新能源智能电池修复系统

邵佳伟　陈彦州

摘 要：现在流行新能源汽车和电动车，电池的寿命是影响发展的一个关键因素。自燃现象发生频繁，主要因为拆装后的电池引起的，本系统便捷、实用、高效的解决了电池寿命短的问题。实验结果表明，该设备工作稳定，性能可靠，功能实现效果良好。

关键词：新能源电池;智能修复;组合脉冲;盐化结晶;活性离子

一、研制背景及意义

随着人民生活水平的提高，电动车成为很多市民主要的交通工具，电动车因其环保、方便而得到越来越普及的应用，然而，由于电动车的快速普及，电动车电池的损耗是一个不得不面对的问题。

如今汽车自燃电动车自燃现象频发，很多人采用最原始的电池修复办法，打开电池添加电解质或者溶液，后期密封技术不专业导致事故的发生。本项技术避免了打开电池，避免影响电池的严密性。而且修复简单，顾客可以自行修复解决。产品技术含量高，但是造价便宜，适合批量生产。使用安全系数高，是一项值得推广的技术。是对现有技术、产品进行新组合的集成创新作品。

二、电池的工作原理

蓄电池的种类很多，目前市场占有率最高的还是铅酸蓄电池，他的优势价格低廉，充放电的倍率高，被广泛的应用于火车、汽车、轮船、摩托车、电动车、通信的ups等。铅酸蓄电池的组成比较简单，主要由正极电板、负极电板、容器、电解液、隔膜、可导电物质等组成。

（一）正极电板（正极活性物质）

正极电板主要由二氧化铅的活性物质组成。具有很强的氧化性，在电池的放电过程中与电解液中的硫酸发生反应，生成硫酸铅，并且可以吸收电子，二氧化铅可以生成一种是α—Pb0₂另一种是β—Pb0₂的两种活性物质差别比较大的晶格，这两种二氧化铅的活性物质在正极板的作用也各不相同。β—Pb0₂可以使蓄电池具有良好的性能它的容量是α—PbO₂的1.5-3倍。α—PbO₂具有良好的机械强度，它使得正极板的活性物质不容易软化脱落。

当电池向外供电，处在放电状态时，活性物质与硫酸发生反应生成硫酸铅和水。其反应式如下：Pb0₂+3H⁺+HSO₄^-+2e==PbSO4+2H₂O

当蓄电池处在充电的状态时，在外加电的作用下，二氧化铅的Pb4+接受了负极送来的电子形成Pb+2与溶液中的硫酸根离子结合生成PbSO4 。当硫酸铅达到一定量时，变成沉淀物附着在极板上。充电时硫酸铅中的铅离子 的电子被外线路带走转化为 二氧化铅。将水中  氢离子留在溶液中。氧离子与铅离子结合生成二氧化铅进入晶格，形成正极活性物质。[1]

（二）负极电板（负极活性物质）

在铅酸蓄电池的工作过程中，为了使得负极的活性物质与电解液充分发生反应，将铅制成了多孔海绵状，又称为海绵铅。在放电的过程中二氧化铅的Pb⁴接受了外线路电子变成Pb⁺²，Pb⁺²与溶液的硫酸根相结合生成硫酸铅。在充电的过程中，部分PbSO₄溶解成Pb²⁺与SO₄。Pb⁺²接受电子又会还原成铅再次成为负极板的活性物质。

（ 三）电解液

铅酸蓄电池中电解液的主要成分就是硫酸，纯度较高的分析纯，适用于铅酸蓄电池的电解液填充。浓硫酸与水结合放出大量的热，具有很强的腐蚀性和吸水性，在配置的过程中，需要注意保护，以免出现危险。没有经过专业培训的人员禁止操作。

铅酸蓄电池电解液配制过程中，对水的纯度要求较高，水要求外观是无色透明、残渣含量应小于0.01%。电解液配制专用的纯净水市场上多有售卖，价格也便宜，可直接买来使用。

（四）隔板

铅酸蓄电池的另外一个主要组成部分是隔板，隔板质量的好坏对电池的影响很大。隔板主要起到防止正负电极短路的作用。需要允许电解液自由扩散和离子迁移，又要防止短路，采用多孔质隔板，要有比较小的电阻，隔板孔径要小。空隙总面积要大，要防止脱落的活性物质到达对方的极板。因此， 隔板的孔径要小， 孔数要多。

三、工作原理及性能

电动车的主要动力来源是铅酸蓄电池为其气筒电能，由电动机驱动的电动车辆。电动车电池的好坏决定了电动车的使用寿命。本系统的研制可以提高电动车电池的使用寿命，在不破坏电池安全性的基础上延长电瓶车使用寿命，提高安全系数。

随着蓄电池的使用次数增加，铅酸蓄电池充电量放电容量不断减小，当电池的充电容量低于额定容量的60%，电池即为报废电池，需要进行维修或者维护。电池由于制造条件的不同和使用方式的差别，最终导致电池报废的原因也各不相同。但归纳起来有以下几种①正极板的腐蚀变形②正极活性物质软化脱落③硫酸盐化④容量过早损失⑤热失控。影响电池的主要原因是硫酸盐化结晶无法再次溶解是导致电池失效报废的最常见的原因。

在充电的过程中水的丟失影响了硫酸铅转换为活性物质，添加水分非专业人士又无法完成。而硫酸铅本身又很难溶于水。当硫酸铅在一段时间内不能转换为活性物质时，就会结成粗大的结晶体。结晶体阻碍了电池的正常工作，一部分电能无法顺利转换成化学能，而是转换成热能，更加重了水的丢失，形成了恶性循环。当达到一定程度，电池容量下降，严重时电池内压增加，电池变形。本系统在充电的过程中产生高压震荡波，可以击碎粗大结晶体，促使硫酸铅溶解，并且变成活性物质。

本电池修复系统技术系统修复率可达91%，修复以后的容量可以达到初容量的80%以上。

四、设计方案

采用组合脉冲修复，充电机的修复与维护原理：

①在充电过程中，通过正负极之间定期地发射不断转化的离子来扫除了极板周围的离子云;

②强大的负脉冲可以将粗大坚硬的盐化结晶击碎并促使其溶解;

③清除附着在正负极板，尤其是负极板上是活性离子，也称杂质离子。

④通过正负脉冲的占空比调节使阴离子和阳离子的比例更趋合理。

电池修复器电路。

电池修复系统工作图

五、创新点及应用

目前，市场上有一类电池修复，都是使用添加电解液，增加化学制剂的方法对电池进行修复。这种修复方式，对人员的专业性要求比较高，而且修复成本高。修复过的电池，如果密封不严，容易出现电池自燃现象，而且近几年电动车自燃现象频繁出现，大都因为电池质量问题造成。

本系统与其他有关设计想比较，我们的设计有如下创新之处：

1、安全系数高，避免高压操作，由电动车充电器提供输入电压，操作安全系数高。

2、操作简单，由电动车电池充电器直接连接修复器再连接电池，连接简单不需要专人即可完成操作。

3、方便快捷，不需要耗费专门时间进行操作，在每次充电的同时进行电池修复。

4、拒绝自燃，不需要拆解，原厂密封，安全性更高。

结论

利用这种智能电池修复系统，不仅可以延长电池寿命，而且安全性高，制作成本低。可以提高电池的利用率。从而达到既安全又高效的目的。

参考文献

[1]智能可充电电池修复系统设计孙娟;马薇;徐子政;吴楠;赵佳第十二届沈阳科学学术年会论文集（理工农医）2015-09-16中国会议

[2]脉冲技术应用于失效铅酸蓄电池恢复的研究王金良;许凤山;马扣祥;刘连生;王观成电池工业2001-04-25期刊

[3]智能电池修复仪王楠现代营销（创富信息版）2007-01-01期刊

[4]铅酸蓄电池修复技术的应用韩士良哈尔滨铁道科技2012-09-30期刊