新能源智能電池修復系統

邵佳偉　陳彥州

摘 要：現在流行新能源汽車和電動車，電池的壽命是影響發展的一個關鍵因素。自燃現象發生頻繁，主要因為拆裝后的電池引起的，本系統便捷、實用、高效的解決了電池壽命短的問題。實驗結果表明，該設備工作穩定，性能可靠，功能實現效果良好。

關鍵詞：新能源電池;智能修復;組合脈沖;鹽化結晶;活性離子

一、研制背景及意義

隨著人民生活水平的提高，電動車成為很多市民主要的交通工具，電動車因其環保、方便而得到越來越普及的應用，然而，由于電動車的快速普及，電動車電池的損耗是一個不得不面對的問題。

如今汽車自燃電動車自燃現象頻發，很多人采用最原始的電池修復辦法，打開電池添加電解質或者溶液，后期密封技術不專業導致事故的發生。本項技術避免了打開電池，避免影響電池的嚴密性。而且修復簡單，顧客可以自行修復解決。產品技術含量高，但是造價便宜，適合批量生產。使用安全系數高，是一項值得推廣的技術。是對現有技術、產品進行新組合的集成創新作品。

二、電池的工作原理

蓄電池的種類很多，目前市場占有率最高的還是鉛酸蓄電池，他的優勢價格低廉，充放電的倍率高，被廣泛的應用于火車、汽車、輪船、摩托車、電動車、通信的ups等。鉛酸蓄電池的組成比較簡單，主要由正極電板、負極電板、容器、電解液、隔膜、可導電物質等組成。

（一）正極電板（正極活性物質）

正極電板主要由二氧化鉛的活性物質組成。具有很強的氧化性，在電池的放電過程中與電解液中的硫酸發生反應，生成硫酸鉛，并且可以吸收電子，二氧化鉛可以生成一種是α—Pb0₂另一種是β—Pb0₂的兩種活性物質差別比較大的晶格，這兩種二氧化鉛的活性物質在正極板的作用也各不相同。β—Pb0₂可以使蓄電池具有良好的性能它的容量是α—PbO₂的1.5-3倍。α—PbO₂具有良好的機械強度，它使得正極板的活性物質不容易軟化脫落。

當蓄電池處在充電的狀態時，在外加電的作用下，二氧化鉛的Pb4+接受了負極送來的電子形成Pb+2與溶液中的硫酸根離子結合生成PbSO4 。當硫酸鉛達到一定量時，變成沉淀物附著在極板上。充電時硫酸鉛中的鉛離子 的電子被外線路帶走轉化為 二氧化鉛。將水中? 氫離子留在溶液中。氧離子與鉛離子結合生成二氧化鉛進入晶格，形成正極活性物質。[1]

（二）負極電板（負極活性物質）

在鉛酸蓄電池的工作過程中，為了使得負極的活性物質與電解液充分發生反應，將鉛制成了多孔海綿狀，又稱為海綿鉛。在放電的過程中二氧化鉛的Pb⁴接受了外線路電子變成Pb⁺²，Pb⁺²與溶液的硫酸根相結合生成硫酸鉛。在充電的過程中，部分PbSO₄溶解成Pb²⁺與SO₄。Pb⁺²接受電子又會還原成鉛再次成為負極板的活性物質。

（ 三）電解液

鉛酸蓄電池中電解液的主要成分就是硫酸，純度較高的分析純，適用于鉛酸蓄電池的電解液填充。濃硫酸與水結合放出大量的熱，具有很強的腐蝕性和吸水性，在配置的過程中，需要注意保護，以免出現危險。沒有經過專業培訓的人員禁止操作。

鉛酸蓄電池電解液配制過程中，對水的純度要求較高，水要求外觀是無色透明、殘渣含量應小于0.01%。電解液配制專用的純凈水市場上多有售賣，價格也便宜，可直接買來使用。

（四）隔板

鉛酸蓄電池的另外一個主要組成部分是隔板，隔板質量的好壞對電池的影響很大。隔板主要起到防止正負電極短路的作用。需要允許電解液自由擴散和離子遷移，又要防止短路，采用多孔質隔板，要有比較小的電阻，隔板孔徑要小。空隙總面積要大，要防止脫落的活性物質到達對方的極板。因此， 隔板的孔徑要小， 孔數要多。

三、工作原理及性能

電動車的主要動力來源是鉛酸蓄電池為其氣筒電能，由電動機驅動的電動車輛。電動車電池的好壞決定了電動車的使用壽命。本系統的研制可以提高電動車電池的使用壽命，在不破壞電池安全性的基礎上延長電瓶車使用壽命，提高安全系數。

隨著蓄電池的使用次數增加，鉛酸蓄電池充電量放電容量不斷減小，當電池的充電容量低于額定容量的60%，電池即為報廢電池，需要進行維修或者維護。電池由于制造條件的不同和使用方式的差別，最終導致電池報廢的原因也各不相同。但歸納起來有以下幾種①正極板的腐蝕變形②正極活性物質軟化脫落③硫酸鹽化④容量過早損失⑤熱失控。影響電池的主要原因是硫酸鹽化結晶無法再次溶解是導致電池失效報廢的最常見的原因。

在充電的過程中水的丟失影響了硫酸鉛轉換為活性物質，添加水分非專業人士又無法完成。而硫酸鉛本身又很難溶于水。當硫酸鉛在一段時間內不能轉換為活性物質時，就會結成粗大的結晶體。結晶體阻礙了電池的正常工作，一部分電能無法順利轉換成化學能，而是轉換成熱能，更加重了水的丟失，形成了惡性循環。當達到一定程度，電池容量下降，嚴重時電池內壓增加，電池變形。本系統在充電的過程中產生高壓震蕩波，可以擊碎粗大結晶體，促使硫酸鉛溶解，并且變成活性物質。

本電池修復系統技術系統修復率可達91%，修復以后的容量可以達到初容量的80%以上。

四、設計方案

采用組合脈沖修復，充電機的修復與維護原理：

①在充電過程中，通過正負極之間定期地發射不斷轉化的離子來掃除了極板周圍的離子云;

②強大的負脈沖可以將粗大堅硬的鹽化結晶擊碎并促使其溶解;

③清除附著在正負極板，尤其是負極板上是活性離子，也稱雜質離子。

④通過正負脈沖的占空比調節使陰離子和陽離子的比例更趨合理。

電池修復器電路。

電池修復系統工作圖

五、創新點及應用

目前，市場上有一類電池修復，都是使用添加電解液，增加化學制劑的方法對電池進行修復。這種修復方式，對人員的專業性要求比較高，而且修復成本高。修復過的電池，如果密封不嚴，容易出現電池自燃現象，而且近幾年電動車自燃現象頻繁出現，大都因為電池質量問題造成。

本系統與其他有關設計想比較，我們的設計有如下創新之處：

1、安全系數高，避免高壓操作，由電動車充電器提供輸入電壓，操作安全系數高。

2、操作簡單，由電動車電池充電器直接連接修復器再連接電池，連接簡單不需要專人即可完成操作。

3、方便快捷，不需要耗費專門時間進行操作，在每次充電的同時進行電池修復。

4、拒絕自燃，不需要拆解，原廠密封，安全性更高。

結論

利用這種智能電池修復系統，不僅可以延長電池壽命，而且安全性高，制作成本低。可以提高電池的利用率。從而達到既安全又高效的目的。

參考文獻

[1]智能可充電電池修復系統設計孫娟;馬薇;徐子政;吳楠;趙佳第十二屆沈陽科學學術年會論文集（理工農醫）2015-09-16中國會議

[2]脈沖技術應用于失效鉛酸蓄電池恢復的研究王金良;許鳳山;馬扣祥;劉連生;王觀成電池工業2001-04-25期刊

[3]智能電池修復儀王楠現代營銷（創富信息版）2007-01-01期刊

[4]鉛酸蓄電池修復技術的應用韓士良哈爾濱鐵道科技2012-09-30期刊