专利名称：自保护铅酸电池及其制作方法
技术领域：
本发明涉及铅酸电池及其制造技术。
背景技术：
铅酸电池已经经历了一个多世纪的历程，由于其持续的动力能力，已广泛用作汽车、轮船电动车等各行各业的各种动力电源。
板栅是铅酸电池的重要组成部分，板栅包括正负极板栅，其在铅酸电池中的作用，主要是支撑活性物质。通常，一个封装后的铅酸电池内往往由多对甚至数十对涂敷有活性物质的正负极板栅串联而成。由于铅酸电池的板栅和涂敷活性物质的制作工艺复杂(如固化和干燥工艺对湿度和温度的控制都有非常严格的工艺要求)，很难保证铅酸电池内部各对正负极板栅的一致性，致使在铅酸电池内部各对正负极板之间在容量、内阻等方面均存在着一定的差异。由于这种差异性的存在，如某一对正负极板之间的容量偏小或内阻偏高，在对铅酸电池进行充电时，该对正负极板栅的电压就必然会出现电压过高现象，从而较相邻的正负极板栅对提前到达限制电压，此时如果不加以限制，电压将继续上升，导致过充，而过充会使温度激巨上升，析气加巨而失水(电解液损失)过多，一方面可能导致该正负极板栅变形，另一方面会导致容量更低。经周而复始，失水速度加快，在循环充电的过程中将会出现恶性循环，从而因失水过多导致该对正负极板栅提前损毁，继而导致相邻的正负极板栅对也因过充电引起发热失控、失水等现象而损毁，最后导致整个铅酸电池的损毁。
由于上述原因，致使整个铅酸电池的使用寿命大大缩短！发明内容本发明的目的就是为了解决以上问题，提供一种能够防止铅酸电池内部各正负极板栅充电时过充或欠充，从而提高铅酸电池使用寿命的自保护铅酸电池及其制作方法。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案一种自保护铅酸电池的制作方法，包括如下步骤(1)在壳体内的不同极板槽中分别依顺序设置正极板栅、隔板和负极板栅，且前一极板槽中的负极板栅电性连接后一极板槽中的正极板栅使其相互构成串联连接；(2)至少在每一个极板槽内的正、负极板栅之间并联一个用于在充电时对正负极板栅进行分流的旁路电路，使得当该对正负极板栅之间的电压充电到接近或达到一个设定值时，减少或停止对该对正负极板栅的充电，使其铅酸电池的充电电流主要或全部从所述旁路电路流过；一种自保护铅酸电池，包括壳体和设置在壳体内的数个极板槽，在壳体内的不同极板槽中分别依顺序设置正极板栅、隔板和负极板栅，每一个极板槽内的正极板栅和负极板栅构成一对正负极板栅，且前一极板槽中的负极板栅电性连接后一极板槽中的正极板栅使其相互构成串联连接，至少在每一对正负极板栅之间并联一个用于在充电时对正负极板栅进行分流的旁路电路，使得当该对正负极板栅之间的电压充电到接近或达到一个设定值时，减少或停止对该对正负极板栅的充电，使其铅酸电池的充电电流主要或全部从旁路电路流过。
进一步地，所述旁路电路包括分流元件和开关模块，所述开关模块在并联电压超过设定值时开通，将所述分流元件接入电路中。
进一步地，所述开关模块包括受控开关电路和电压设定电路，所述受控开关电路的开关端与分流元件串联后并接在正负极板栅之间，受控开关电路的控制端接入电压设定电路，使其当电压设定电路两端电压超过其设定值时，通过所述控制端控制受控开关电路接通。
进一步地，所述受控开关电路包括若干个极连的三端子开关管，各开关管依次以一个开关端连接下一级开关管的控制端，另一个开关端则接入电路中构成回路；第一级开关管的控制端作为受控开关电路的控制端接入电压设定电路中，最后一级开关管的开关端作为所述受控开关电路的开关端。
进一步地，所述电压设定电路包括串联的稳压二极管和限流电阻，当稳压二极管击穿时，流入所述控制端的电流随电压的升高而增加。
进一步地，将所述旁路电路以塑封工艺封装形成模块后再固定在壳体内。
进一步地，所述壳体包括一个具有夹层的上盖板，所述各旁路电路固定在所述上盖板的夹层内。
采用上述方案，本发明有益的技术效果在于1、通过至少在每一对正负极板栅之间并联一个用于在充电时对正负极板栅进行分流的旁路电路，使得当该对正负极板栅之间的电压充电到接近或达到一个设定值时，减少该对正负极板栅的充电，使其铅酸电池的充电电流从旁路电路流过。有效防止了因为铅酸电池内部各板栅制作工艺的不一致而造成充电时过充或欠充的现象。即使铅酸电池内部的一个或几个正负极板栅对存在制作工艺上的不一致，也会因为有旁路电路的及时保护而不会出现加速恶化的问题，从而从整体上大大提高了铅酸电池的使用寿命。
2、旁路电路主要由分流元件和开关模块组成，特别是开关模块主要由受控开关电路和电压设定电路组成通过受控开关电路的开关端与分流元件串联后并接在正负极板栅之间，受控开关电路的控制端接入电压设定电路，使其当电压设定电路两端电压超过其设定值时，通过所述控制端控制受控开关电路接通，结构简单，经济实用。
3、通过设置具有合适的击穿电压的稳压二极管，能够使电压未达到该击穿电压时，整个电路不导通，从而实现整个旁路电路的零功耗。
综上所述，通过在铅酸电池内部设置旁路电路，能大大延长电池的正常使用循环寿命，节约资源，减少浪费，具有较高的环保效益和社会效益。并且，本发明结构简单、巧妙、造价低，极具实用性。
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。
图1a是一种自保护铅酸电池的结构示意图。
图1b是图1a一种自保护铅酸电池的盖板结构示意图。
图2是图1a中旁中电路的一种实现电路示意图。
图3是图1a中旁中电路的另一种实现电路示意图。
具体实施例方式
如图1a和图2所示，一种自保护铅酸电池，铅酸电池包括壳体1，在壳体1内设置多个电池单元7，每一个电池单元7由用于盛装电解液的极板槽8、正极板栅2、隔板9和负极板栅3组成。正极板栅2上有正极接线柱6，负极板栅3上有负极接线柱4，隔板9设置在正极板栅2与负极板栅3之间，每一个极板槽8内的正极板栅2和负极板栅3构成正负极板栅对。前一对正负极板栅对的负极接线柱4电性连接下一对正负极板栅对的正极接线柱6，依顺序连接构成一个串联的铅酸电池。每一对正负极板栅对的正极接线柱(6，4)之间并联一个用于在充电时对正负极板栅对(2，3)进行分流的旁路电路5，使得当该对正负极板栅之间的电压充电到接近或达到一个设定值时，减少或停止对该对正负极板栅的充电，使其铅酸电池的充电电流从旁路电路5流过。
旁路电路5包括用作分流元件的电阻R4和开关模块。所述开关模块包括由三极管Q1、Q2构成的级连受控开关电路；由限流电阻R1、R2、W1以及稳压二极管AZ1串联构成的电压设定电路；以及电容C1。其中电阻W1为一个可调滑动变阻器。
三极管Q2的开关端作为受控开关电路的开关端串联电阻R4，三极管Q2的导通与截止控制电阻R4是否接入电路中对对应的正负极板栅对(2，3)进行分流，Q2的状态由其上级开关管Q1控制，Q1的控制端作为受控开关电路的控制端接入电压设定电路中。这里采用两级开关管控制的目的是为了提高电路控制的精确度，原则上也可以只使用一个开关管或多个级连开关管来进行控制，但单级控制精度不够高，而级数过多会导致电路复杂，增加成本，且对控制精度没有明显的作用。
电压设定电路并联对应的正负极板栅对(2，3)，由依次串联的R2、W1、AZ1和R1构成，Q1的控制端接在W1和AZ1之间。当充电电压高于AZ1的反向击穿电压时，AZ1开通，Q1的控制端即有电流流过，随着并联电压的升高Q1的控制电流不断增强，当达到一定强度时，Q1即开通。并联电压的升高与Q1基极电流的关系由限流电阻的阻值确定，因此，可以通过调整滑动变阻器W1来改变铅酸电池的分流电压值。当然，如果确定只需要唯一的分流电压值，也可以用普通电阻取代滑动变阻器W1。此外，还给AZ1串联一个与并联电压方向相同的二极管D3，用以防止温度带来的参数漂移，(如漂移不大亦可不用)另外，为了提高电路的稳定性，还增加设置一个电容C1并联在对应的正负极板栅对(2，3)之间。
如图1b所示，为了防止电解液对旁路电路5的影响，将壳体1的盖板10制作成具有夹层11的双层结构，将各个旁路电路5固定在盖板10的夹层11内，另外，盖板10上设置有注液孔12及各个旁路电路5的导线引入孔13。
自保护铅酸电池的制作方法自保护铅酸电池的制作方法，包括如下步骤(1)在壳体1内的不同极板槽8中分别依顺序设置正极板栅2、隔板9和负极板栅3，所述正极板栅2上涂敷有正极活性物质，负极板栅3上涂敷有负极活性物质，且前一极板槽中的负极板栅电性连接后一极板槽中的正极板栅使其相互构成串联连接；(2)在每一个极板槽内的正负极板栅对(2，3)之间并联一个用于在充电时对正负极板栅进行分流的图2所示的旁路电路，使得当各对正负极板栅对(2，3)之间的电压充电到接近或达到一个设定值时，由所述旁路电路进行分流。
(3)将上述所有旁路电路5以塑封工艺封装形成模块后固定在盖板10的夹层11内。
工作过程假设一对正负极板的限制电压为2.3V，稳压二极管AZ1的击穿电压为2.3V，当电压低于2.3V时，该平衡电路不导通，旁路电路整体为零功耗。通过调整W1的阻值以克服稳压管AZ1参数的差异性，使并联电压为2.3V时Q2开始导通，从而电流通过R4旁路进行分流，以减少该对正负极板之间的充电电流。同时，分流后，不影响相邻正负极板之间的正常充电。直至整个铅酸电池内各对正负极板栅都充到设定值时才停止充电，彻底消除了过充和欠充的问题，从而从整体上提高了铅酸电池的使用寿命。
图3所示是旁路电路5的另一种实现电路示意图，图3电路与图2电路的不同之处在于图2中的Q2采用三极管，而图3中的Q2采用场效应管代替，另外，电阻R3的一端接正极板栅，另一端并接Q2的控制极和Q1的集极，其它电路结构相同。图3电路的工作过程同图2所示电路的工作过程。但图3电路采用场效应管可以缩小三极管Q1放大区带来的Q2滞后导通问题，以达到快速导通的目的，使Q2工作在准开关状态，提高控制精度。
权利要求
1.一种自保护铅酸电池的制作方法，包括如下步骤在壳体内的不同极板槽中分别依顺序设置正极板栅、隔板和负极板栅，且前一极板槽中的负极板栅电性连接后一极板槽中的正极板栅使其相互构成串联连接；至少在每一个极板槽内的正、负极板栅之间并联一个用于在充电时对正负极板栅进行分流的旁路电路，使得当该对正负极板栅之间的电压充电到接近或达到一个设定值时，减少或停止对该对正负极板栅的充电，使其铅酸电池的充电电流主要或全部从所述旁路电路流过。
2.根据权利要求1所述的自保护铅酸电池的制作方法，其特征在于将所述旁路电路以塑封工艺封装形成模块后固定在壳体内。
3.自保护铅酸电池，包括壳体和设置在壳体内的数个极板槽，在壳体内的不同极板槽中分别依顺序设置正极板栅、隔板和负极板栅，每一个极板槽内的正极板栅和负极板栅构成一对正负极板栅，且前一极板槽中的负极板栅电性连接后一极板槽中的正极板栅使其相互构成串联连接，其特征在于至少在每一对正负极板栅之间并联一个用于在充电时对正负极板栅进行分流的旁路电路，使得当该对正负极板栅之间的电压充电到接近或达到一个设定值时，减少或停止对该对正负极板栅的充电，使其铅酸电池的充电电流主要或全部从所述旁路电路流过。
4.根据权利要求3所述的自保护铅酸电池，其特征在于所述旁路电路包括分流元件和开关模块，所述开关模块在并联电压超过设定值时开通，将所述分流元件接入电路中。
5.根据权利要求4所述的自保护铅酸电池，其特征在于所述开关模块包括受控开关电路和电压设定电路，所述受控开关电路的开关端与分流元件串联后并接在正负极板栅之间，受控开关电路的控制端接入电压设定电路，使其当电压设定电路两端电压超过其设定值时，通过所述控制端控制受控开关电路接通。
6.根据权利要求5所述的自保护铅酸电池，其特征在于所述受控开关电路包括若干个极连的三端子开关管，各开关管依次以一个开关端连接下一级开关管的控制端，另一个开关端则接入电路中构成回路；第一级开关管的控制端作为受控开关电路的控制端接入电压设定电路中，最后一级开关管的开关端作为所述受控开关电路的开关端。
7.根据权利要求6所述的自保护铅酸电池，其特征在于所述电压设定电路包括串联的稳压二极管和限流电阻，当稳压二极管击穿时，流入所述控制端的电流随电压的升高而增加。
8.根据权利要求3-7所述的自保护铅酸电池，其特征在于将所述旁路电路以塑封工艺封装形成模块后固定在壳体内根据权利要求8所述的自保护铅酸电池，其特征在于所述壳体包括一个具有夹层的上盖，所述各旁路电路固定在所述上盖的夹层内。
全文摘要
本发明公开了一种自保护铅酸电池的其制作方法，包括如下步骤(1)在壳体内的不同极板槽中分别依顺序设置正极板栅、隔板和负极板栅，且前一极板槽中的负极板栅电性连接后一极板槽中的正极板栅使其相互构成串联连接；(2)至少在每一个极板槽内的正负极板栅之间并联一个用于在充电时对正负极板栅进行分流的旁路电路，使得当该对正负极板栅之间的电压充电到接近或达到一个设定值时，减少或停止该对正负极板栅的充电，使其铅酸电池的充电电流主要或全部从旁路电路流过。本发明还公开了实现上述方法的铅酸电池。采用本发明能够防止铅酸电池内部单对或多对正负极板栅充电时的过充或欠充，从而大大提高了铅酸电池的使用寿命。
文档编号H01M2/34GK101060181SQ20061006032
公开日2007年10月24日 申请日期2006年4月17日 优先权日2006年4月17日
发明者周海 申请人:周海