1760型充电器最大充电电流为3.5A，可对20节以下密封镉-镍蓄电池完成自动充电。
20GNY3蓄电池充电采用0.6c，充电2h充电终止电压为28.9V;0.2C放电5h，终止电压为21.4V，一次即达到设计容量。
20GN22属开口镉-镍蓄电池，按LT1760型最大充电电流3.5A充电7h，充电终止电压为26.1V;经0.2C放电5h，终止电压为20.8V，符合设计额定容量。
经3次充放电试验，额定容量逐渐提高，可见采用本充电方法和装置有提高蓄电池额定容量的效果。
实施例4按本发明充电方法和符合本发明方法的第一代装置-QKC-1型去极化充电器对日本SONYNP-1A密封镉-镍蓄电池组做“复活性试验”。
条件电视台按日本SONY公司提供的NP-1A蓄电池配套充电器充电使用于摄像机，达不到规定标准容量后，退役下来的蓄电池按常规已无法充入电量，存在三种情况1、蓄电池组内部出现单节蓄电池短路;
2、蓄电池内部“极化”严重;
3、蓄电池活性物质脱落。
效果NP-1A型蓄电池内部无短路，活性物质脱落不严重，虽表现为空载电势低，常规无法充电。采用本充电方法和第一代装置5min即可改变已存在的极化现象-充电电压高于安全充电电压，充电电流微弱。进入快充，达到停机规定电压，能放出60～80%额定能量。
NP-1A蓄电池组活性物质脱落严重，表现如上，5min无法改变状态，则出现无规律的情况，经3～5次充、放电，在观察到充电电压抖动，有微弱充电电流，蓄电池空载电势在12V以上时即证明这块蓄电池可以消除极化。实践证明90%的这类蓄电池尚有大于60%的额定容量。
NP-1A蓄电池组出现内部短路，经本发明方法和设备能使20～25%的蓄电池消除短路现象。但蓄电池组不能继续使用(因内部容量不等)这一现象证明本发明的充电方法和装置能有效地改善因充电设备不同造成蓄电池内部化学成分和结构的变化而有效地提高蓄电池的使用寿命。
实施例5按本发明充电方法和符合本发明方法的第一代装置-QKC-1型去极化充电器作充电电源可对开口铅酸蓄电池、干荷铅酸蓄电池、胶体免维护铅酸蓄电池充电，充电效果明显提高。对消除铅酸蓄电池因“电极硫酸化”而失去蓄电功能的蓄电池有明显的效果。
试验对象1、日本SONYBP-60;12V3Ah(5h放电率);
2、日本SUNCA640;6V4Ah(未提供)。
条件试验普遍存在内部极化，无电压，空载电势3～8V不等(内部极板严重腐蚀和极板短路的不能恢复)。
效果凡经本发明充电方法的第一代装置QKC-1型去极化充电器处理过的铅酸蓄电池额定电量恢复在80%左右，可大电流放电，唯一不足是记忆效应明显。经本发明方法恢复性能的铅酸蓄电池不能采用常规充电器复充电，只能使用脉冲式有去极化设置的充电设备，否则极化将会重复出现。
权利要求
1.一种用于密封镉-镍蓄电池组安全、高效、自动充电方法，包括以下几个步骤在一个预定的充电时间内(2.10)，以预定的方波脉冲恒流充电(1.10)，在较短的第二个预定时间内(2.11)给蓄电池加一个设定负载放电，周期循环达到预定充电电压值后自动停止充电，其特征是在安全充电电压范围内(单节1.47～1.60V)，方波脉冲以平均恒流A≥1.0C(C为蓄电池额定容量，单位为Ah)电流脉冲以一定的占空比加到被充蓄电池上，当充电电压达到或超过安全电压时，自动转为恒压脉冲，充电电流按指数曲线递减；放电去极化的时间为充电时间的1/6～1/10，放电频率是充电频率的5倍，放电脉冲宽度≤0.3ms，放电负载按额定容量(A≈1.0C)闭路电压(单节1.37～1.42V)设置；停机检测设有延时电路，延时≯2s。
2.按权利要求1所述的方法，这种方波脉冲恒流充电，周期循环其特征是在安全充电电压条件下，其充电电流A≥1C，当充电电压达到安全充电电压设定值时，自动转为脉冲恒压充电，充电电流按指数曲线递减;被充蓄电池闭路电压不断上升，其放电电流也逐渐加大，直至电流A≈1C，放电闭路电压达到设定值(单节1.37～1.42V)且2s内不波动，再延时60s后自动停止充电。在整个充电过程中，蓄电池温升不超过5℃(在室温条件下)。
3.按权利要求1，2所述方法实现恒流、恒压转换其特征是恒流恒压转换必须与充电、放电脉冲同步。脉宽调制(PWM)电源采用集成电路控制器，其电流调整端与电压调整端受数字控制部件的控制，在处于放电周期、停充时间以及被充蓄电池充电电压达到安全电压而蓄电池未充到100%电量时PWM电源均处于恒压工作状态。
4.按权利1，2，3所述方法，其中蓄电池组的闭路电压要在相应的放电周期测量，其特征是放电脉宽≤0.3s，放电频率是充电频率的5倍，放电电流A≈1C，并在延时2s后电压不波动，再延时20～60s则认为蓄电池已充足电量，充电过程自动结束。
5.一种用于密封镉-镍蓄电池组安全、高效、自动充电方法的装置其结构包括直流电源、充电放电翻转电路，脉冲发生器、小电流放电去极化电路，本机电源，按指数曲线递减微机控制电路。其特征在于工频输入(6.10)工频整流(6.11)由脉宽调制器PWM(6.13)、高频变压器GT(6.12)、高频快速整流器(6.14)系统完成交流直流转换;恒流/恒压转换电路由R1、R2、R3(6.15、6.16、6.17)组成，受K4，VDD(6.34、6.37)控制，与D3、TL1、D4(6.32、6.35、6.33)同步;方波脉冲发生器CD1(6.27)产生充电、放电时间控制波形;方波脉冲发生器CD2(6.28)产生充电波形，占空比可调;方波脉冲发生器CD3(6.29)产生放电波形，脉宽固定，频率可调;方波脉冲发生器CD1、CD2、CD3、经CD4、LM1复合控制推动级(6.38)为蓄电池组E(6.19)提供复合方波脉冲(1.10);方波脉冲发生器CD3、CD1、CD4经CD5、LM2复合控制推动级(6.24)为蓄电池组E(6.19)放电提供复合方波脉冲;充电控制网络K1(6.18)蓄电池组E高电平工作，低电平停止工作;放电控制网络R3、K2(6.21)低电平工作，高电平停止工作;检测电路TL1(6.35)按密封镉-镍蓄电池组安全电压设定，在安全电压值内输出低电平，达到或超过安全设定值时输出为高电平;检测电路TL2(6.36)为充电设备恒流状态工作期间过压保护装置，直接控制脉宽调制器，PWM部件(6.13)使整流电源停止工作;延时检测停机网络由TL3(6.39)、CD6(6.40)、CD4、CD5、LM1和LM2等组成。
6.根据权利要求5所说的一种用于密封镉-镍蓄电池组安全、高效、自动充电方法的装置其特征在于脉宽调制器PWM(6.13)元件的第1脚通过K3(6.17)、K4(6.34)、D3、D4完成R1，恒流控制，R2，恒压控制的转换;电路处于充电状态，D3处于低电平，K4不导通，K3处于高电平，R1接入电路，脉宽调制度器PWM元件工作于恒流状态，这一工作状态必须在安全充电设定值以内，达到或超过安全电压设定值时TL1斯密脱电路输出正电位，D4导通，K4通过K3处于低电位R2接入电路，脉宽调制器PWM元件工作于恒压状态。脉宽调制网络由工频输入(6.10)、工频整流(6.11)、脉宽调制器PWM(6.13)、高频变压器(6.12)、高频快速整流器(6.14)、恒流取样电路R1(6.15)、恒压取样电路R2(6.16)、与非门K3(6.17)所组成，完成恒流/恒压转换必须与充、放电时间脉冲(2.10，2.11)同步。或门D3接受推动级(6.38)提供的充电脉冲(1.10)通过光耦合器K4、稳压电源VDD完成对与非门K3的同步控制。
7.根据权利1要求所说的一种用于密封镉-镍蓄电池组安全、高效、自动充电方法和权利5所说的一种用于密封镉-镍蓄电池组安全、高效、自动充电方法的装置其特征在于充电、放电电流受方波脉冲控制，充电、放电电流按平均值设定A(单位安培)，充电、放电方波占空比对充电效果影响很大。由CD1(6.27)组成的时间控制器产生的波形(2.10，2.11)分别由CD2(6.28)组成的充电波形发生器提供的充电波形(3.10，3.11);CD3(6.29)组成的放电波形发生器提供的放电波形(4.10，4.11);经CD4、LM1电路复合后的充电波形(1.10)即成为决定充电高效的电路。经CD5、LM2电路复合后放电波形(2.11)即成为高效去极化的电路。通过充放电时间控制器的时间调整;充电方波脉冲发生器CD2的频率占空比的调整;放电方波脉冲发生器的频率调整可获得不同的蓄电池充电效果。理想的充电放电时间比为6∶1～10∶1;充电、放电的频率比为1∶4～1∶6;充电方波占空比为1∶1～10∶1;放电方波脉宽≤0.3ms。
8.根据权利要求1所说的一种用于密封镉-镍蓄电池组安全、高效、自动充电方法和权利要求5所说的一种用于密封镉-镍蓄电池组安全、高效、自动充电方法的装置其特征在于充电电路适应各种被充蓄电池组残存电量，电路通过自动检测、调整，完成蓄电池组充足电量的功能。检测电路网络由蓄电池组E、放电负载R3、放电控制达林顿管(或模块)K2、斯密脱比较器TL1、单稳态电路QD1和QD2、运算放大器LM1和LM2、或门D3和D4、光耦K4、稳压源VDD、与非门K3、恒流取样电路R1、恒压取样电路R2组成。被充蓄电池只要规格相同、组数相同、在有载闭路条件下其残存电量通过电压提供信息。密封镉-镍蓄电池在A≈1C条件下电量放尽单节蓄电池电压为1.0V，充足电量单节蓄电池电压为1.41～1。42V;蓄电池充电出气结水电压单节为1.6V，本发明将安全充电电压控制在单节1.47～1.50V。检测电路通过TL1充电时取样，确定采用恒流充电电压低于安全电压值;恒压-充电电压达到或超过充电安全电压设定值。不受蓄电池残存电量制约。检测电路通过R3放电时取样，由于R3是按充足电量在放电电流平均值A≈1C的条件下设定的，在蓄电池残存电量小时，通过R3的电流少，电压降小，去极化效果亦小;随着充电电量增大，蓄电池蓄电量增多，蓄电池内电势相应提高，通过R3的电流加大，去极化效果加强，直到R3+K2所形成的电位达到设定的蓄电池闭路电压单节1.41～1.42V时单稳态电路QD1起控，为减少充电过电位电压对充电电量检测的影响，QD1电路是延时检测电路，延时与检测在2s内完成(5.10，5.11)。当QD1起控后20～60s单稳态延时电路QD2起控，CD6(6.40)使运放LM1、LM2停止工作，充电完成。
9.根据权利要求5所说的一种用于密封镉-镍蓄电池组安全、高效、自动充电方法的装置其特征在于脉宽调制PWM恒流/恒压电源(6.10.6.11，6.12，6.13，6.14，6.15，6.16，.6.17虚线内A部分)与数字电路(6.18～6.40虚线外B部分)可以分解成为脉宽调制恒压/恒流电源与常规直流充电器组合成方波脉冲去极化数字控制型的充电器。
10.根据权利要求5所说的一种用于密封镉-镍蓄电池组安全、高效、自动充电方法的装置其特征在于充电电路中的安全电压设定值、额定容量闭路电压设定值稍加调整，可对碱性开口镉-镍蓄电池，铅酸蓄电池、银锌蓄电池等进行安全、高效、自动充电。
全文摘要
本发明不受被充蓄电池残存电量限制，在安全充电电压条件下为方波脉冲恒流充电当达到或超过设定的充电安全电压值，设备自动转为方波脉冲充电，电流按指数式递减。为提高充电接受比，充电和放电采用不同频率；为减少充电过电位对计量停机的影响，检测采样设有延时装置，功率转换部件——交直流转换——采用PWM技术，转换效率达85％，数字控制部件可与常规充电器配套工作，能提高充电效率30％以上。
文档编号H02J7/10GK1088718SQ9211497
公开日1994年6月29日 申请日期1992年12月20日 优先权日1992年12月20日
发明者王雅各, 周明申, 陈冠恂, 卓新明, 肖提军, 茹维朝, 王昌儒, 王东红, 滕社骅 申请人:王雅各