TW200810318A - Voltage-recovering method for primary battery and apparatus of same - Google Patents
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Description
200810318 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種一次電池的電壓恢復技術,針對尚 存有電容量之一次電池,恢復其電壓,使一次電池可重復 使用至内部電解物質完全反應。 【先前技術】 隨著貧訊與通訊產業的快速發展,各種可攜式的電子 產品與用電設備已經日趨普及,並且逐漸成為重要的家電 與生活用品。然而,這些電子產品的主要能源大多數來自 於電池’因而使得電池的使用量日俱增。 關於電池的分類可以透過電池本身的充放電特性與 工作性質大致區分如下: 1.一次電池(primary cell)係指僅能被使用一次的電 池,無法透過充電的方式再補充已被轉化掉的化學能,故 稱為一次電池。此類電池常見的有乾電池、水銀電池與鹼 性電池等。一次電池的應用最早也最為廣泛,市面上販售 的不可充電電池幾乎皆屬此類,如紐扣型水銀電池、1號、 2號以及3號電池等等。 2·二次電池(secondary battery)所指的就是可以被重複 使用的電池。透過充電的過程,可以使得電池内的活性物 質再度的回復到原來的狀態,因而能再度的提供電力。這 類的電池有錯酸電池(lead acid battery)、鎳編電池(nickel cadmium battery)、鎳氳電池(nickel hydrogen battery)、二 次裡電池(secondary lithium battery),以及鐘離子電池 5 200810318 (lithium ion battery)和高分子鋰電池(ρ〇1γ· mhium battery)等。 3·燃料電池(fuel cell)與前述兩者有相當大的不同, 又被稱為連續電池。特色是陰陽兩極並無雜物質的存 在’而疋透過外部的系統提供,㈣只要持續地提供活性 物貝’電池就可以持續的放電。在陽極部分,真正進行氧 ,反應較线或聽氣;而陰極料則是讀或者是煤 虱等為主。此類電池如氫氧燃料電池办吨如⑽丫gen fud ’等。此類電池尚在發展中,且受限於其較大的體積, ,要用在發電機組上或最為備用能源。近來由於技術的提 昇’有逐漸小魏_勢,並制於钱車輛等領域。 “其中常見的一次電池為鋅錳乾電池,即乾電池或碳鋅 ,’也,係一種以鋅為陽極,陰極則為碳棒加上活性物質二 f化錳,電解質由氯化銨、氣化鋅、澱粉等組成。在25。〇 守可以提供1.5V左右的電壓值。此種電池的發展相當的 、、、勺在1862年由法國人G.Lechance所發明;雖然發 ,的早,但因為具有價格便宜、製造容易、自放電率低、 回重量能量比(50〜80 Wh/Kg)及攜帶方便的優勢;所以 在一次電池中,仍然是產量最高、用途最廣的一種。 —儘官技術發展已久,但還是有功率過小的缺點,使得 該種電池並不適用於大電流的放電;此外,放電過程中也 有著電壓不穩的問題。鋅錳乾電池的開路電壓會因為儲 存日守間的長短及陰極二氧化猛的性質不同(有電解二氧化 猛、天然二氧化錳等)而改變,範圍大概在15〇〜18〇v之 6 200810318 較高的=使用的是電解的二氧化猛,因為純度以及活性 早冋的關係,可以提昇電池的電壓與電容量。 境中鋅:二,池的保存相當重要,若放置於高溫潮濕的環 =形。此外,辞猛乾電池的密封良好==自 倘若後封情形不佳,電解液中的水分將會揮發掉,使栌 池無法放電,另—方面也可能因為氧的進人電池 = 放電率加劇。 战自 另一種常見的一次電池為水銀電池,因為電解液為驗 性故屬於驗性電池,常見的形狀除紐扣型外亦有圓筒型。 負極使用90%的鋅粉與10%的汞製成,正極則為80〜95〇/。 的***與5〜15%的石墨組成,電解液是35〜40%的氣氧 化鉀溶液。此類電池放電平穩、開路電壓也非常穩定、易 保存且有相當高的體積能量比,於25°C時具有L34V的放 電電壓,因此,水銀電池適用於助聽器或照相機上。 而傳統的觀念與技術上均一致認為一次電池的不可 充原理,因工業協會規定情況下產生之一次電池受限於反 應物材質及電學原理係為一種不可充電之電池。製造電池 必須在安規内生產,生產的合格電池必須安規檢驗通過, 因檢試一次電池是依電池内部化學物質產生之釋放,達標 準時間之内容量為合格件,此時,因化學物質反應完全燃 燒,無化學物質可再度產生能源。 但,現有的電器用品實質啟動電壓大都在於1.0至 1.2V就無法啟動電器用品,如MP3撥放器(MP3 Player)的 7 200810318 啟動需單一電池平均值為1.15V,當電池從1.5V使用至 1.15V後,就無法再啟動mb撥放器,此時消費者就會認 定電池沒電,必須更換電池。然而事實上,此時電池只是 無法啟動電子產品,其仍有115v左右的電壓,且内部化 學物質也為未完全反應,並非是電池完全已無電能。 該情況與學者專家所謂的沒電(電壓等於零),理論上 完全不同,因為1.15V不等於〇V。現有的專業人員均拿電 表將電池釋放至〇V,而再研究電池可否充電,原理是不可 能的。但一般消費者並不會使用電表來量測以使用過電池 的電容量’只依電子產品無法啟動的情況下,就會認為該 電池已無電力。然而,一個電壓不足以啟動電子產品的電 池,對消費者也是一個無用的。 综上所述,學理上的一次電池不可充電的原理是對 的’但是’電子產品使用過的電池内部化學物質尚為完成 反應完全’仍存有電能量也是事實。然而,目前確尚未見 一產品可用以使該些尚存的電能量被使用,消費者也因此 而白白浪費電池與金錢,也造成廢電池量的增加。 所以’如何將使用過且内部化學物質尚未完成反應完 全的電池,恢復其電壓,而得到一重複使用該電池直到内 部化學物質完全反應的電壓恢復產品,應該是目前一次電 池隶應該解決的問題。 【發明内容】 爰是’為解決上述之缺失,本發明之主要目的在提供 一種恢復一次電池電壓的方法及裝置,將使用過且内部化 8 200810318 -· 學物質尚為完成反應完全的一次電池,恢復其電壓且可重 複恢復使用該電池直到内部化學物質完全反應。 本發明所主要是一種一次電池的電壓恢復方法’包含 下列步驟:(a)先對電池做判讀,取得欲恢復電壓之電池的 起始電壓、電容量及數量;(b)在對電池做判讀後,立即對 電池正極施加一 1〜3秒一次的正弦波脈衝,用以激蕩電池 内部之化學物質;(c)當電池的判讀電壓從起始電壓到標準 電壓的差已恢復百分之七十以上,該正弦波脈衝頻率為 5〜7秒一次;(d)當電池的判讀電壓從起始電壓到標準電壓 的差已恢復百分之九十以上時,該正弦波脈衝頻率為 10〜12秒一次;(e)當對電池的判讀電壓從起始電壓到標準 電壓的差已恢復百分之九十九以上,則將正弦波脈衝改為 涓流脈衝穩定電池内部之化學物質。其中,該正弦波脈衝 之準位高於電池之標準電壓0.5V至L5V ;該檢測及判讀 是在非正弦波脈衝之期間。 本發明實現上的裝置包含:一判讀電路,接於電池兩 極,取得欲恢復電壓之電池的起始電壓、電容量及數量; 一控制電路,接收判讀電路之訊息;一激盪電路,接收該 控制電路的说號,而對電池正極施加正弦波脈衝,用以激 蕩電池内部之化學物質,使電池的電壓恢復至標準電壓; 及一變壓整流電路,接收該控制電路的訊號,而調整輪入 到該激盪電路的電壓準位。 其中,該判讀電路並接一接於電池兩極之溫控電路, 用以量測電池激盪過程之溫度。 9 200810318 ^ 其中,該變壓整流電路之電源係為一交流電源經由一 交流轉直流轉換器轉換電壓且整流而來。 其中,該變壓整流電路之電源係為一直流電源經由一 直流轉直流轉換器轉換電壓且整流而來。 【實施方式】 茲有關本發明之詳細内容及技術說明,現配合圖式說 明如下: 世界通行一次電池的統一規格碼(form factor)的規格 標準舉例如下: AA(碳性)(3號電池)-直徑14.2mm,長50mm,電壓 1.5V,電量2100mAH ; AAA(碳性)(4號電池)-直徑 10.5mm,長 44.5mm,電壓 1.5V,電量 i〇〇〇mAH ; C(破性) (2號電池)-直徑26mm,長46mm ,電壓1.5V,電量 7000mAH ’ D(石反性)(1號電池)-直獲33mm,長58mm,電 麼 1.5V ’ 電量 14000mAH ; 9V(碳性)_ 48 5 X 26 2 X 17mm, 電壓9V,電量550mAH。 二般使用電池的電子產品,啟動時要先達到啟動電 壓,還要有足夠的電流方能啟動,1 2 3 4號電池都是
1.5V 為才不準電壓,藉由電容量大小不同,提供不同的電流與供 點時間給不同的電子產品。 »月二閱帛1圖」所不,係電池的内容量與電壓之示 意圖。消費者在電子產品無法運作後,就認為一次電池沒 而更新電池’實際上電池本身仍有存餘的反應物容 罝。假设,新電池的標準電壓h5v,若電池内的化學物質 200810318 為150cc ;使用過的電池其電壓為1.2V,電池内的可反應 的化學物質剩120cc;而本發明不能改變電池内的可反應 化學物質,電池内的可反應的化學物質仍是120cc,而是 透過本發明使經過恢復電壓之電池其電壓為1.5V。 請參閱「第2圖」所示,係本發明之裝置之方塊示意 圖。本發明係一種一次電池電壓恢復之裝置,該裝置包 含:一判讀電路15,該判讀電路15接於電池20兩極,用 以取得欲恢復電壓之電池20的起始電壓、電容量及數量; 一控制電路14,用以接收判讀電路15之訊息,且轉換訊 息為控制訊息給其他欲控制之電路;一激盪電路13,該激 盪電路13接收該控制電路14的訊號,而對電池20正極 施加正弦波脈衝,用以激蕩電池内部之化學物質,使電池 的電壓恢復至標準電壓;及一變壓整流電路12,接收該控 制電路14的訊號,而調整輸入到該激盪電路13的電壓準 位。 其中,該正弦波脈衝之準位高於電池之標準電壓0.5V 至1.5V。且該判讀電路15進一步可並接一接於電池20兩 極之溫控電路16,用以量測電池20激盪過程之溫度,一 般電池的設定上,當電池20受脈衝激盪的過程中,如溫 控電路16送到該判讀電路15之溫度為攝氏50°C時,該判 讀電路15將會將此訊息至控制電路14,由控制電路14停 止該激盪電路13再送出脈衝激盪電池20,確保電池20恢 復電壓過程中的安全性。 其中,該變壓整流電路12之電源係為一交流電源, 11 200810318 " 如一般100V〜120V的市電,透過一交流轉直流轉換器11 轉換電壓且整流而來,用以供應整個電壓恢復裝置所須的 電能,及激盪電路13所須的脈衝電壓援。另,該變壓整 流電路12之電源亦可為一直流電源,如汽車上的12V直 流供電裝置,然後經由一直流轉直流轉換器17轉換電壓 且整流而來(如「第3圖」所示),使本發明之電壓恢復 裝置可應用於一般的直流發電裝置,方便外出使用。 藉由前述之裝置,本發明之電壓恢復方法包含下列步 驟: (a) 先由判讀電路15對電池20做判讀,取得欲恢復電 壓之電池的起始電壓、電容量及數量。 (b) 在對電池20做判讀後,控制電路14將該訊息轉為 為控制訊息給激盪電路13及變壓整流電路12,該激盪電 路13對電池20正極施加一 1〜3秒一次的正弦波脈衝,用 以激蕩電池20内部之化學物質,使電池20内部之化學物 質活化。其中,該正弦波脈衝之準位高於電池之標準電壓 0.5V 至 1.5V。 (c) 當電池20的判讀電壓從起始電壓到標準電壓的差 已恢復百分之七十以上,該正弦波脈衝頻率改變為5〜7秒 一次。 (d) 當電池20的判讀電壓從起始電壓到標準電壓的差 已恢復百分之九十以上時,該正弦波脈衝頻率為10〜12秒 一次。 (e) 當對電池20的判讀電壓從起始電壓到標準電壓的 12 200810318 - 差已恢復百分之九十九以上,則將正弦波脈衝改為消流脈 衝穩定電池内部之化學物質。 其中,前述各步驟之檢測及判讀是判讀電路15在非 正弦波脈衝之期間所做之量測。 本發明之主要精神在提供一種恢復一次電池電壓的 方法及裝置,將使用過且内部化學物質尚為完成反應完全 的一次電池,恢復其電壓且可重複恢復使用該電池直到内 部化學物質完全反應。 廢電池汜濫,含鋅、汞、链等化學物質影響土質、污 染水源,更有堆積如山的廢電池一時無法處理,成為環保 上最頭痛的問題。全球世界各國均倡導廢電池回收,降低 環保問題,但因為電池的方便使用性與難以分解處理性, 雖然科技已有更好的電池,如鎳氫/鋰/聚合物電池等二次 電池,然該些可在充電的二次電池因價位高,或該些二次 電池的電壓不是過低就是過高,只可使用於特定的電子產 品,因此一般一次電池,如錳電池、碳鋅電池、鹼性電池 的使用比例仍然高居不下。 雖然採取回收是-種方式,但藉由剩餘能源的再利用 也是一種方式,本發明就是提供一種剰餘能源的再利用的 方式,本發明可將電池内的電能完全激發使用,消費者可 不須使用-次就將電池丟棄,而是可重複使用到電池内完 全無電能,不只是消費者省下電池的成本花費,同時可大 幅降低廢電池的數量,為環保盡一份心力。 惟上述僅為本發明之較佳實施例而已,並非用來限定 200810318 * ' 本發明實施之範圍。即凡依本發明申請專利範圍所做的均 等變化與修飾,皆為本發明專利範圍所涵蓋。 【圖式簡單說明】 第1圖,係電池的内容量與電壓之示意圖。 第2圖,係本發明之裝置之方塊示意圖。 第3圖,係本發明之另一裝置之方塊示意圖。 【主要元件符號說明】 11 :交流轉直流轉換器 12 :變壓整流電路 13:激盈電路 14 :控制電路 15 :判讀電路 16 :溫控電路 17 :直流轉直流轉換器 20 :電池 14
Claims (1)
- 200810318 4 十、申請專利範面: 1·一種一次電池電壓恢復之方法,該電壓恢復方法包含下 列步驟: (a) 先對電池做判讀,取得欲恢復電壓之電池的起始電 壓、電容量及數量; (b) 在對電池做判讀後,立即對電池正極施加一 1〜3秒一 次的正弦波脈衝,用以激蕩電池内部之化學物質; (c) 當電池的判讀電壓從起始電壓到標準電壓的差已恢復 百分之七十以上,該正弦波脈衝頻率為5〜7秒一次; (d) 當電池的判讀電壓從起始電壓到標準電壓的差已恢復 百分之九十以上時,該正弦波脈衝頻率為1〇〜12秒一 次; (e) 當對電池的判讀電壓從起始電壓到標準電壓的差已恢 復百分之九十九以上,則將正弦波脈衝改為涓流脈衝 穩定電池内部之化學物質。 2·如申請專利範圍第丨項所述之方法,其中,該正弦波脈 衝之準位高於電池之標準電壓〇·5ν至ι.5ν。 3·如申睛專利範圍第丨項所述之方法,其中,該檢測及判 讀是在非正弦波脈衝之期間。 4·一種一次電池電壓恢復之裝置,該裝置包括: 一判讀電路,接於電池兩極,取得欲恢復電壓之電池的 起始電壓、電容量及數量; 一控制電路,接收判讀電路之訊息; -激盈電路,接收該控制電路的訊號,而對電池正極施 15 200810318 * … 加正弦波脈衝,用以激蕩電池内部之化學物質,使電池 的電壓恢復至標準電壓;及 一變壓整流電路,接收該控制電路的訊號,而調整輸入 到該激盪電路的電壓準位。 5. 如申請專利範圍第4項所述之裝置,其中,該正弦波脈 衝之準位高於電池之標準電壓0.5V至1.5V。 6. 如申請專利範圍第4項所述之裝置,其中,該激盪電路 對電池正極先施加一 1〜3秒一次的正弦波脈衝,用以激 蕩電池内部之化學物質; 當電池的判讀電壓從起始電壓到標準電壓的差已恢復百 分之七十以上,該正弦波脈衝頻率為5〜7秒一次; 當電池的判讀電壓從起始電壓到標準電壓的差已恢復百 分之九十以上時,該正弦波脈衝頻率為10〜12秒一次; 且 當電池的判讀電壓已從起始電壓到標準電壓的差已恢復 百分之九十九以上,則將正弦波脈衝改為涓流脈衝穩定 電池内部之化學物質。 7. 如申請專利範圍第4項所述之裝置,其中,該判讀電路 並接一接於電池兩極之溫控電路,用以量測電池激盪過 程之溫度。 8. 如申請專利範圍第4項所述之裝置,其中,該變壓整流 電路之電源係為一交流電源經由一交流轉直流轉換器轉 換電壓且整流而來。 9. 如申請專利範圍第4項所述之裝置,其中,該變壓整流 16 200810318 電路之電源係為一直流電源經由一直流轉直流轉換器轉 換電壓且整流而來。 17
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