[发明专利]电池充电装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及对用作电动自行车、电动摩托车、电动汽车、高尔夫车、电动铲车及其余的运送工具或应急电源、设备的备用电源等的电池的充电装置，尤其涉及当电池达到规定电压(例如，因电解的气体发生电压)，则将充电电流减少至规定值或停止电流供应以拥有休止期并经过适当的时间之后，将充电电流减少至规定值，从而提高电池充电效率的电池充电装置。

背景技术

一般而言，铅蓄电池(以下称“电池”)通过将化学能转换为电能的放电和将电能转换为化学能的充电循环完成电池的功能，通过具有不同离子化倾向的两个电极(正极、负极)和液体(电解液)形成闭合电路，并通过两种金属和电解液的化学反应产生电能。

在此，上述电极由参与反应的活性物质和提供电子移动路径的导电体构成，而溶液成为离子移动的路径。因电子和离子都具有电性能，因此，都发生电势引起的反应，而作为两个电极之间电势差所引起的反应，其一侧发生氧化反应，而另一侧发生还原反应，以此完成充电和放电。

另外，上述铅蓄电池的反应过程如下：

放电：在正极，二氧化铅与作为电解液的硫酸基(SO₄^2-)结合生成硫酸钠，而在负极，海绵上的铅与硫酸基(SO₄^2-)结合生成硫酸钠，而且，电解液中的氢基(H⁺)与正极的氧基(O^2-)反应，从而使电解液的浓度变高(参考图6)。上述反应导致极板的硬化和电解液浓度的变化，最终降低电池性能。

充电：在正极板，硫酸钠中的硫酸基回到电解液中，从而生成二氧化铅，而在负极板，硫酸钠中的硫酸基回到电解液中，从而在海绵上生成铅，而且，电解液因从正极回来的硫酸基而变成高浓度硫酸(参考图7)。

在此，如上所述的电池充电，通常通过恒定电压充电方式或恒定电流充电方式完成，或采用完成恒定电流充电之后，再进行恒定电压充电的方式。

上述恒定电压充电方式，对交流(AC)电源进行整流之后，变换为电池的额定电压，以供应为电池的充电电源，而且，根据电池的充电状态控制充电电源的供应。

另外，恒定电流充电方式，不受随电池的充电过程上升的电池端子电压上升的影响，始终供应一定的电流进行充电。上述恒定电流充电方式，因始终用一定的电流完成电池充电，因此，可缩短电池达到充电电压的充电时间，进行充分的充电，但若继续对已达到充电电压的电池供应电流，则将导致过量充电，且因电解产生气体，致使电池性能退化。

在此，对于普通电池而言，在充电过程中产生气体的电压范围根据电池的种类有所不同，其一例有2.15V-2.8V，而且，在2.2V-2.4V的范围内最容易产生气体。

为了解决上述问题，本发明的申请人在韩国专利申请第10-2010-0070010号(2010.07.20)中曾公开一种可最大限度地减少气体发生的分步骤恒定电流充电方式。但是，上述专利申请中，因在完成恒定电流充电的过程中，因步骤变化后(即，在分步骤减少的恒定电流充电步骤中，从利用高电流值的先前充电步骤，移动至利用低电流值的下一充电步骤之后)较早达到气体产生电压，因此，存在需用尽可能小的电流进行充电的问题。

另外，如图7所示，上述充电过程大致为：正极板放电时生成的PbSO₄在充电过程中离子化为pb²⁺和SO₄^2-，而SO₄^2-离子从极板气孔内向极板表面扩散，而且，从极板表面再次向外部的电解液扩散。尤其是，从作为正极放电生成物的PbSO₄到PbO₂的电化学反应进行的非常快，而充电速度取决于SO₄^2-离子扩散至极板表面的电解液的速度、从极板表面扩散至外部电解液的速度及水解的OH^-离子从极板表面的电解液扩散至极板气孔内部的速度。

另外，决定扩散速度的最重要的因素是离子浓度差异，而最大限度地提高充电及扩散速度的状态是浓度差异最大的状态。