專利名稱：二次電池充放電自動截止設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種二次電池充放電自動截止裝置，特別是一種在二次電池生產過程的電池充放電化成工藝及電池使用維護的充放電處理過程中，為防止電池過放電而對電池放電電壓進行自動截止的充放電設備。
背景技術：
在可充電的二次電池生產過程中，電池在裝配完成后，需對電池進行充放電活化。充電通常采用恒流定時的方式，而放電則要求電池電量完全放畢；在充電電池的出貨或使用過程中，為了調整電池的初始荷電量或為了消除電池的記憶效應，也常常需要進行電池的完全放電。通常這些放電是采用外接電源強制放電到電池截止電壓的方式進行。達到電池的截止電壓后如不及時停止，電池繼續放電就可能會過放電，電池電壓變為零或負值，電池內部活性物質結構將受到破壞，嚴重時可能會出現電池的漏液與爆炸。
現有技術的二次電池充放電設備之一，由120V的直流恒流電源、50個電池單元回路、二極管D6構成充電電路；由60V直流恒流電源、二極管D1、50個電池單元回路、二極管D7構成放電電路。充放電電路的切換通過雙聯開關來進行。
電池單元回路中連接有一個二次電池，為了防止電池的過放電，每個電池單元回路中都需要串接一個帶有放電電壓截止功能的裝置。
對于帶有放電電壓截止功能的裝置，傳統設計的第一種方法，由電池和手動切換觸點開關構成。在放電過程中，用人工不斷測量電池兩端電壓值，當達到或低于電池截止電壓時，用人手將開關位置由1切換至2，停止單電池的放電過程。此方案在實施過程中存在受人為因素影響，如放電至規定電壓時，未及時切換開關，電池仍繼續放電，造成過放而出現廢品。
傳統設計的第二種方法，在上述裝置的基礎上使用電子計算機對電池電壓放電過程中的電池兩端電壓不斷掃描、采樣，采樣數據經模/數轉換后送到CPU，與預設定的數據進行比較，如小于或等于電池截止電壓時，CPU發出停止信號，經I/O通過計算機控制繼電器切換開關位置由1至2，停止單電池的放電。此方案存在使用成本及維護成本高，繼電器觸點老化后造成工作不穩定等缺點。
發明內容
本發明的目的是提供一種二次電池充放電自動截止設備，要解決的技術問題是在電池單元回路中提高二次電池放電自動截止裝置的可靠性又降低成本。
本發明采用以下技術方案，一種二次電池充放電自動截止設備，由充電電源、第一切換觸點開關、電池單元回路、第二切換觸點開關和第六二極管順序連接組成充電回路，由放電電源、第五二極管、第二切換觸點開關、電池單元回路、第一切換觸點開關和第七二極管順序連接組成放電回路，所述電池單元回路中，沿電池放電方向正向串接有二極管，電池與正向串接二極管兩端正向并聯有放電分流二極管。
本發明沿電池放電方向正向串接的二極管兩端反向并聯有充電通道二極管。
本發明沿電池放電方向正向串接的二極管連接在電池的正極。
本發明沿電池放電方向正向串接的二極管是一至五支，充電通道二極管是一支，放電分流二極管是一支。
本發明電池單元回路中的電池是鎳氫電池或鎳鎘電池，沿電池放電方向正向串接的二極管是二支。
本發明沿電池放電方向正向串接的二支二極管、充電通道二極管和放電分流二極管選用1N5404。
本發明電池單元回路中的電池是鉛酸電池，沿電池放電方向正向串接的二極管是三支。
本發明沿電池放電方向正向串接的三支二極管、充電通道二極管和放電通道二極管選用1N5404。
本發明電池單元回路由五十個串聯而成，充電電源是恒流源，充電電壓為DC120V，放電電源是恒流源，放電電壓為DC72V。
本發明與現有技術相比，在電池單元回路中，沿電池放電方向正向串接二極管，電池與正向串接二極管兩端正向并聯有放電分流二極管，利用二極管的正向截止特性，自動截止電池放電，具有高的可靠性，且不須人工檢測，降低使用和維修成本。
圖1是二次電池充放電設備電路原理圖。
圖2是現有技術中采用手動控制放電截止的電池單元回路圖。
圖3是現有技術中使用計算機掃描控制放電截止的電池單元回路圖。
圖4是本發明的電池單元回路電路圖。
圖5是本發明實施例(一)的電路原理圖。
圖6是本發明實施例(一)的電池單元回路圖。
圖7是本發明實施例(二)的電路原理圖。
圖8是本發明實施例(二)的電池單元回路圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。
在說明前，先做如下定義沿電池放電方向正向串接的二極管D1、D2……Dn的單只正向導通壓降用VD表示，n只串聯的總壓降Vn＝n×VD；放電分流二極管D301正向導通壓降用VD301表示；充電通道二極管D201正向導通壓降用VD201表示；電池電壓用VBAT表示。
如圖1所示，由恒流源、第一切換觸點開關的上觸點A1和中間觸點A2點閉合、串聯的電池單元回路、第二切換觸點開關的中間觸點A4和下觸點A5點閉合、第六二極管D6、保險管F1，回到恒流源順序連接組成充電回路；由恒流源、第五二極管D5、第二切換觸點開關的上觸點A6和中間觸點A4點閉合、串聯的電池單元回路、第一切換觸點開關的中間觸點A2和下觸點A3點閉合、第七二極管D7、保險管F1，回到恒流源順序連接組成放電回路。
如圖4所示，電池單元回路沿放電方向、電池的正極正向串接有第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4和第五十一二極管D51，第一二極管D1的正極與第五十一二極管D51的負極兩端反向并聯有充電通道二極管D201，電池單元回路沿放電方向、電池的負極與第五十一二極管D51的負極兩端正向并聯有放電分流二極管D301。
第一至第五十一二極管、充電通道二極管D201和放電分流二極管D301選用1N5404，第五二極管D5、第六二極管D6和第七二極管D7選用6A07，恒流源的充電電壓為DC120V，放電電壓為DC72V。
充電時，第一切換觸點開關的上觸點A1和中間觸點A2點閉合，第二切換觸點開關的中間觸點A4和下觸點A5點閉合，電流經恒流源、第一切換觸點開關、電池單元回路、第二切換觸點開關、第六二極管D6、保險管F1回到恒流源。充電電流Ic由B到A流過每個電池單元回路，電池單元回路中第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4和第五十一二極管D51反向截止，放電分流二極管D301也處于反向截止，電流通過充電通道二極管D201流過，給電池充電，每個電池充電電流均為Ic，電池單元回路端電壓為VBAT+VD201。
放電時，第二切換觸點開關的上觸點A6和中間觸點A4點閉合，第一切換觸點開關的中間觸點A2和下觸點A3點閉合，電流經恒流源、第五二極管D5、第二切換觸點開關、電池單元回路、第一切換觸點開關、第七二極管D7、保險管F1回到恒流源。放電電流Id由A到B流過每個電池單元回路，充電通道二極管D201反向截止，電流只能從電池與第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4和第五十一二極管D51構成的串聯通路或放電分流二極管D301流過，當Vn-VBAT＜VD301時，放電分流二極管D301不能導通，電流將從電池中流過使電池放電，當Vn-VBAT＞VD301時，第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4和第五十一二極管D51不能導通，電流將從放電分流二極管D301流過使電池不再繼續放電，因此只要放電時間足夠，就可以將電池的閉路電壓VBAT有效地鉗制在Vn-VBAT附近。
因此，我們可以選擇合適的二極管組合，使Vn-VBAT接近需要的放電終止電壓，就可以達到電池放電自動截止的作用。
實施例一鎳氫、鎳鎘電池的自動截止充放電設備。
如圖5所示，由120V的充電恒流電源、72V的放電恒流電源和50個電池單元回路及切換開關等構成。如圖6所示，在每個電池單元回路中，與電池的正極連接有沿電池放電方向正向串聯的第一二級管D1、第二二極管D2，電池、第一二級管D1和第二二極管D2串聯電路兩端正向并聯有放電分流二極管D301及與第一二極管D1、第二二極管D2兩端反向并聯有充電通道二極管D201。第一二極管D1、第二二極管D2、放電分流二極管D301和充電通道二極管D201全部采用1N5404硅整流二極管，正向導通電壓從手冊中查得為0.7V，實測正向壓降在1000mA時為0.72V。
充電時電流Ic從B流入，經充電通道二極管D201、電池后從A流出，第一二極管D1、第二二極管D2和放電分流二極管D301處于反向截止，所有電流用于電池充電。
放電時，電流Id由A流入，充電通道二極管D201處于反向截止。
開始放電時，Vn＝VD1+VD2＝0.72V+0.72V＝1.44VVAB＝Vn-VBAT＝1.44-VBAT由于鎳鎘、鎳氫電池的放電電壓正常在1.0-1.4V之間，因此VAB正常為0.04-0.44之間，小于1N5404硅整流二極管正向導通電壓，放電分流二極管D301處于截止狀態，電池持續放電。
放電一段時間后，隨著電池所儲電能下降，VAB＝Vn-VBAT逐漸增大，當電池電壓下降到放電截止電壓范圍如0.7V時，VEB＝Vn-VBAT＝1.44-0.70＝0.74V，大于放電分流二極管D301的正向導通電壓，放電分流二極管D301導通。由于電池內阻加上第一二極管D1和第二二極管D2正向電阻比放電分流二極管D301正向電阻大，大部分電流從放電分流二極管D301分流，當電池電壓比0.7V更低時，幾乎所有電流都從放電分流二極管D301分流，相當于電池被斷開，起到了自動停止放電的作用。實際測試，用1000mA的電流對1000mAh電池進行放電，如果用圖2所示現有技術的手動單元回路，90min后不切換回路，電池兩端電壓就會達到-1.8V以上，并產生排氣和漏液現象；而采用本發明的電池單元回路，即使24hr不切斷電源，電池兩端的電壓也被穩定的鉗制在0.5至0.6V左右，確保電池不出現反極放電。
實施例二鉛酸電池的自動截止充放電設備。
如圖7所示，由120V的充電恒流電源、72V的放電恒流電源和30個電池單元回路及切換開關等構成。如圖8所示，每個電池單元回路中，在電池正極沿放電方向正向串聯有第一二級管D1、第二二極管D2和第三二極管D3，電池、第一二級管D1、第二二極管D2和第三二極管D3串聯電路兩端正向并聯有放電分流二極管D301，與第一二極管D1、第二二極管D2和第三二極管D3兩端反向并聯有充電通道二極管D201。第一二級管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、充電通道二極管D201和放電分流二極管D301全部采用1N5404硅整流二極管，正向導通電壓從手冊中查得為0.7V，實測正向壓降在1000mA時為0.72V。
充電時電流Ic從B流入，經充電通道二極管D201、電池后從A流出，第一二級管D1、第二二極管D2、第三二極管D3和放電分流二極管D301處于反向截止，所有電流用于電池充電。
放電時，電流Id由A流入，充電通道二極管D201處于反向截止。
開始放電時，Vn＝3×VD3＝3×0.72V＝2.16VVAB＝Vn-VBAT＝2.16-VBAT由于鉛酸電池的放電電壓正常在1.7-2.2V之間，因此VAB正常為-0.04-0.46之間，小于1N5404硅整流二極管正向導通電壓，放電分流二極管D301處于截止狀態，電池持續放電。
放電一段時間后，隨著電池所儲電能下降，VAB＝Vn-VBAT逐漸增大，當電池電壓下降到放電截止電壓范圍如1.4V時，VAB＝Vn-VBAT＝2.16-1.40＝0.76V，大于放電分流二極管D301的正向導通電壓，放電分流二極管D301導通。由于電池內阻加上第一二極管D1、第二二極管D2和第三二極管D3正向電阻比放電分流二極管D301正向電阻大，大部分電流從放電分流二極管D301分流，當電池電壓比1.4V更低時，幾乎所有電流都從放電分流二極管D301分流，相當于電池被斷開，起到了自動停止放電的作用。實際測試，用1000mA的電流對1000mAh電池進行放電，如果用圖2所示現有技術的手動單元回路，90min后不切換回路，電池兩端電壓就會達到-3.5V以上，并產生排氣和漏液現象；而采用本發明電池單元回路，即使24hr不切斷電源，電池兩端的電壓也被穩定的鉗制在1.3至1.4V左右，確保電池不出現反極放電。
本發明的實施例為在鎳鎘、鎳氫電池和鉛酸電池的充放電設備的應用，但不僅限于此。如果選擇合適的二極管組合，也可以在鋰離子電池、鋅鎳電池、可充堿錳等其他二次電池的充放電設備上得到應用。
本發明與現有技術的人工切換相比，在成本增加很少的前提下具有更高的可靠性，節約了人工檢測和切換所需的人力成本；與采用計算機掃描切換的現有技術相比穩定性得到提高且明顯降低了使用及維護成本。
權利要求
1.一種二次電池充放電自動截止設備，由充電電源、第一切換觸點開關、電池單元回路、第二切換觸點開關和第六二極管順序連接組成充電回路，由放電電源、第五二極管、第二切換觸點開關、電池單元回路、第一切換觸點開關和第七二極管順序連接組成放電回路，其特征在于所述電池單元回路中，沿電池放電方向正向串接有二極管，電池與正向串接二極管兩端正向并聯有放電分流二極管。
2.根據權利要求1所述的二次電池充放電自動截止設備，其特征在于所述沿電池放電方向正向串接的二極管兩端反向并聯有充電通道二極管。
3.根據權利要求2所述的二次電池充放電自動截止設備，其特征在于所述沿電池放電方向正向串接的二極管連接在電池的正極。
4.根據權利要求3所述的二次電池充放電自動截止設備，其特征在于所述沿電池放電方向正向串接的二極管是一至五支，充電通道二極管是一支，放電分流二極管是一支。
5.根據權利要求4所述的二次電池充放電自動截止設備，其特征在于所述電池單元回路中的電池是鎳氫電池或鎳鎘電池，沿電池放電方向正向串接的二極管是二支。
6.根據權利要求5所述的二次電池充放電自動截止設備，其特征在于所述沿電池放電方向正向串接的二支二極管、充電通道二極管和放電分流二極管選用1N5404。
7.根據權利要求4所述的二次電池充放電自動截止設備，其特征在于所述電池單元回路中的電池是鉛酸電池，沿電池放電方向正向串接的二極管是三支。
8.根據權利要求7所述的二次電池充放電自動截止設備，其特征在于所述沿電池放電方向正向串接的三支二極管、充電通道二極管和放電通道二極管選用1N5404。
9.根據權利要求1至8中任一所述的二次電池充放電自動截止設備，其特征在于所述電池單元回路由五十個串聯而成，充電電源是恒流源，充電電壓為DC120V，放電電源是恒流源，放電電壓為DC72V。
全文摘要
本發明公開了一種二次電池充放電自動截止設備，要解決的技術問題是在電池單元回路中提高二次電池放電自動截止裝置的可靠性又降低成本，采用以下技術方案，一種二次電池充放電自動截止設備，由充電電源、第一切換觸點開關、電池單元回路、第二切換觸點開關和第六二極管順序連接組成充電回路，由放電電源、第五二極管、第二切換觸點開關、電池單元回路、第一切換觸點開關和第七二極管順序連接組成放電回路，所述電池單元回路中，沿電池放電方向正向串接有二極管，電池與正向串接二極管兩端正向并聯有放電分流二極管，與現有技術相比，利用二極管的正向截止特性，自動截止電池放電，具有高的可靠性，且不須人工檢測，降低使用和維修成本。
文檔編號H02H7/18GK1581632SQ0314009
公開日2005年2月16日 申請日期2003年8月4日 優先權日2003年8月4日
發明者高學鋒, 喻劍波, 謝經成, 張平 申請人:深圳市力可興電池有限公司