[go: up one dir, main page]

EA026817B1 - Генератор биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора и соответствующий способ - Google Patents

Генератор биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора и соответствующий способ Download PDF

Info

Publication number
EA026817B1
EA026817B1 EA201291120A EA201291120A EA026817B1 EA 026817 B1 EA026817 B1 EA 026817B1 EA 201291120 A EA201291120 A EA 201291120A EA 201291120 A EA201291120 A EA 201291120A EA 026817 B1 EA026817 B1 EA 026817B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
pulse
pulse voltage
voltage
battery
negative
Prior art date
Application number
EA201291120A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201291120A1 (ru
Inventor
Ове Т. Ааненсен
Даг Арильд Валанд
Original Assignee
Ове Т. Ааненсен
Даг Арильд Валанд
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ове Т. Ааненсен, Даг Арильд Валанд filed Critical Ове Т. Ааненсен
Publication of EA201291120A1 publication Critical patent/EA201291120A1/ru
Publication of EA026817B1 publication Critical patent/EA026817B1/ru

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/875—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H02J7/927—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

Предложены генератор биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора и способ, предусматривающие подачу положительного импульсного напряжения и отрицательного импульсного напряжения попеременно на клеммы аккумулятора. Целью разработки генератора биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора и способа является увеличение срока службы в циклах заряд-разряд и емкости аккумуляторов, таких как свинцово-кислотные аккумуляторы. Значения времени нарастания передних фронтов положительных импульсов и задних фронтов отрицательных импульсов малы по сравнению с временем релаксации ионной атмосферы в электролитическом растворе. Чередование положительных и отрицательных импульсов создает для каждого нового импульса равные стартовые условия без какого-либо проявления эффекта памяти, который в противном случае может возникнуть, если последний поданный импульс был той же полярности, что сокращает степень перенапряжения, которое может быть подано на аккумулятор, и снижает самые высокие пригодные к эксплуатации значения частоты генерирования импульсов без перекрытия импульсов. Форма, тип и синхронизация импульсов могут быть откорректированы для создания импульсов перенапряжения, имеющих высокие длительность и амплитуду.

Description

Область техники
Настоящее изобретение относится к генератору биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора и способу увеличения срока службы в циклах заряд-разряд и емкости аккумулятора.
Предпосылки к созданию изобретения
Аккумулятор является электрохимическим элементом, который накапливает энергию, отдавая эту энергию при разряде тока в зависимости от потребности электрического прибора. Аккумулятор может быть повторно заряжен при пропускании электрического тока через аккумулятор в направлении, обратном направлению тока при разряде.
Часто встречающейся проблемой аккумуляторов является потеря энергетической емкости аккумулятора в течение последующих циклов подзарядки, что приводит к сокращению времени использования аккумулятора до следующего цикла подзарядки. Например, потеря способности сохранять полную энергетическую емкость аккумулятора может возникнуть после того, как цикл заряда последовал за периодом использования, когда аккумулятор был разряжен неполностью. Потеря способности сохранять полную энергетическую емкость может усиливаться, когда имеются повторяющиеся циклы неполного разряда, за которыми следует цикл заряда. Для сокращения величины потери способности сохранять полную энергетическую емкость аккумулятора, что в свою очередь предотвращает быстрое снижение доступной энергетической емкости после цикла заряда, производители рекомендуют подвергать аккумулятор глубокому разряду, прежде чем подзаряжать ее.
Хотя существует немало явлений, которые могут стать причиной потери способности аккумулятора сохранять полную зарядную емкость, известно, что ухудшение способности активного компонента к регенерации на любом из электродов, аноде или катоде, или на обоих электродах, может оказаться фактором, способствующим данной потере. Например, сообщалось, что снижение емкости свинцовокислотных аккумуляторов связано с прогрессирующим изменением в природе активных материалов катода и анода, что также способствует уменьшению срока службы аккумулятора, а также потере способности аккумулятора сохранять емкость. Первоначальное состояние поверхности анода и катода представляет собой пористую структуру, что позволяет более значительному количеству активного материала подвергаться воздействию окружающего электролита аккумулятора. По мере того как аккумулятор проходит множество циклов разряда и заряда, структура поверхности катода и анода во все возрастающей степени определяется укрупненными кристаллическими структурами, которые сокращают общую поверхность контакта активного материала с раствором электролита аккумулятора.
Попытки в области изобретения уменьшить указанные эффекты в аккумуляторе были направлены на улучшение циклов заряда аккумулятора, что включает в себя обеспечение глубокого разряда аккумулятора перед его подзарядкой до рекомендованного рабочего уровня. Другие зарядные устройства аккумулятора в области изобретения управляют схемой заряда и в некоторых случаях могут предусматривать последовательность с небольшим разрядом в период заряда аккумулятора. Например, в патенте США № 5633574 описывается последовательность заряда аккумулятора, которая представляет собой многократное использование последовательности, включающей 1000 миллисекунд заряда, 2 миллисекунды без заряда, 5 миллисекунд разряда и 10 миллисекунд без заряда, что может сократить величину потери способности сохранять полную зарядную емкость. Патент США № 5998968 раскрывает использование разряда, заряда и периода покоя применительно к аккумулятору с заранее заданной последовательностью заряда до тех пор, пока аккумулятор полностью не зарядится. Патент США № 5777453 представляет еще одну стратегию организации последовательности заряда, когда импульсы напряжения периодически подаются на аккумулятор, после чего следует период покоя, когда напряжение не подается в последовательности заряда.
Повторные потери способности аккумулятора сохранять полную зарядную емкость на протяжении множества циклов заряда могут также способствовать общему сокращению срока службы аккумулятора. То есть известно, что потеря способности аккумулятора сохранять емкость не является полностью необратимой и может накапливаться в течение срока службы аккумулятора, что ведет к общему сокращению срока службы аккумулятора.
Во время цикла заряда электроды или пластины притягивают ионы - отрицательные ионы к положительной пластине и положительные ионы к отрицательной пластине, что препятствует дальнейшему переносу ионов к пластинам. По мере заряда аккумулятора нарастает полное сопротивление, что ведет к росту сопротивления аккумулятора заряду. В конце концов, по завершении заряда и снятия любого перенапряжения, наступает равновесие на аноде и катоде, так что скорость переноса ионов к электродам становится равной скорости переноса ионов тех же типов от электродов.
Уравнения Больцмана, представленное уравнением 1, и Нернста, представленное уравнением 2, описывают термодинамическое равновесие (устойчивое состояние), которое развивается в электрохимической системе, с точки зрения отношения концентрации ионов в основном объеме электрохимического раствора Ό,,.. к концентрации ионов того же типа, присутствующих в поверхностном слое электрода ΌΙΙΚ.. рассматриваемого относительно разности потенциалов (У3е - Уте), которая существует между электрохимическим раствором и электродом, и ее взаимная зависимость от указанного соотношения О,е/Эте. См., например, СЬпзйап СейЬзеп апй Не1ти1 Уоде1: СейЪзеп Рйузюз, 19 ей., Бргтдег Уег1ад, Вегйп апй
- 1 026817 №ν Уогк (Кристиан Герцен и Хельмут Фогель: Оейккеп Рку81С8, 19-е изд., Бргшдег Уег1ад, Берлин и Нью-Йорк).
где
с] = заряд электрона, кулон, к = постоянная Больцмана, джоуль/кельвин,
Т = абсолютная температура, кельвин,
О:,с/Отс = отношение концентрации ионов в электрохимическом растворе к концентрации ионов в поверхностном слое на электроде при равновесии, (V,,. - Уте) = разница потенциалов между электрохимическим раствором и электродом при равновесии, вольты.
В условиях равновесия система устойчива, то есть формирование, рост, или растворение, или фазовые переходы не происходят. При равновесии поток ионов любого вида в поверхностный слой на электроде будет компенсироваться потоком равного количества ионов того же вида из поверхностного слоя на электроде в электрохимический раствор.
Во всех химических системах существует тенденция перехода в состояние равновесия. См., например, 1ате8 Е. Вгайу: Сеиега1 СЬет181гу-Ргшс1р1е8 апй 8(гис(иге, 1оЬи \УПеу & §ои8, №ν Уогк (Джеймс Э. Брейди: Общая химия - принципы и структура, 1оЬи \УПеу & §оп8, Нью-Йорк). Если существующее равновесие нарушается, например, путем введения изменения потенциала на электроде, тогда отношение концентрации ионов в электрохимическом растворе к концентрации ионов в поверхностном слое на электроде будет меняться до тех пор, пока не будет достигнуто новое состояние равновесия. Время релаксации определяется количеством времени, необходимым, чтобы система перешла в новое состояние равновесия. Постоянная времени релаксации, которая характеризует изменение отношения концентраций ионов с течением времени, определяется конкретной диэлектрической проницаемостью, деленной на удельную электропроводность, обе характеристики являются свойствами электролитического раствора.
Благоприятные условия для фазовых переходов, то есть для ионов из электролита, осаждающихся на поверхности электрода, возникают, когда раствор является перенасыщенным и система отходит от условия равновесия. Например, перенасыщение происходит, когда потенциал V, ионов в электрохимическом растворе превышает равновесный потенциал ν^, на электроде, что представлено уравнением (3).
(У,-Уг„„)>0 (3)
Есть две возможности для реагирования на это состояние перенасыщения. Одна из возможностей заключается в установлении потенциала на электроде который является более отрицательным или меньше, чем потенциал электрода при равновесии νη(,, в то время как потенциал электрохимического раствора устанавливается на уровне равновесного потенциала, что представлено уравнением (4).
(У,е-Ут)>0 (4)
Разница между потенциалом электрода при равновесии и потенциалом электрода при вышеописанных обстоятельствах известна как электрохимический сверхпотенциал, или электрохимическое перенапряжение, что представлено уравнением (5).
(Уте-Ут)>0 (5)
Другая возможность для реагирования на условие перенасыщения заключается в подведении к электрохимическому раствору потенциала V,, который выше, чем потенциал электрохимического раствора при равновесии У,е, сохраняя потенциал на электроде νη на уровне его равновесного потенциала νη(,. Таким образом, условия для состояния перенапряжения определяются, как представлено в уравнении (3).
Две величины, состояние перенасыщения и перенапряжения, могут рассматриваться как меры отклонения от состояния устойчивого термодинамического равновесия. Однако сам факт того, что система является перенасыщенной и существует перенапряжение, не обязательно создает фазовый переход. Скорее эти условия увеличивают вероятность того, что фазовый переход может произойти. См., например, А1ехапйег МПсНсу: Е1ес(госгу8(аШ7айоп-Рипйатеп1а18 о£ Цис1еайоп апй Οιό\υ11ι. К1и^ег Асайетю РнЫкНег8, Νον Уогк (Александр Милчев: Электрокристаллизация - основы зарождения и роста, К1и№ег Асайетю РиЪ118кег8, Нью-Йорк).
В области изобретения сохраняется потребность в устройстве и способе, использование которых обеспечивает снижения потери способности аккумулятора сохранять энергию с течением времени и увеличение общего срока службы аккумулятора в течение всего срока эксплуатации аккумулятора, то есть даже за пределами периода, когда аккумулятор заряжается.
- 2 026817
Сущность изобретения
Настоящее изобретение относится к устройствам и способам увеличения срока службы в циклах заряд-разряд и емкости аккумулятора. Не ограничиваясь какой-либо теорией, предложены генератор биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора и способы сохранения емкости аккумулятора и увеличения срока эксплуатации аккумулятора.
В одном аспекте изобретения предлагается генератор биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора, который содержит генератор импульсов, создающий положительное импульсное напряжение и отрицательное импульсное напряжение, преобразователь положительного импульсного напряжения, который преобразует положительное импульсное напряжение в сигнал положительного импульсного напряжения, преобразователь отрицательного импульсного напряжения, который преобразует отрицательное импульсное напряжение в сигнал отрицательного импульсного напряжения, и распределитель импульсного напряжения, который объединяет сигнал положительного импульсного напряжения и сигнал отрицательного импульсного напряжения в сигнал импульсного напряжения, подаваемый на клеммы аккумулятора.
В одном варианте осуществления изобретения генератор импульсов генератора биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора выполнен в микроконтроллере. В другом варианте осуществления изобретения генератор импульсов генератора биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора имеет генератор положительных импульсов, генерирующий положительное импульсное напряжение, и генератор отрицательных импульсов, генерирующий отрицательное импульсное напряжение. В еще одном варианте осуществления изобретения генератор импульсов содержит инвертирующий с чередованием переключатель, при этом генератор импульсов генерирует импульсное напряжение, инвертирующий с чередованием переключатель поочередно формирует из импульсного напряжения неинвертированное импульсное напряжение и инвертированное импульсное напряжение, и неинвертированное импульсное напряжение является любым одним из положительного импульсного напряжения и отрицательного импульсного напряжения, при этом инвертированное импульсное напряжение является другим из положительного импульсного напряжения и отрицательного импульсного напряжения.
В варианте осуществления изобретения каждый из преобразователя положительного импульсного напряжения и преобразователя отрицательного импульсного напряжения генератора биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора содержит формирователь импульсов и синхронизирующий генератор, при этом формирователь импульсов и тактовый генератор выполнены с возможностью преобразования импульсного напряжения в сигнал импульсного напряжения.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения усилитель положительного напряжения и усилитель отрицательного напряжения усиливают сигнал положительного импульсного напряжения и сигнал отрицательного импульсного напряжения соответственно. В некоторых других вариантах осуществления изобретения усилитель напряжения усиливает сигнал импульсного напряжения.
В варианте осуществления изобретения сигнал импульсного напряжения генератора импульсов перенапряжения для аккумулятора имеет по меньшей мере один импульс положительного напряжения, определяемый передним фронтом сигнала и амплитудой положительного импульса, за которым следует по меньшей мере один импульс отрицательного напряжения, определяемый задним фронтом сигнала и амплитудой отрицательного или инвертированного импульса. В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения время нарастания переднего фронта по меньшей мере одного импульса положительного напряжения и время нарастания заднего фронта по меньшей мере одного импульса отрицательного напряжения каждое меньше времени релаксации электролитического раствора аккумулятора. В частности, время нарастания переднего фронта и время нарастания заднего фронта может составить около одной трети от времени релаксации.
В некоторых вариантах осуществления изобретения амплитуда положительного импульса по меньшей мере одного импульса положительного напряжения и амплитуда отрицательного импульса по меньшей мере одного импульса отрицательного напряжения больше напряжения аккумулятора, например, по меньшей мере примерно в два раза превышает напряжение аккумулятора.
В одном варианте осуществления изобретения частота следования импульсов сигнала импульсного напряжения такова, что ширина импульса по меньшей мере одного импульса положительного напряжения и ширина импульса по меньшей мере одного импульса отрицательного напряжения не перекрываются. В другом варианте осуществления изобретения как ширина импульса по меньшей мере одного импульса положительного напряжения, так и ширина импульса по меньшей мере одного импульса отрицательного напряжения превышают время релаксации.
В другом варианте осуществления изобретения генератор биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора дополнительно содержит контроллер и измерительное устройство, которое измеряет напряжение аккумулятора. В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения контроллер идентифицирует состояние аккумулятора, используя напряжение аккумулятора, и активирует генератор биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора на основе состояния аккумулятора.
В одном варианте осуществления изобретения генератор биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора предназначен для свинцово-кислотного аккумулятора. В другом варианте генератор
- 3 026817 биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора может быть использован с другими видами аккумуляторов (то есть не свинцово-кислотными аккумуляторами).
В некоторых вариантах осуществления изобретения генератор биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора непосредственно объединен с аккумулятором.
В другом аспекте изобретения предлагаются способы воздействия на аккумулятор. В одном варианте осуществления изобретения способ воздействия на аккумулятор включает шаг использования генератора биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора для увеличения срока службы в циклах заряд-разряд и способности аккумулятора сохранять емкость.
В еще одном варианте осуществления изобретения способ воздействия на множество аккумуляторов, причем каждый из аккумуляторов из множества аккумуляторов содержит генератор биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора в соответствии с изобретением, включает шаг управления каждым генератором биполярных импульсов с перенапряжением для аккумулятора таким образом, что не более чем один из генераторов биполярных импульсов перенапряжения для аккумуляторов подает перенапряжение в любой момент времени.
В одном варианте осуществления изобретения способ воздействия на аккумулятор содержит шаги создания сигнала положительного импульсного напряжения, имеющего одиночный положительный импульс, и сигнала отрицательного импульсного напряжения, имеющего одиночный отрицательный или инвертированный сигнал, и подачу сигнала положительного импульсного напряжения и сигнала отрицательного импульсного напряжения попеременно на клеммы аккумулятора. В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения способ воздействия на аккумулятор может также включать в себя шаг объединения сигнала положительного импульсного напряжения и сигнала отрицательного импульсного напряжения перед подачей сигналов на клеммы аккумулятора.
В другом варианте осуществления изобретения одиночный положительный импульс определяется передним фронтом сигнала и амплитудой положительного импульса и отрицательный или инвертированный импульс определяется задним фронтом сигнала и амплитудой отрицательного импульса. В некоторых вариантах осуществления изобретения время нарастания переднего фронта сигнала и время нарастания заднего фронта сигнала каждое меньше, чем время релаксации электролитического раствора аккумулятора.
В одном варианте осуществления изобретения способ содержит шаги создания положительного импульсного напряжения и отрицательного импульсного напряжения, преобразования положительного импульсного напряжения в сигнал положительного импульсного напряжения и отрицательного импульсного напряжения в сигнал отрицательного импульсного напряжения, объединения сигнала положительного импульсного напряжения и сигнала отрицательного импульсного напряжения в сигнал импульсного напряжения и подачи сигнала импульсного напряжения на клеммы аккумулятора.
В другом варианте осуществления изобретения способ может дополнительно включать шаг усиления сигнала положительного импульсного напряжения и сигнала отрицательного импульсного напряжения или, в еще одном варианте, усиления сигнала импульсного напряжения, который содержит объединенный сигнал положительного импульсного напряжения и сигнал отрицательного импульсного напряжения.
В некоторых вариантах осуществления изобретения шаг создания в способе содержит шаги генерирования импульсного напряжения и формирования из импульсного напряжения поочередно неинвертированного импульсного напряжения и инвертированного импульсного напряжения, где неинвертированное импульсное напряжение является любым одним из положительного импульсного напряжения и отрицательного импульсного напряжения, и инвертированное импульсное напряжение является другим из положительного импульсного напряжения и отрицательного импульсного напряжения.
В некоторых вариантах осуществления изобретения шаг преобразования в способе включает в себя шаг придания положительному импульсному напряжению и отрицательному импульсному напряжению соответственно формы положительного импульсного напряжения и формы отрицательного импульсного напряжения, и шаг синхронизации распределения формы положительного импульсного напряжения и распределения формы отрицательного импульсного напряжения соответственно с получением сигнала положительного импульсного напряжения и сигнала отрицательного импульсного напряжения.
Другие аспекты и варианты осуществления изобретения станут очевидными после ознакомления с последующим описанием в сочетании с сопроводительными чертежами. Изобретение, однако, указывается со всей тщательностью в прилагаемой формуле изобретения.
Краткое описание нескольких видов чертежей
Описав, таким образом, изобретение в общем виде, обратимся теперь к сопроводительным чертежам, которые не обязательно представлены в масштабе.
На фиг. 1 приведено графическое отображение примерного цикла генерирования импульсов перенапряжения, подаваемых на клеммы аккумулятора в соответствии с настоящим изобретением, в сопоставлении с отношением концентраций ионов в электрохимическом элементе.
На фиг. 2 представлена принципиальная схема, иллюстрирующая вариант генератора биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора в соответствии с настоящим изобретением.
- 4 026817
На фиг. ЗА показана принципиальная электрическая схема, представляющая вариант микроконтроллера генератора биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 3В показана принципиальная электрическая схема, представляющая вариант преобразователя напряжения для генератора биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 3С показана принципиальная электрическая схема, представляющая вариант усилителя напряжения и распределителя импульсного напряжения для генератора биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 3Ό показана принципиальная электрическая схема, представляющая вариант генератора биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора в соответствии с настоящим изобретением, содержащая микроконтроллер, преобразователь напряжения и усилитель напряжения.
На фиг. 4 представлено перспективное изображение варианта, показывающего генератор биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора в соответствии с настоящим изобретением, объединенный с аккумулятором.
На фиг. 5 представлена принципиальная схема, иллюстрирующая вариант осуществления изобретения, имеющий множество генераторов биполярных импульсов перенапряжения для аккумуляторов, объединенных с соответствующим количеством аккумуляторов.
На фиг. 6 дано графическое отображение, показывающее время разряда аккумулятора, который был подвергнут воздействию в соответствии с вариантом осуществления изобретения, и время разряда аккумулятора, который не был подвергнут такому воздействию.
На фиг. 7 показано графическое представление значений времени разряда от количества циклов заряд/разряд для аккумулятора, который был подвергнут воздействию в соответствии с вариантом осуществления изобретения, в сравнении со значениями времени разряда от количества циклов заряд/разряд для аккумулятора, который не был подвергнут такому воздействию.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение будет описано более подробно далее со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых показаны некоторые, но не все варианты осуществления изобретения. Могут быть описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, но настоящее изобретение, однако, может быть реализовано в самых разных формах и не должно рассматриваться как ограниченное только вариантами, изложенными в настоящем документе. Напротив, эти варианты предложены таким образом, что данное описание будет тщательным и полным и полностью передаст объем изобретения специалистам в данной области. Варианты осуществления изобретения не должны трактоваться никоим образом как ограничивающие изобретение. Одинаковые номера относятся к одинаковым элементам повсеместно в описании.
В том виде, в каком это используется в настоящем описании и приложенной формуле изобретения, формы единственного числа включают в себя объекты ссылок во множественном числе, если контекст явно не указывает на иное. Например, ссылка на аккумулятор включает множество таких аккумуляторов.
Следует иметь в виду, что относительные выражения, такие как предшествующий или последующий или аналогичные, могут использоваться в настоящем документе для описания отношения одного элемента к другому элементу, как показано на чертежах. Следует иметь в виду, что относительные выражения предназначены для охвата различных ориентации элементов в дополнение к ориентации элементов, как показано на чертежах. Следует иметь в виду, что такие выражения могут использоваться для описания относительных положений элемента или элементов изобретения и не предназначены для ограничения, если контекст явно не указывает на иное.
Варианты осуществления настоящего изобретения описываются в настоящем документе со ссылками на различные виды, включая перспективные виды, являющиеся схематическими представлениями идеализированных вариантов осуществления настоящего изобретения. Как понятно специалисту в области изобретения, в практике осуществления изобретения следует ожидать различных отклонений или модификаций тех конфигураций, которые показаны на чертежах. Такие изменения и/или модификации могут быть результатом технологий изготовления, конструкторских решений и т.п. и такие изменения призваны быть включенными в объем настоящего изобретения, как далее установлено в формуле изобретения. Варианты изобретения и их соответствующие элементы, изображенные на чертежах, не предназначены для иллюстрации точной формы элемента какого-либо варианта и не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения.
Хотя в настоящем документе применяются специфические термины, они используются только в общем и описательном смысле, а не в целях ограничения. Все термины, включая технические и научные, используемые в настоящем документе, имеют такие же значения, какие обычно понимаются специалистом в данной области техники, к которой относится настоящее изобретение, если только какой-либо термин не определяется иным образом. Следует также понимать, что термины, которые определяются в обычно используемых словарях, следует толковать как имеющие значение, обычно понимаемое специа- 5 026817 листом в данной области техники, к которой относится настоящее изобретение. Следует также понимать, что термины, которые определяются в обычно используемых словарях, следует толковать как имеющие значение, которое согласуется с их значением в контексте соответствующей области техники и настоящего описания. Такие обычно используемые термины не должны толковаться в идеализированном или слишком формальном смысле, если только изложенное в настоящем документе описание явным образом не определит иное.
Изобретение, описанное в настоящем документе, относится к генератору биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора. Генератор биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора обычно состоит из генератора импульсов, который создает положительное импульсное напряжение и отрицательное импульсное напряжение, преобразователя импульсного напряжения, который преобразует положительное импульсное напряжение и отрицательное импульсное напряжение в сигнал положительного импульсного напряжения и сигнал отрицательного импульсного напряжения, распределителя импульсного напряжения, который объединяет сигнал положительного импульсного напряжения и сигнал отрицательного импульсного напряжения в сигнал импульсного напряжения, подаваемый на клеммы аккумулятора, и, дополнительно, усилителя, который может усиливать сигнал положительного импульсного напряжения и сигнал отрицательного импульсного напряжения или сигнал импульсного напряжения.
В одном варианте осуществления изобретения генератор импульсов может быть выполнен в микроконтроллере. В другом варианте осуществления изобретения генератор импульсов содержит генератор положительных импульсов и генератор отрицательных импульсов. В других вариантах осуществления изобретения генератор импульсов может включать в себя инвертирующий с чередованием переключатель, который поочередно формирует импульсное напряжение в положительное импульсное напряжение и отрицательное импульсное напряжение. Предлагаемое устройство, без ограничения указанным, особенно полезно для увеличения срока службы в циклах заряд-разряд и улучшения способности аккумулятора сохранять емкость.
Когда на электроды ячейки аккумулятора подают импульсы напряжения, между электрохимическим раствором и электродами происходит изменение потенциала. Во всех химических системах, например, но без намерения ограничения, свинцово-кислотном аккумуляторе, существует тенденция перехода к состоянию равновесия.
Если существующее равновесие нарушается, например, путем изменения потенциала на электроде, тогда отношение концентрации ионов электрохимического раствора к концентрации ионов поверхностного слоя на электроде будет изменяться, пока не будет достигнуто новое состояние равновесия. Время релаксации определяется как количество времени, необходимое, чтобы система перешла в новое состояние равновесия. Постоянная времени релаксации, которое характеризует изменение отношения концентраций ионов в зависимости от времени, определяется конкретной диэлектрической постоянной, деленной на удельную электропроводность, причем обе характеристики являются свойствами электролитического раствора.
Импульс положительного напряжения, прилагаемый к электрохимической системе, импульс типа А, определяется временем нарастания импульса, которое относится к количеству времени, необходимому, чтобы передний фронт импульса напряжения сделал переход от времени, когда импульс начинает расти, примерно к времени, когда достигается максимальный пик импульса.
Если время нарастания импульса типа А меньше, чем время релаксации электрохимической системы, тогда в электрохимической системе устанавливается состояние перенапряжения, тогда отношение концентраций ионов будет изменено и примет новое значение в течение времени релаксации на основе вновь созданной разности потенциалов в соответствии с законом распределения Больцмана по уравнению (1). Импульс положительного напряжения, вызывающий перенапряжение в электрохимической системе, будет вести к росту отношения концентрации ионов электрохимического раствора к концентрации ионов поверхностного слоя на электроде до тех пор, пока такой импульс положительного напряжения не будет снят, что позволит электрохимической системе осуществить обратный ход или вернуться назад в первоначальное состояние равновесия.
Напротив, состояние перенапряжения может быть также установлено посредством использования импульса отрицательного напряжения, или импульса типа В, который имеет обратную полярность по сравнению с импульсом положительного напряжения, импульсом типа А. В течение времени действия импульса типа В отношение концентраций ионов будет уменьшаться, но по завершении импульса типа В отношение концентраций ионов возвратиться обратно к значению, при котором выполняется распределение Больцмана в соответствие с уравнением (1). Время нарастания импульса отрицательного напряжения относится к количеству времени, необходимому, чтобы задний фронт импульса напряжения осуществил переход примерно от времени, когда задний фронт импульса начинает изменяться, примерно до времени, когда импульс больше не подается. Если время нарастания заднего фронта импульса отрицательного напряжения меньше, чем время релаксации системы, тогда в электрохимической системе устанавливается состояние перенапряжения.
Было обнаружено, что если подобные импульсы положительного напряжения, или импульсы типа
- 6 026817
А, на высокой частоте подаются в электрохимическую систему один за другим, тогда меньшее перенапряжение достигается от второго импульса в результате неспособности отношения концентрации ионов электрохимического раствора к концентрации ионов поверхностного слоя вернуться в его равновесное состояние. Было также обнаружено, что этого эффекта памяти можно избежать с помощью включения импульса отрицательного напряжения, импульса типа В, между двумя импульсами положительного напряжения, импульсами типа А, причем все импульсы попеременно подаются на клеммы аккумулятора.
Не ограничиваясь определенной теорией, применение импульса типа В служит в качестве функции сброса эффекта, вызванного импульсом типа А, и наоборот, предотвращает проявление данного эффекта памяти. Также было обнаружено, что благодаря времени ожидания, или времени релаксации, после того, как импульс заканчивается, частота импульса типа А и импульса типа В, кроме тех случаев, когда импульсы перекрываются, может также быть увеличена, что также оказывает благоприятный эффект, удлиняя время пребывания электрохимической системы в неравновесном состоянии.
Более быстрое время нарастания переднего фронта импульса положительного напряжения и заднего фронта импульса отрицательного напряжения увеличит степень перенапряжения, которое может быть приложено к аккумулятору. Перенапряжение, приложенное к аккумулятору, позволяет получить импульсы более высокой частоты, в результате чего еще больше возрастает время пребывания электрохимической системы в неравновесном состоянии.
В условиях равновесия ничего не происходит, то есть отсутствует чистый эффект изменения для электрохимической системы. Изменения могут быть произведены в отношении электрохимической системы для прерывания равновесия с помощью введения импульсов перенапряжения между электродом и облаком ионов, окружающих электрод. В результате появляется период перенапряжения с увеличенной силой электрического взаимодействия, воздействующей на облако ионов, которые в возросшем количестве и с возросшей энергией будут притягиваться к электродам. В то же время сила диффузии, или результирующий отвод ионов от электрода, слабее силы электрического взаимодействия.
Благодаря более высоким скорости и энергии ионы с прикрепленными ионами, имеющими противоположную полярность, будут терять эти прикрепленные ионы, что приведет к увеличению их собственной скорости и энергии. Ионы с высокой энергией, например, положительный ион водорода Н2+ из расщепленной молекулы воды может проходить сквозь любые кристаллические структуры, которые могут образоваться на отрицательном электроде. В неограничивающем примере свинцово-кислотного аккумулятора положительный ион водорода может пройти сквозь любой кристаллический слой сульфата свинца РЬ8О4, который может сформироваться на отрицательном электроде, и разложить кристаллический слой с помощью образующейся соляной кислоты Н2§О4, тем самым пополняя электрохимический раствор с одновременным выделением чистого свинца на электроде.
В другом неограничивающем примере отрицательный ион окисла из расщепленной молекулы воды будет содействовать восстановлению кристаллов диоксида свинца РЬО2 на положительном электроде. Не желая ограничиваться теорией, требуется меньше энергии для получения из существующих крупных кристаллов еще более крупных кристаллов; таким образом, на положительном электроде будут формироваться более однородные и в большем количестве кристаллы диоксида свинца. Таким образом, в обстоятельствах, предлагаемых изобретением, коэффициент рождаемости новых кристаллов пропорционально возрастает еще больше по отношению к величине приложенного перенапряжения.
На фиг. 1 представлено графическое отображение сопоставления цикла генерирования импульсов перенапряжения, поданного на клеммы аккумулятора, и отношения концентраций ионов в электрохимическом элементе. Сплошная линия 10 отображает напряжение аккумулятора, кривая 12 отображает отношение концентраций ионов и состояния 14, 16, 18 перенапряжения, приложенного к электрохимическому элементу. Значения времени нарастания импульса положительного напряжения и импульса отрицательного напряжения отображаются с помощью Тг, в то время как постоянная времени релаксации представлена с помощью Тс.
В свинцово-кислотном аккумуляторе, например, рост кристаллов сульфата свинца на отрицательном электроде и уменьшение количества кристаллов диоксида свинца на положительном электроде может привести к сокращению общего срока службы аккумулятора. Кроме того, было также обнаружено, что снижение эффекта памяти увеличивает возможности для перенапряжения и применение амплитуды импульса перенапряжения также ведет к увеличению общего срока службы аккумулятора. При многократной подаче импульса положительного напряжения на электроды аккумулятора, что устанавливает состояние перенапряжения в аккумуляторе, за которым следует подача импульса отрицательного напряжения на электроды аккумулятора, что устанавливает сходное состояние перенапряжения для нейтрализации влияний предыдущего состояния перенапряжения, происходит снижение эффекта памяти, испытываемого аккумулятором, и происходит увеличение срока службы в циклах заряд-разряд аккумулятора и способности аккумулятора сохранять емкость. В некоторых вариантах осуществления изобретения срок службы аккумулятора может быть увеличен с коэффициентом от 1,7 до 2,2, что показано на фиг. 7 в виде роста сроков службы в циклах заряд-разряд. Например, в варианте осуществления настоящего изобретения, способ по настоящему изобретению, реализованный с применением генератора биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора в соответствии с настоящим изобретением, увеличивает
- 7 026817 срок службы в циклах заряд-разряд примерно на целых 10% по сравнению с аналогичным аккумулятором, в котором настоящее изобретение не было применено. В другом варианте генератор биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора по настоящему изобретению увеличивает срок службы аккумулятора примерно на 50%. В еще одном варианте генератор биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора по настоящему изобретению увеличивает срок службы аккумулятора примерно на целых 70%. В еще одном варианте генератор биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора по настоящему изобретению увеличивает срок службы аккумулятора примерно на целых 120%. В еще одном варианте генератор биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора по настоящему изобретению увеличивает срок службы аккумулятора примерно на целых 200%. В еще одном варианте генератор биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора по настоящему изобретению увеличивает срок службы аккумулятора примерно на целых 250%.
В других вариантах осуществления изобретения способ по настоящему изобретению, реализованный с помощью генератора биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора в соответствии с настоящим изобретением, сохраняет емкость аккумулятора по меньшей мере примерно на 10% больше, чем сохраняемая емкость аналогичного аккумулятора, где настоящее изобретение не было применено. В другом варианте генератор биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора по настоящему изобретению сохраняет емкость аккумулятора по меньшей мере примерно на 50% больше, чем сохраняемая емкость аналогичного аккумулятора, где настоящее изобретение не было применено. В еще одном варианте генератор биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора по настоящему изобретению сохраняет емкость аккумулятора по меньшей мере примерно на 100% больше, чем сохраняемая емкость аналогичного аккумулятора, где настоящее изобретение не было применено. В еще одном варианте генератор биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора по настоящему изобретению сохраняет емкость аккумулятора по меньшей мере примерно на 150% больше, чем сохраняемая емкость аналогичного аккумулятора, где настоящее изобретение не было применено.
В некоторых вариантах осуществления изобретения цикл генерирования импульсов для увеличения срока службы аккумулятора в циклах заряд-разряд и/или для обеспечения способности аккумулятора сохранять емкость может быть получен с помощью прибора или устройства, известного в настоящем документе как генератор биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора. На фиг. 2 приведена принципиальная схема, иллюстрирующая вариант генератора 1 биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора. В этом иллюстративном варианте осуществления изобретения генератор 1 биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора содержит генератор 20 импульсов для создания положительного импульсного напряжения и отрицательного импульсного напряжения. В этом примере, представленном на фиг. 2, генератор 20 импульсов выполнен в микроконтроллере 22, при этом микроконтроллер дополнительно содержит аналого-цифровой (апа1од-1о-б1дба1, АО) преобразователь 24, устройство 26 контроля напряжения и логические схемы 28 управления включением/выключением. Опционно светодиодный индикатор (БЕЭ) 30 состояния может указывать на состояние микроконтроллера 22 и/или генератора 20 импульсов.
На фиг. ЗА представлена принципиальная электрическая схема, отображающая вариант генератора 1 биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора, содержащий микроконтроллер 22, который реализует функции генератора 20 импульсов. Микроконтроллер 22 в этом варианте является 8разрядным микроконтроллером на базе архитектуры К18С (гебисеб пМгисОоп 5С1 сотрШсг. с сокращенным набором команд). Микроконтроллер 22 может содержать любое количество элементов, необходимых для поддержания способности выполнять и осуществлять функции генератора 20 импульсов, включая без ограничений центральный процессор, рабочие регистры памяти, сегменты энергонезависимой памяти, которые могут содержать, но не обязательно ограничиваются этим, флэш-память для хранения программ, ЕЕРКОМ (е1ес1г1са11у етакаЫе ртодгатшаЫе геаб оп1у тетогу, электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство) и буферы ввода/вывода; таймер/счетчики; генератор колебаний; каналы аналого-цифрового преобразователя (АЦП, АЭС); последовательный интерфейс; преобразование АЦП и сигналы прерывания. Цифровое напряжение питания УСС для микроконтроллера 22 подается от 5-вольтового источника 100 питания и катушки 102 индуктивности в цепи питания. Напряжение питания для аналого-цифрового преобразователя 24 подается через вход аналогового преобразователя АЭСС от 5-вольтового источника 104 питания, который может быть тем же самым источником питания, что и 5-вольтовый источник 100 питания, или другим 5-вольтовым источником питания, и вторичную катушку 106 индуктивности. Входной сигнал 108 сброса подается через Порт С РС6. Положительное импульсное напряжение 110 снимается с выхода РВ1 микроконтроллера 22, а отрицательное импульсное напряжение 112 снимается с выхода РВ2 микроконтроллера 22.
В другом варианте осуществления изобретения генератор 20 импульсов может создавать положительное импульсное напряжение и отрицательное импульсное напряжение с помощью электрической схемы. Любая компоновка электрической схемы, известная в области техники для создания импульсного напряжения, может быть использована для генерирования положительного импульсного напряжения и отрицательного импульсного напряжения.
В еще одном варианте осуществления изобретения генератор импульсов генерирует импульсное
- 8 026817 напряжение, а инвертирующий с чередованием переключатель поочередно формирует из импульсного напряжения неинвертированное импульсное напряжение и инвертированное импульсное напряжение. Неинвертированное импульсное напряжение является любым одним из положительного импульсного напряжения и отрицательного импульсного напряжения, в то время как инвертированное импульсное напряжение является любым другим из положительного импульсного напряжения и отрицательного импульсного напряжения.
Как также показано на фиг. 2, преобразователь 32 положительного импульсного напряжения преобразует положительное импульсное напряжение в сигнал 34 положительного импульсного напряжения. Аналогичным образом преобразователь 36 отрицательного импульсного напряжения преобразует отрицательное импульсное напряжение в сигнал 38 отрицательного импульсного напряжения. Сигнал 34 положительного импульсного напряжения и сигнал 38 отрицательного импульсного напряжения обычно определяются частотой следования импульсов, шириной импульса, амплитудой импульса, временем нарастания переднего фронта положительного импульса и временем нарастания заднего фронта отрицательного импульса соответственно.
В некоторых вариантах осуществления изобретения преобразователь 32 положительного импульсного напряжения и преобразователь 36 отрицательного импульсного напряжения каждый обеспечивает требуемую форму и предоставляет необходимую синхронизацию для сигнала 34 положительного импульсного напряжения и сигнала 38 отрицательного импульсного напряжения соответственно. В варианте осуществления изобретения любой из преобразователя 32 положительного импульсного напряжения и преобразователя 36 отрицательного импульсного напряжения или они оба содержат формирователь импульсов и тактовый генератор (не показаны). Формирователь импульсов и тактовый генератор выполнены с возможностью преобразования импульсного напряжения в сигнал импульсного напряжения.
На фиг. 3В представлена принципиальная электрическая схема, показывающая вариант преобразователя 120 генератора 1 биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора, где преобразователь 32 положительного импульсного напряжения и преобразователь 36 отрицательного импульсного напряжения встроены в интегральную схему 122. Импульс 110 положительного напряжения и импульс 112 отрицательного напряжения подаются на входы соответственно логический вход управления выходом драйвера верхнего уровня (Нтдй ИтАет Ьод1е 1ири1) ΗΙΝ и логический вход управления выходом драйвера нижнего уровня (Ьо^ет ИтАет Ьод1е 1ири1) ΌΙΝ интегральной схемы 122. Интегральная схема 122 питается от 12-вольтового источника 124 питания, ток которого ограничивается резистором 126. Цепь компенсационной обратной связи, содержащая диод 128 и конденсатор 130 в цепи положительной обратной связи, используется для подачи питания в высоковольтную часть интегральной схемы 122. Плавающее опорное напряжение 132 создается интегральной схемой 122 на выходном контакте ОИТ. Сигнал 134 положительного импульсного напряжения и сигнал 136 отрицательного импульсного напряжения выводятся из интегральной схемы 22 на выходе драйвера верхнего уровня НУС и на выходе драйвера нижнего уровня ЬУС соответственно. Значения времени нарастания выходных сигналов драйвера верхнего и нижнего уровней могут контролироваться с помощью емкости нагрузки.
В соответствии с другими вариантами осуществления изобретения преобразователь положительного импульсного напряжения и преобразователь отрицательного импульсного напряжения могут быть выполнены в виде отдельных устройств, таких как, например, отдельные интегральные схемы.
Как далее показано на фиг. 2, сигнал положительного импульсного напряжения и сигнал отрицательного импульсного напряжения могут быть усилены за счет использования усилителя 40 положительного напряжения и усилителя 42 отрицательного напряжения, питание которых осуществляется от источника 44 питания. Например, напряжение источника питания должно быть достаточным для того, чтобы амплитудные значения напряжения сигнала положительного импульсного напряжения и инвертированного сигнала отрицательного импульсного напряжения могли превышать напряжение аккумулятора.
Сигнал 46 положительного импульсного напряжения и сигнал 48 отрицательного импульсного напряжения, которые были усилены, объединяются в сигнал 52 импульсного напряжения посредством распределителя 50 импульсного напряжения или распределительной схемы импульсного напряжения. Распределитель 50 импульсного напряжения подает сигнал 52 импульсного напряжения, представляющий собой комбинацию сигнала 46 положительного импульсного напряжения и сигнала 46 отрицательного импульсного напряжения, на клеммы аккумулятора 54.
На фиг. 3С показана принципиальная электрическая схема, представляющая вариант усилителя 40 положительного напряжения, усилителя 42 отрицательного напряжения и распределителя 50 импульсного напряжения генератора биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора, составляющих выходной каскад 140 примера осуществления генератора биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора.
В другом варианте осуществления изобретения вместо усиления сигнала положительного импульсного напряжения и сигнала отрицательного импульсного напряжения может быть усилен сам сигнал 52 импульсного напряжения (не показано). В еще одном варианте осуществления изобретения преобразователь 32 положительного импульсного напряжения и преобразователь 36 отрицательного импульсного
- 9 026817 напряжения выполнены с возможностью получения необходимого усиления напряжения сигнала положительного импульсного напряжения и сигнала отрицательного импульсного напряжения, и нет необходимости в дополнительном усилении.
На фиг. 3Ό показана принципиальная электрическая схема, представляющая вариант генератора биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора в соответствии с настоящим изобретением, содержащая микроконтроллер 22, который подает положительное импульсное напряжение и отрицательное импульсное напряжение на преобразователь 120 импульсного напряжения. Преобразователь 120 импульсного напряжения затем подает сигнал положительного импульсного напряжения и сигнал отрицательного импульсного напряжения в выходной каскад 140 генератора биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора. Усиленные и объединенные сигналы импульсного напряжения из выходного каскада 140 подаются на клеммы аккумулятора.
В соответствии с фиг. 1 значения времени нарастания импульса положительного напряжения и импульса отрицательного напряжения, поданных на клеммы аккумулятора, представлены с помощью Тг. Постоянная времени релаксации, которая определяет время, необходимое для того, чтобы отношение концентраций ионов вернулось к состоянию равновесия, представлено с помощью Тс. Ширина импульсов сигнала положительного импульсного напряжения и сигнала отрицательного импульсного напряжения представлена с помощью Т„. Время между передним фронтом положительного импульса и передним фронтом отрицательного импульса определяется как Та.ь. Период, обратный частоте следования импульсов, представлен с помощью Та-а. Преобразователь 32 положительного импульсного напряжения и преобразователь 36 отрицательного импульсного напряжения выполнены с возможностью создания сигнала 34 положительного импульсного напряжения и сигнала 38 отрицательного импульсного напряжения, при этом время нарастания переднего фронта положительного импульса и время нарастания заднего фронта отрицательного импульса короче, чем постоянная времени релаксации электрохимического элемента. В некоторых вариантах осуществления изобретения время нарастания переднего фронта импульса положительного напряжения и заднего фронта импульса отрицательного напряжения формируют равными не более 3/4 от постоянной времени релаксации. В другом варианте осуществления изобретения время нарастания переднего фронта импульса положительного напряжения и заднего фронта импульса отрицательного напряжения формируют равными не более 1/2 от постоянной времени релаксации. В еще одном варианте осуществления изобретения время нарастания переднего фронта импульса положительного напряжения и заднего фронта импульса отрицательного напряжения формируют равными не более 1/3 от постоянной времени релаксации. В некоторых вариантах осуществления изобретения время нарастания переднего фронта импульса положительного напряжения и заднего фронта импульса отрицательного напряжения формируют равными не более 1/4 от постоянной времени релаксации. В некоторых вариантах осуществления изобретения время нарастания переднего фронта импульса положительного напряжения и заднего фронта импульса отрицательного напряжения формируют равными не более 1/8 от постоянной времени релаксации. В некоторых вариантах осуществления изобретения время нарастания переднего фронта импульса положительного напряжения и заднего фронта импульса отрицательного напряжения формируют равными не более 1/10 от постоянной времени релаксации. В других вариантах осуществления изобретения время нарастания переднего фронта импульса положительного напряжения и заднего фронта импульса отрицательного напряжения разное, но каждое из них меньше, чем постоянная времени релаксации.
В других вариантах осуществления изобретения время нарастания переднего фронта импульса положительного напряжения и время нарастания заднего фронта импульса отрицательного напряжения короче, чем время релаксации электрохимического элемента. В некоторых вариантах осуществления изобретения время нарастания переднего фронта импульса положительного напряжения и заднего фронта импульса отрицательного напряжения формируют величиной не более 1/2 от времени релаксации. В другом варианте осуществления изобретения время нарастания переднего фронта импульса положительного напряжения и заднего фронта импульса отрицательного напряжения формируют величиной не более 1/3 от времени релаксации. В других вариантах осуществления изобретения время нарастания переднего фронта импульса положительного напряжения и заднего фронта импульса отрицательного напряжения формируют величиной не более 1/4 от времени релаксации. В некоторых других вариантах осуществления изобретения время нарастания переднего фронта импульса положительного напряжения и заднего фронта импульса отрицательного напряжения формируют величиной не более 1/8 от времени релаксации. В других вариантах осуществления изобретения время нарастания переднего фронта импульса положительного напряжения и заднего фронта импульса отрицательного напряжения формируют величиной не более 1/10 от времени релаксации. В других вариантах осуществления изобретения время нарастания переднего фронта импульса положительного напряжения и заднего фронта импульса отрицательного напряжения разное, но каждое формируют величиной меньше, чем время релаксации.
В одном варианте осуществления изобретения частоту следования импульсов делают максимальной, но, однако, она не должна быть такой высокой, что при этом может произойти перекрытие импульсов сигнала положительного импульсного напряжения и импульсов сигнала отрицательного импульсного напряжения. В некоторых вариантах осуществления изобретения частота следования импульсов нахо- 10 026817 дится в диапазоне от примерно 30 кГц до примерно 100 кГц, что дает период от примерно 10 микросекунд до примерно 35 микросекунд.
В одном варианте осуществления изобретения длительность импульса превышает время релаксации. В соответствии с вариантом осуществления изобретения длительность импульса по меньшей мере в 5 раз больше времени релаксации. В другом варианте осуществления изобретения длительность импульса по меньшей мере в 10 раз больше времени релаксации. В еще одном варианте осуществления изобретения длительность импульса по меньшей мере в 20 раз больше времени релаксации. В еще одном варианте осуществления изобретения длительность импульса по меньшей мере в 30 раз больше времени релаксации. В еще одном варианте осуществления изобретения длительность импульса по меньшей мере в 40 раз больше времени релаксации. В еще одном варианте осуществления изобретения длительность импульса по меньшей мере в 50 раз больше времени релаксации. В еще одном варианте осуществления изобретения длительность импульса по меньшей мере примерно в 100 раз больше времени релаксации.
Время между передним фронтом положительного импульса и передним фронтом отрицательного импульса составляет некоторую часть периода. В одном варианте осуществления изобретения период времени между передним фронтом положительного импульса и передним фронтом отрицательного импульса выбирается таким, что между импульсами колебаний положительного импульсного напряжения и колебаний отрицательного импульсного напряжения нет перекрытия. В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения период времени между передним фронтом положительного импульса и передним фронтом отрицательного импульса составляет по меньшей мере 1/4 периода. В другом варианте осуществления изобретения период времени между передним фронтом положительного импульса и передним фронтом отрицательного импульса составляет по меньшей мере 1/3 периода. В еще одном варианте осуществления изобретения период времени между передним фронтом положительного импульса и передним фронтом отрицательного импульса составляет по меньшей мере 1/2 периода. В еще одном варианте осуществления изобретения период времени между передним фронтом положительного импульса и передним фронтом отрицательного импульса составляет по меньшей мере 3/4 периода.
Для достижения перенапряжения амплитуды импульсов сигнала положительного импульсного напряжения и сигнала отрицательного импульсного напряжения должны превышать напряжение аккумулятора. В одном варианте осуществления изобретения амплитуда импульсов сигнала положительного импульсного напряжения и сигнала отрицательного импульсного напряжения по меньшей мере примерно на 10% больше, чем напряжение аккумулятора. В другом варианте осуществления изобретения амплитуда импульсов сигнала положительного импульсного напряжения и сигнала отрицательного импульсного напряжения по меньшей мере примерно на 20% больше. В еще одном варианте осуществления изобретения амплитуда импульсов сигнала положительного импульсного напряжения и сигнала отрицательного импульсного напряжения по меньшей мере примерно на 50% больше. В еще одном варианте осуществления изобретения амплитуда импульсов сигнала положительного импульсного напряжения и сигнала отрицательного импульсного напряжения по меньшей мере примерно на 100% больше. В еще одном варианте осуществления изобретения амплитуда импульсов сигнала положительного импульсного напряжения и сигнала отрицательного импульсного напряжения по меньшей мере примерно на 150% больше. В еще одном варианте осуществления изобретения амплитуда импульсов сигнала положительного импульсного напряжения и сигнала отрицательного импульсного напряжения по меньшей мере примерно на 200% больше.
В некоторых вариантах осуществления изобретения амплитуда импульсов сигнала положительного импульсного напряжения и сигнала отрицательного импульсного напряжения больше напряжения аккумулятора на значение в диапазоне от примерно 75% до примерно 125%. В другом варианте осуществления изобретения амплитуда импульсов сигнала положительного импульсного напряжения и сигнала отрицательного импульсного напряжения больше напряжения аккумулятора на значение в диапазоне от примерно 80% до примерно 120%. В еще одном варианте осуществления изобретения амплитуда импульсов сигнала положительного импульсного напряжения и сигнала отрицательного импульсного напряжения больше напряжения аккумулятора на значение в диапазоне от примерно 90% до примерно 110%. В других вариантах осуществления изобретения амплитуда импульсов сигнала положительного импульсного напряжения и сигнала отрицательного импульсного напряжения примерно в два раза больше напряжения аккумулятора.
В некоторых вариантах осуществления изобретения амплитуды импульсов сигнала положительного импульсного напряжения и сигнала отрицательного импульсного напряжения не являются одинаковыми. В других вариантах осуществления изобретения длительности импульсов и амплитуды импульсов сигнала положительного импульсного напряжения и сигнала отрицательного импульсного напряжения регулируются каждый в отдельности, что позволяет добиться максимально возможного увеличения перенапряжения, которое может быть приложено к аккумулятору, и максимального увеличения срока службы аккумулятора.
В одном варианте осуществления изобретения измерительное устройство обеспечивает измерение напряжения аккумулятора и обеспечивает измерительную обратную связь с контроллером, который выполнен с возможностью сброса амплитуды импульсов сигнала положительного импульсного напряжения
- 11 026817 и сигнала отрицательного импульсного напряжения, полученных генератором биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора, для достижения требуемой величины перенапряжения или требуемого диапазона перенапряжения.
В некоторых вариантах осуществления изобретения генератор биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора может также содержать контроллер и измерительное устройство, который обеспечивает измерение напряжения аккумулятора. Измерение напряжения аккумулятора может быть использовано контроллером для идентификации и определения состояния аккумулятора. Например, когда напряжение аккумулятора ниже определенной величины, контроллер может быть логически выполнен с возможностью идентификации того, что аккумулятор находится в состоянии заряда. Когда напряжение аккумулятора превышает определенную величину, контроллер может логически идентифицировать, что аккумулятор находится в состоянии полного заряда. Идентификация других состояний может быть выполнена на основе не только напряжения аккумулятора, но также направления и/или скорости изменения напряжения аккумулятора. Для определения состояния могут также использоваться другие измерения, такие, как, например, измерение температуры аккумулятора. Контроллер может быть выполнен с возможностью активирования и деактивирования генератора биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора в зависимости от состояния аккумулятора, которое идентифицируется контроллером на основе напряжения аккумулятора и/или других измерений.
Генератор биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора может быть отдельным устройством, необъединенным непосредственно с конкретным аккумулятором. В других вариантах осуществления изобретения генератор биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора может быть объединен с аккумулятором. На фиг. 4 представлено перспективное изображение варианта осуществления изобретения, показывающее генератор биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора, объединенный с аккумулятором. Этот вариант изобретения иллюстрирует генератор 1 биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора, который предназначен для установки в корпусе свинцовокислотного аккумулятора 200. Генератор 1 биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора изолируется от электролита свинцово-кислотного аккумулятора 200, например, с помощью экрана, такого, как экран из пластикового композита. В этом варианте генератор биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора соединяется внутри с положительной клеммой 202 аккумулятора и отрицательной клеммой 204 аккумулятора.
Хотя этот пример демонстрирует генератор 1 биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора, объединенный с свинцово-кислотным аккумулятором 200, использование генератора биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора не ограничивается только данным типом аккумулятора. Напротив, генератор биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора может также быть использован вместе с другими типами аккумуляторов и/или может быть объединен с ними. В одном варианте осуществления изобретения способ и устройство в соответствии с изобретением могут относиться к свинцово-кислотному аккумулятору.
Явления, на которых основаны устройство и способ в соответствии с настоящим изобретением, могут быть полезны при использовании других типов аккумуляторов, отличных от свинцово-кислотных аккумуляторов, при этом аккумуляторы характеризуются тем, что они позволяют реализовать увеличение емкости аккумулятора, которую они способны сохранять, и увеличение общего срока службы аккумулятора за счет применения устройства и способа в соответствии с изобретением. Естественно, импульсные характеристики, а также другие параметры, связанные с устройством и способом по настоящему изобретению, для этих других типов аккумуляторов могут быть адаптированы к свойствам материалов, которые характерны для других типов аккумуляторов. Следовательно, в другом варианте осуществления изобретения способ и устройство в соответствии с настоящим изобретением могут относиться к другим типам аккумуляторов (например, не свинцово-кислотным аккумуляторам). Не ограничивающие примеры типов аккумуляторов, в которых могут использоваться способ и устройство в соответствии с настоящим изобретением, включают литий-ионный аккумулятор, литий-полимерный аккумулятор, литий-сульфатный аккумулятор, литий-титанатный аккумулятор, литий-железо-фосфатный аккумулятор, тонкопленочный литиевый аккумулятор, никель-металл-гибридный аккумулятор, никель-кадмиевый аккумулятор, никель-цинковый аккумулятор, никель-железный аккумулятор, никель-водородный аккумулятор, щелочной аккумулятор, оксид-серебряный аккумулятор, натрий-серный аккумулятор, ванадиевый окислительно-восстановительный аккумулятор и любой другой тип аккумулятора, который известен в настоящее время или будет изобретен позднее и к которому применимо изобретение.
На фиг. 5 представлен вариант осуществления изобретения, изображенный в виде принципиальной схемы, которая показывает, как множество генераторов биполярных импульсов перенапряжения для аккумуляторов могут быть объединены с соответствующим количеством аккумуляторов в едином источнике питания или блоке аккумуляторов. Каждый из аккумуляторов 320, 322, 324, 326 в блоке 310 аккумуляторов имеет соответствующий генератор 310, 312, 314, 316 биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора. Аккумуляторы 320, 322, 324, 326 в блоке 310 аккумуляторов подзаряжаются с помощью зарядного устройства 330. Генераторы 310, 312, 314, 316 биполярных импульсов перенапряжения для аккумуляторов снабжены контроллером 340. Контроллер 340 задает цикл работы с помощью актива- 12 026817 ции и последующей деактивации каждого из генераторов 310, 312, 314, 316 биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора в течение периода эксплуатации аккумуляторов 320, 322, 324, 326 для предотвращения появления высокого напряжения на клемме при работе в любой момент времени более одного генератора 310, 312, 314, 316 биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора.
Другой аспект настоящего изобретения относится к способу увеличения срока службы аккумулятора в циклах заряд-разряд и/или способности аккумулятора сохранять емкость. Вариант осуществления изобретения включает в себя способ воздействия на аккумулятор с помощью генератора биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора в соответствии с настоящим изобретением.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения предлагается способ воздействия на множество аккумуляторов в блоке аккумуляторов, каждый аккумулятор имеет генератор биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора в соответствии с изобретением, состоящий в управлении генераторами биполярных импульсов перенапряжения для аккумуляторов таким образом, что в любой момент времени не более, чем один из генераторов биполярных импульсов перенапряжения для аккумуляторов создает перенапряжение.
Вариант осуществления изобретения относится к способу, включающему создание сигнала положительного импульсного напряжения и сигнала отрицательного импульсного напряжения и подачу сигнала положительного импульсного напряжения и сигнала отрицательного импульсного напряжения попеременно на клеммы аккумулятора. В соответствии с этим вариантом способ дополнительно включает объединение сигнала положительного импульсного напряжения и сигнала отрицательного импульсного напряжения в сигнал импульсного напряжения до подачи объединенных сигналов на клеммы аккумулятора. В некоторых вариантах осуществления изобретения сигнал положительного импульсного напряжения имеет одиночный положительный импульс напряжения и сигнал отрицательного импульсного напряжения имеет одиночный отрицательный импульс напряжения.
В другом варианте осуществления изобретения способ дополнительно включает усиление сигнала положительного импульсного напряжения и сигнала отрицательного импульсного напряжения. В еще одном варианте осуществления изобретения способ включает усиление сигнала импульсного напряжения в качестве дополнения или альтернативы к усилению сигнала положительного импульсного напряжения и сигнала отрицательного импульсного напряжения.
В другом варианте осуществления изобретения способ дополнительно включает создание импульсного напряжения. Далее в соответствии с этим вариантом осуществления изобретения импульсное напряжение может представлять собой любое из положительного импульсного напряжения и отрицательного импульсного напряжения или их комбинацию.
В другом варианте осуществления изобретения создание импульсного напряжения представляет собой генерирование импульсного напряжения и формирование из импульсного напряжения поочередно неинвертированного импульсного напряжения и инвертированного импульсного напряжения, где неинвертированное импульсное напряжение является любым одним из положительного импульсного напряжения и отрицательного импульсного напряжения, а инвертированное импульсное напряжение является другим из положительного импульсного напряжения и отрицательного импульсного напряжения.
В другом варианте осуществления изобретения формирование импульсного напряжения включает в себя придание положительному импульсному напряжению и отрицательному импульсному напряжению соответственно формы положительного импульсного напряжения и формы отрицательного импульсного напряжения и синхронизацию распределения формы положительного импульсного напряжения и формы отрицательного импульсного напряжения соответственно с получением сигнала положительного импульсного напряжении и сигнала отрицательного импульсного напряжения.
На фиг. 6 представлено графическое представление, показывающее время разряда для свинцовокислотного аккумулятора, в отношении которого были применены способы и/или устройство в соответствии с изобретением 400, в сравнении с временем разряда для свинцово-кислотного аккумулятора, в отношении которого не были применены способы и/или устройство в соответствии с изобретением 410. Как показывает график, время разряда свинцово-кислотного аккумулятора было увеличено примерно более чем на 150% за счет использования способа и/или устройства по настоящему изобретению, что эффективно приводит к увеличению емкости аккумулятора.
На фиг. 7 представлено графическое изображение зависимости времени разряда от количества циклов заряда/разряда для свинцово-кислотного аккумулятора, в отношении которого были применены способы и/или устройство в соответствии с изобретением 420, в сравнении с зависимостью времени разряда от количества циклов заряда/разряда для свинцово-кислотного аккумулятора, в отношении которого не были применены способы и/или устройство в соответствии с изобретением 430. График показывает, что общий срок службы свинцово-кислотного аккумулятора, на который воздействовали в соответствии со способом и/или устройством по изобретению, был увеличен примерно от 1,7 до примерно 2,2 раз по сравнению со свинцово-кислотным аккумулятором, на который не воздействовали подобным образом.
Хотя эти испытания показывают, что устройство и способ по настоящему изобретению являются эффективными с точки зрения увеличения срока службы в циклах заряд-разряд и улучшения сохранения емкости свинцово-кислотного аккумулятора, теория, охватывающая основы изобретения, также приме- 13 026817 нима к другим не свинцово-кислотным аккумуляторам, неограничивающие примеры которых представлены в настоящем документе.
Многие модификации и другие варианты осуществления изобретения, изложенного в настоящем документе, будут понятны специалистам в области техники, к которой относится настоящее изобретение, воспринявшим идею изобретения, которая представлена в настоящем описании и на сопроводительных чертежах. Специалистам в данной области техники будет понятно, что варианты, описанные в настоящем документе, могут быть изменены в пределах сущности настоящего изобретения. Таким образом, следует понимать, что данное изобретение не ограничивается конкретными вариантами, раскрытыми в настоящем документе, но оно предусматривает охват модификаций в пределах сущности и объема настоящего изобретения, как установлено в приложенной формуле изобретения.

Claims (23)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Г енератор биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора, содержащий генератор импульсов (20), выполненный с возможностью создания положительного импульсного напряжения и отрицательного импульсного напряжения;
    преобразователь (32) положительного импульсного напряжения, выполненный с возможностью преобразования положительного импульсного напряжения в сигнал (34) положительного импульсного напряжения, имеющий заданный передний фронт и заданную амплитуду положительного импульса;
    преобразователь (36) отрицательного импульсного напряжения, выполненный с возможностью преобразования отрицательного импульсного напряжения в сигнал (38) отрицательного импульсного напряжения, имеющий заданный задний фронт и заданную амплитуду отрицательного импульса; и распределитель (50) импульсного напряжения, выполненный с возможностью объединения (34) сигнала положительного импульсного напряжения и сигнала (38) отрицательного импульсного напряжения в сигнал (52) импульсного напряжения и подачи сигнала импульсного напряжения на клеммы аккумулятора таким образом, чтобы сигнал (52) импульсного напряжения содержал по меньшей мере один импульс положительного напряжения, имеющий передний фронт и амплитуду положительного импульса, за которым следует по меньшей мере один импульс отрицательного напряжения, имеющий задний фронт и амплитуду отрицательного импульса, причем как время нарастания переднего фронта, так и время нарастания заднего фронта меньше, чем время релаксации электролитического раствора аккумулятора, где время релаксации - это время, необходимое, чтобы электролитический раствор перешел в новое состояние равновесия, при этом генератор биполярных импульсов перенапряжения объединен с аккумулятором.
  2. 2. Генератор по п.1, также содержащий микроконтроллер (22), при этом генератор (20) импульсов расположен в упомянутом микроконтроллере (22).
  3. 3. Генератор по п.1, в котором генератор (20) импульсов содержит генератор положительных импульсов, выполненный с возможностью генерирования положительного импульсного напряжения, и генератор отрицательных импульсов, выполненный с возможностью генерирования отрицательного импульсного напряжения.
  4. 4. Генератор по п.1, в котором генератор (20) импульсов содержит инвертирующий с чередованием переключатель, выполненный с возможностью поочередно формировать из импульсного напряжения неинвертированное импульсное напряжение и инвертированное импульсное напряжение, где неинвертированное импульсное напряжение является любым одним из положительного импульсного напряжения и отрицательного импульсного напряжения, а инвертированное импульсное напряжение является другим из положительного импульсного напряжения и отрицательного импульсного напряжения.
  5. 5. Генератор по п.1, в котором каждый из преобразователя положительного импульсного напряжения и преобразователя отрицательного импульсного напряжения содержит формирователь импульсов и синхронизирующий генератор, при этом формирователь импульсов и синхронизирующий генератор выполнены с возможностью преобразования импульсного напряжения в сигнал импульсного напряжения.
  6. 6. Генератор по п.1, также содержащий усилитель (40) положительного напряжения, выполненный с возможностью усиления сигнала (34) положительного импульсного напряжения; и усилитель (48) отрицательного напряжения, выполненный с возможностью усиления сигнала (38) отрицательного импульсного напряжения.
  7. 7. Генератор по п.1, в котором распределитель (50) импульсного напряжения выполнен с возможностью формирования сигнала (52) импульсного напряжения, у которого время нарастания переднего фронта и время нарастания заднего фронта составляет примерно одну треть от времени релаксации.
  8. 8. Генератор по п.1, в котором распределитель (50) импульсного напряжения выполнен с возможностью формирования сигнала (52) импульсного напряжения, у которого как амплитуда положительного импульса, так и амплитуда отрицательного импульса больше, чем напряжение аккумулятора.
    - 14 026817
  9. 9. Генератор по п.8, в котором распределитель (50) импульсного напряжения выполнен с возможностью формирования сигнала (52) импульсного напряжения, у которого как амплитуда положительного импульса, так и амплитуда отрицательного импульса по меньшей мере в два раза превышает напряжение аккумулятора.
  10. 10. Генератор по п.9, в котором сигнал (52) импульсного напряжения имеет такую частоту следования импульсов, что ширина по меньшей мере одного импульса положительного напряжения и ширина по меньшей мере одного импульса отрицательного напряжения не перекрываются.
  11. 11. Генератор по п.1, в котором как ширина по меньшей мере одного импульса положительного напряжения, так и ширина импульса по меньшей мере одного импульса отрицательного напряжения превышает время релаксации.
  12. 12. Генератор по п.1, также содержащий контроллер и измерительное устройство, выполненное с возможностью измерения напряжения аккумулятора, при этом контроллер выполнен с возможностью идентификации состояния аккумулятора с использованием напряжения аккумулятора и контроллер выполнен с возможностью активирования генератора биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора на основе состояния аккумулятора.
  13. 13. Генератор по п.1, в котором аккумулятор является любым из свинцово-кислотного аккумулятора и не свинцово-кислотного аккумулятора.
  14. 14. Генератор по п.1, также содержащий усилитель напряжения, выполненный с возможностью усиления сигнала импульсного напряжения.
  15. 15. Способ зарядки множества аккумуляторов блока аккумуляторов, в котором каждый аккумулятор имеет генератор биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора по п.1, при этом генераторами биполярных импульсов перенапряжения для аккумуляторов управляют путем поочередного включения и выключения каждого генератора биполярных импульсов так, что не более чем один из генераторов биполярных импульсов перенапряжения для аккумуляторов подает перенапряжение в любой момент времени.
  16. 16. Способ зарядки аккумулятора с использованием генератора биполярных импульсов перенапряжения по п.1, согласно которому создают сигнал положительного импульсного напряжения, имеющий один положительный импульс, и сигнал отрицательного импульсного напряжения, имеющий один отрицательный импульс; и подают сигнал положительного импульсного напряжения и сигнал отрицательного импульсного напряжения поочередно на клеммы аккумулятора, при этом сигнал положительного импульсного напряжения имеет передний фронт и амплитуду положительного импульса и сигнал отрицательного импульсного напряжения имеет задний фронт и амплитуду отрицательного импульса, причем как время нарастания переднего фронта, так и время нарастания заднего фронта меньше, чем время релаксации электролитического раствора множества аккумуляторов, где время релаксации - это время, необходимое, чтобы электролитический раствор перешел в новое состояние равновесия.
  17. 17. Способ по п.16, в котором объединяют сигнал положительного импульсного напряжения и сигнал отрицательного импульсного напряжения в сигнал импульсного напряжения перед подачей на клеммы аккумулятора.
  18. 18. Способ по п.16, в котором сигнал положительного импульсного напряжения и сигнал отрицательного импульсного напряжения подают поочередно на клеммы любого одного из свинцовокислотного аккумулятора и не свинцово-кислотного аккумулятора.
  19. 19. Способ зарядки аккумулятора с использованием генератора биполярных импульсов перенапряжения по п.1, согласно которому создают положительное импульсное напряжение и отрицательное импульсное напряжение; преобразуют положительное импульсное напряжение в сигнал положительного импульсного напряжения и отрицательное импульсное напряжение в сигнал отрицательного импульсного напряжения; объединяют сигнал положительного импульсного напряжения и сигнал отрицательного импульсного напряжения в сигнал импульсного напряжения и подают сигнал импульсного напряжения на клеммы аккумулятора, при этом сигнал импульсного напряжения содержит по меньшей мере один импульс положительного напряжения, имеющий передний фронт и амплитуду положительного импульса, за которым следует по меньшей мере один импульс отрицательного напряжения, имеющий задний фронт и амплитуду отрицательного импульса, причем как время нарастания переднего фронта, так и время нарастания заднего фронта меньше, чем время релаксации электролитического раствора аккумулятора, где время релаксации - это время, необходимое, чтобы электролитический раствор перешел в новое состояние равновесия.
  20. 20. Способ по п.19, в котором усиливают по меньшей мере один из сигнала положительного импульсного напряжения, сигнала отрицательного импульсного напряжения и сигнала импульсного напряжения.
    - 15 026817
  21. 21. Способ по п.19, в котором при создании положительного импульсного напряжения и отрицательного импульсного напряжения генерируют импульсное напряжение и преобразуют импульсное напряжение поочередно в неинвертированное импульсное напряжение и инвертированное импульсное напряжения, при этом неинвертированное импульсное напряжение является любым одним из положительного импульсного напряжения и отрицательного импульсного напряжения, а инвертированное импульсное напряжение является другим из положительного импульсного напряжения и отрицательного импульсного напряжения.
  22. 22. Способ по п.19, в котором при преобразовании положительного импульсного напряжения в сигнал положительного импульсного напряжения и отрицательного импульсного напряжения в сигнал отрицательного импульсного напряжения придают положительному импульсному напряжению и отрицательному импульсному напряжению соответственно форму положительного импульсного напряжения и форму отрицательного импульсного напряжения и синхронизируют распределение формы положительного импульсного напряжения и распределение формы отрицательного импульсного напряжения соответственно с получением сигнала положительного импульсного напряжения и сигнала отрицательного импульсного напряжения.
  23. 23. Способ по п.19, в котором подают сигнал импульсного напряжения на клеммы любого одного из свинцово-кислотного аккумулятора и не свинцово-кислотного аккумулятора.
EA201291120A 2010-05-05 2011-05-05 Генератор биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора и соответствующий способ EA026817B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/774,190 US8436587B2 (en) 2010-05-05 2010-05-05 Bipolar overvoltage battery pulser and method
PCT/EP2011/002250 WO2011138038A2 (en) 2010-05-05 2011-05-05 Bipolar overvoltage battery pulser and method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201291120A1 EA201291120A1 (ru) 2013-05-30
EA026817B1 true EA026817B1 (ru) 2017-05-31

Family

ID=44626762

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201291120A EA026817B1 (ru) 2010-05-05 2011-05-05 Генератор биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора и соответствующий способ

Country Status (29)

Country Link
US (2) US8436587B2 (ru)
EP (1) EP2567445B1 (ru)
JP (1) JP5965390B2 (ru)
KR (1) KR101415156B1 (ru)
CN (1) CN103026576B (ru)
AP (1) AP3527A (ru)
AU (1) AU2011250189B2 (ru)
BR (1) BR112012028312B8 (ru)
CA (1) CA2798478C (ru)
DK (1) DK2567445T3 (ru)
EA (1) EA026817B1 (ru)
ES (1) ES2614951T3 (ru)
HR (1) HRP20170203T1 (ru)
HU (1) HUE032250T2 (ru)
IL (1) IL222730A (ru)
LT (1) LT2567445T (ru)
MA (1) MA34430B1 (ru)
MX (1) MX2012012806A (ru)
MY (1) MY157463A (ru)
NZ (1) NZ604046A (ru)
PL (1) PL2567445T3 (ru)
PT (1) PT2567445T (ru)
RS (1) RS55698B1 (ru)
SG (1) SG185392A1 (ru)
SI (1) SI2567445T1 (ru)
TN (1) TN2012000522A1 (ru)
UA (1) UA114278C2 (ru)
WO (1) WO2011138038A2 (ru)
ZA (1) ZA201208924B (ru)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011087496A1 (de) * 2011-11-30 2013-06-27 H-Tech Ag Verfahren und Vorrichtung zum Laden von wiederaufladbaren Zellen
CN103164313A (zh) * 2011-12-12 2013-06-19 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 调试系统及方法
US9257862B2 (en) * 2012-02-20 2016-02-09 Best Environment Solutions, LLC Method and apparatus for battery desulfation
TW201540135A (zh) * 2014-04-07 2015-10-16 Univ Fujian Agric & Forestry 室內植物源負離子激增裝置
DE102017011917A1 (de) 2017-12-21 2019-06-27 Giesecke+Devrient Currency Technology Gmbh Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Foliensicherheitselements
CN108198964B (zh) 2018-01-31 2024-10-22 林子进 双极性铅酸蓄电池
EP3828258A4 (en) * 2018-07-23 2021-09-29 Bex Co., Ltd. BUBBLE SPRAYING METHOD, POWER SUPPLY DEVICE AND BUBBLE SPRAYING DEVICE
CN112290108A (zh) * 2020-10-26 2021-01-29 上海俪盈信息科技有限公司 一种具有电池活化功能的电池监测传感器
WO2022133473A1 (en) 2020-12-18 2022-06-23 Vesselin Bojidarov Naydenov Synthetic proton-conductive additives for battery electrolytes
US12149192B2 (en) 2022-03-07 2024-11-19 Wavetech Gmbh Method and device for restoration of a battery's energy parameters
WO2025073030A1 (pt) * 2023-10-06 2025-04-10 Guacemmi Participações Societárias Ltda. Método de extrair energia de uma bateria

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62119473A (ja) * 1985-11-20 1987-05-30 Tokai T R W Kk 車載バツテリ−の蓄電状態モニタ−装置
US6229285B1 (en) * 1997-10-03 2001-05-08 Georgia Tech Research Corporation Detector for rapid charging and method
CN101404346A (zh) * 2008-11-19 2009-04-08 中国人民解放军军械工程学院 恒压脉冲快速充电法

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3576420A (en) * 1970-04-02 1971-04-27 North American Rockwell Electron beam focus control system
US3725766A (en) * 1972-08-17 1973-04-03 Lorain Prod Corp Frequency compensating circuit for voltage regulators
US4484136A (en) * 1981-06-25 1984-11-20 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Test set for transient protection devices
US4607208A (en) 1984-07-30 1986-08-19 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Battery charger
US5159258A (en) 1991-07-15 1992-10-27 Albert Kolvites Rechargeable battery conditioner unit
US5493196A (en) 1992-01-27 1996-02-20 Batonex, Inc. Battery charger for charging alkaline zinc/manganese dioxide cells
US5600226A (en) 1993-10-13 1997-02-04 Galaxy Power, Inc. A Pennsylvania Corporation Methods of controlling the application and termination of charge to a rechargeable battery
US5633574A (en) 1994-01-18 1997-05-27 Sage; George E. Pulse-charge battery charger
NZ312602A (en) * 1995-07-11 2000-02-28 Advanced Charger Technology In Control and termination of a battery charging process
US5777453A (en) 1995-09-26 1998-07-07 Kabushiki Kaisha Jnt Method and apparatus for recharging batteries using a step shaped voltage pulse
US5680031A (en) * 1996-03-26 1997-10-21 Norvik Traction Inc. Method and apparatus for charging batteries
US5998968A (en) 1997-01-07 1999-12-07 Ion Control Solutions, Llc Method and apparatus for rapidly charging and reconditioning a battery
US6043066A (en) * 1997-09-04 2000-03-28 Mangano; Joseph A. Cell separation using electric fields
US6835491B2 (en) 1998-04-02 2004-12-28 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Battery having a built-in controller
CA2277531A1 (en) 1998-07-27 2000-01-27 Dominique G. Makar Pulse modified invariant current battery charging method and apparatus
JP3398113B2 (ja) * 2000-02-14 2003-04-21 ローム株式会社 ミュート回路およびデジタルオーディオ増幅回路
US6841974B2 (en) * 2001-03-13 2005-01-11 Hdm Systems Corporation Battery charging method
US6469473B1 (en) 2001-03-16 2002-10-22 Battery Performance Technologies, Inc. Method and apparatus for using pulse current to extend the functionality of a battery
US6548971B2 (en) * 2001-05-22 2003-04-15 Matsushita Electric Works, Ltd. Dual sided self-oscillation circuit for driving an oscillatory actuator
US6724173B2 (en) * 2002-02-08 2004-04-20 Valence Technology, Inc. Circuits, apparatuses, electrochemical device charging methods, and lithium-mixed metal electrode cell charging methods
JP2006129588A (ja) 2004-10-28 2006-05-18 Sanyo Electric Co Ltd 二次電池の電力制御方法及び電源装置
EP1887370B1 (en) * 2005-06-03 2020-02-12 The Furukawa Electric Co., Ltd. Remaining electrical charge/remaining capacity estimating method, battery state sensor, and battery power source system
JP2008135352A (ja) * 2006-11-28 2008-06-12 Re Station:Kk 鉛電池の充電延命再生システム装置
JP2008192532A (ja) * 2007-02-07 2008-08-21 Araki Tadashi 二次電池の活性化方法、活性化装置、活性化パルス周波数測定装置、及び、充電装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62119473A (ja) * 1985-11-20 1987-05-30 Tokai T R W Kk 車載バツテリ−の蓄電状態モニタ−装置
US6229285B1 (en) * 1997-10-03 2001-05-08 Georgia Tech Research Corporation Detector for rapid charging and method
CN101404346A (zh) * 2008-11-19 2009-04-08 中国人民解放军军械工程学院 恒压脉冲快速充电法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DINGZHEN LI ; RUIMIN JIN: "Design and Implication of the Great-Capacity Auto-Charging Equipment", INFORMATION ENGINEERING AND COMPUTER SCIENCE, 2009. ICIECS 2009. INTERNATIONAL CONFERENCE ON, IEEE, PISCATAWAY, NJ, USA, 19 December 2009 (2009-12-19), Piscataway, NJ, USA, pages 1 - 6, XP031589931, ISBN: 978-1-4244-4994-1 *
WANG J.B., CHUANG C.Y.: "Design considerations of microprocessor-controlled multiphase battery charger with fast-charging strategy", vol. 1, no. 2, 1 March 2007 (2007-03-01), pages 143 - 152, XP006028311 *

Also Published As

Publication number Publication date
CA2798478C (en) 2013-10-15
UA114278C2 (uk) 2017-05-25
MX2012012806A (es) 2013-04-19
EP2567445B1 (en) 2016-11-09
AU2011250189B2 (en) 2013-09-12
ES2614951T3 (es) 2017-06-02
HUE032250T2 (en) 2017-09-28
CA2798478A1 (en) 2011-11-10
HRP20170203T1 (hr) 2017-04-07
US20130221931A1 (en) 2013-08-29
US8436587B2 (en) 2013-05-07
IL222730A (en) 2014-02-27
EA201291120A1 (ru) 2013-05-30
BR112012028312A2 (pt) 2016-11-01
LT2567445T (lt) 2017-03-27
CN103026576B (zh) 2014-11-26
MA34430B1 (fr) 2013-08-01
RS55698B1 (sr) 2017-07-31
EP2567445A2 (en) 2013-03-13
TN2012000522A1 (en) 2014-04-01
AP2012006596A0 (en) 2012-12-31
PT2567445T (pt) 2017-01-20
WO2011138038A3 (en) 2012-06-07
NZ604046A (en) 2014-04-30
SI2567445T1 (sl) 2017-02-28
US8716982B2 (en) 2014-05-06
JP2013526257A (ja) 2013-06-20
DK2567445T3 (en) 2017-02-20
BR112012028312B1 (pt) 2020-04-28
SG185392A1 (en) 2012-12-28
JP5965390B2 (ja) 2016-08-03
AP3527A (en) 2016-01-11
BR112012028312B8 (pt) 2022-08-16
CN103026576A (zh) 2013-04-03
PL2567445T3 (pl) 2017-04-28
US20110273143A1 (en) 2011-11-10
KR101415156B1 (ko) 2014-07-07
IL222730A0 (en) 2012-12-31
AU2011250189A1 (en) 2013-01-10
KR20130064074A (ko) 2013-06-17
WO2011138038A2 (en) 2011-11-10
ZA201208924B (en) 2013-07-31
MY157463A (en) 2016-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA026817B1 (ru) Генератор биполярных импульсов перенапряжения для аккумулятора и соответствующий способ
EP3286816B1 (en) A power supply system
JP4768088B2 (ja) 電源システムおよび蓄電池の充電制御方法
US10976373B2 (en) Lead acid battery device, control device for lead acid battery, and control method for lead acid battery
CN106816642B (zh) 电源系统、充放电控制装置及充放电控制方法
CN114303296B (zh) 电池单体的充电
JP2012034446A (ja) 蓄電装置及びエネルギバランス調整方法
JP6965770B2 (ja) 鉛蓄電池の制御装置、鉛蓄電池装置、無停電電源装置、電源システム、及び充電制御方法
JP6176378B1 (ja) 鉛蓄電池装置、鉛蓄電池の制御装置、鉛蓄電池の制御方法
JP2019121424A (ja) 二次電池の制御装置、二次電池装置、無停電電源装置、電源システム、方法
JP2020526165A (ja) 電池管理
KR20150053181A (ko) 고주파 컨트롤부를 이용하여 배터리 복원과 충전을 동시에 진행할 수 있는 배터리 충전기의 제어방법
CN117543756A (zh) 电池的充放电方法、装置、电子设备及介质
JP2014209827A (ja) 独立電源装置
KR20150053182A (ko) 고주파 컨트롤부를 이용하여 배터리 복원과 충전을 동시에 진행할 수 있는 배터리 충전기
JP2009232669A (ja) バッテリバックアップ装置
JP2022096755A (ja) 電池システム
CN203135513U (zh) 铅酸电池充电装置
HK1180458B (en) Bipolar overvoltage battery pulser and method
HK1180458A (en) Bipolar overvoltage battery pulser and method
OA16622A (en) Bipolar overvoltage battery pulser and method.
JP2017085863A (ja) 電力貯蔵用蓄電システム
JP2018060761A (ja) 鉛蓄電池装置、無停電電源装置、電源システム、鉛蓄電池の制御装置、鉛蓄電池の充電方法