CN104183877B - 一种蓄电池高频谐波脉冲振荡除硫方法和除硫仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蓄电池高频谐波脉冲振荡除硫方法和除硫仪。除硫仪包括输入电路、单片机、高频谐波振荡电路和与充电单元数量相同的电压检测电路，高频谐波振荡电路包括与充电单元数量相同的除硫输出电路，除硫输出电路的PWM控制信号输入端接单片机对应的PWM控制信号输出端；每个电压检测电路接一个充电单元，每个电压检测电路的输出端接单片机电压信号输入端。蓄电池除硫时，分别检测被除硫的蓄电池电压，判断在除硫前多个充电单元的电压是否平衡，如不平衡度超出设定的范围时，先对电压最低的充电单元除硫，当该充电单元与其他充电单元的电压接近时，再同时除硫。本发明在除硫过程中多个充电单元始终处于平衡状态，使除硫效果达到最佳。
Description
[技术领域]
本发明涉及蓄电池除硫，尤其涉及一种蓄电池高频谐波脉冲振荡除硫方法和除硫仪。
[背景技术]
通常，除硫仪主要有离线式大电流恒流、恒压、叠加脉冲活化模式以及在线式大电流恒流、恒压、叠加脉冲活化模式及在线高频谐波脉冲振荡模式。其中，对于离线式大电流恒流、恒压、叠加脉冲活化模式，由于在通信行业应用中由于除硫设备输出产生的纹波干扰问题无法解决、大电流叠加脉冲充电的方式对蓄电池极板有损伤、离线工作不便维护以及耗能较大等原因现已逐渐淡出行业市场。而在线式大电流恒流、恒压、叠加脉冲活化模式，其利用大电流(5A～100A)恒流、恒压、再叠加脉冲充电的方式，从而实现在线工作并通过活化修复方式对蓄电池进行修复式充电，虽对改善蓄电池均衡性有一定的效果，修复时间较短,修复过程完成后自动切换回开关电源回路，避免了纹波对***的干扰，但对蓄电池进行大电流、恒流、恒压并叠加脉冲充电的方式，付出的代价是这些高放热过程会造成蓄电池内部产生大热量，蓄电池极片弯曲和机械重压，个别单体蓄电池也因频繁均衡充电或过充，而造成鼓涨甚至爆裂；由于该模式对蓄电池极板有损伤、资源利用重复浪费及耗能大等原因，因此多数通信基站及机房中已停止使用该技术。
取而代之的是高频谐波脉冲振荡技术的除硫仪，包括专利号为201220237626.0的实用新型专利公开的一种高频谐波脉冲振荡在线除硫仪，都是用振荡器+分频器的方式来实现高频谐波脉冲，但由于该脉冲不受实际蓄电池的状态调整脉冲频率和脉冲宽度，当蓄电池状态发生变化时，同样的频率和脉宽必然导致除硫效果的大幅降低，尤其是在对多节蓄电池同时除硫的情况下，由于串联中的蓄电池状态的不一致，同样的频率和脉宽的高频除硫波形最后产生的结果是频率及脉宽与蓄电池匹配的一节效果最佳，而匹配最差的除硫效果必然很差，甚至会导致该蓄电池状态越来越差，不仅没有正面除硫效果，反而会有副作用。
目前，市场上采用高频谐波脉冲振荡技术的除硫仪，其高频脉冲发生电路均为硬件电路，该电路的脉冲频率和脉冲宽度都没法根据被除硫的蓄电池状态进行实时调整，导致不管蓄电池状态如何，始终以一种固定的频率和脉宽进行工作，达不到除硫的最佳效果，尤其是在蓄电池平衡度很差的情况下。当一节坏蓄电池在在线修复条件下，由于四节蓄电池总电压一定，而坏蓄电池在外界充电的情况下，往往电压上升的很快，形成一个电量较少的虚电压，该虚电压会阻止修复能量的吸收，导致坏蓄电池修复效果很不理想。
[发明内容]
本发明要解决的技术问题是提供一种除硫效果好的蓄电池高频谐波脉冲振荡除硫方法。
本发明另一个要解决的技术问题是提供一种除硫效果好的蓄电池高频谐波脉冲振荡除硫仪。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种蓄电池高频谐波脉冲振荡除硫方法，分别检测被除硫的蓄电池充电单元电压，判断在除硫前多个蓄电池充电单元的电压是否平衡，如蓄电池充电单元电压的不平衡度超出设定的范围时，先对电压最低的蓄电池充电单元除硫，当该蓄电池充电单元与其他蓄电池充电单元的电压接近时，对全部蓄电池充电单元同时除硫。
以上所述的蓄电池高频谐波脉冲振荡除硫方法，在对全部蓄电池同时除硫的过程中，检测每个蓄电池充电单元的电压，根据检测的电压调节对每个蓄电池充电单元充电的高频谐波脉冲的频率和/或脉宽宽度，使全部蓄电池充电单元始终处于平衡状态。
以上所述的蓄电池高频谐波脉冲振荡除硫方法，当蓄电池充电单元电压值大于设定值时，减小高频谐波脉冲的脉宽，且随着电压值的增高，逐步减小高频谐波脉冲的脉宽；当蓄电池充电单元电压值小于设定值时，增加高频谐波脉冲的脉宽，且随着电压值的降低，逐步加大高频谐波脉冲的脉宽。
以上所述的蓄电池高频谐波脉冲振荡除硫方法，蓄电池充电单元电压值低于设定的最低值时，加大高频谐波脉冲的频率。
以上所述的蓄电池高频谐波脉冲振荡除硫方法，蓄电池充电单元分时充电除硫，一个蓄电池充电单元充电除硫时，其他蓄电池充电单元停止充电除硫。
一种实现上述方法的蓄电池高频谐波脉冲振荡除硫仪，包括交流输入电路、单片机、高频谐波振荡电路和与蓄电池充电单元数量相同的电压检测电路，高频谐波振荡电路包括与蓄电池充电单元数量相同的除硫输出电路，每个除硫输出电路接一个蓄电池充电单元；每个除硫输出电路的PWM控制信号输入端接单片机对应的PWM控制信号输出端；每个电压检测电路接一个蓄电池充电单元，每个电压检测电路的输出端接对应的单片机蓄电池电压信号输入端。
以上所述的蓄电池高频谐波脉冲振荡除硫仪，电压检测电路采用差分放大电路，差分放大电路的两个输入分别接对应蓄电池充电单元的正极和负极，差分放大电路将蓄电池充电单元电压转换为0-2V的模拟电压供单片机AD转换电路；单片机获取每个蓄电池充电单元的电压，根据获取的电压值计算各蓄电池充电单元电压的平衡度，判断是否对最差的蓄电池充电单元进行单独除硫或根据电压值调整PWM信号输出的频率和/或脉冲宽度。
以上所述的蓄电池高频谐波脉冲振荡除硫仪，交流输入电路包括输入变压器、交流输入电压检测电路及交流过欠压保护电路，交流输入电压检测电路包括采样变压器、采样电阻和整流滤波电路，采样变压器原边绕组接交流输入端，采样变压器副边绕组输出端接整流滤波电路，采样电阻与采样变压器副边绕组并接，整流滤波电路输出端接单片机输入电压信号输入端；交流过欠压保护电路包括三极管和继电器，继电器线圈第一端通过限流电阻接直流电源正极，另一端接地；三极管的基极接单片机过欠压保护信号输出端，发射极接地，集电极接继电器线圈第一端；继电器主触点与输入变压器原边绕组串接，输入变压器副边绕组接高频谐波振荡电路的整流滤波电路。
以上所述的蓄电池高频谐波脉冲振荡除硫仪，高频谐波振荡电路包括整流滤波电路和防反二极管，除硫输出电路包括两个电子开关，整流滤波电路的正极输出端通过第一电子开关接除硫输出电路的正极输出端，整流滤波电路的负极输出端通过第二电子开关接除硫输出电路的负极输出端，防反二极管串接在整流滤波电路与除硫输出电路之间；两个电子开关的控制端接单片机同一PWM控制信号输出端。
以上所述的蓄电池高频谐波脉冲振荡除硫仪，包括电流检测电路，电流检测电路包括差分放大电路和电流采样电阻，电流采样电阻串接在任一节电池的除硫输出电路与对应蓄电池之间，电流检测差分放大电路的两个输入端分别采样电阻的两端，电流检测差分放大电路的输出端接单片机；单片机根据获取的采样电流值调整PWM信号的脉冲宽度，当采样电流值大于设定值时，减小PWM信号的脉冲宽度。
本发明蓄电池高频谐波脉冲振荡除硫方法首先判断在除硫前蓄电池的电压是否平衡，如电压不平衡度超出设定范围，则先单独对不平衡蓄电池除硫，提高该节蓄电池的储能能力，当该蓄电池与其他蓄电池的平衡度接近时，对全部蓄电池同时除硫，同时检测蓄电池的电压平衡度，单片机根据检测的电压值随时调节PWM的频率和脉宽宽度，使蓄电池始终处于平衡状态，除硫效果达到最佳。
[附图说明]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例蓄电池高频谐波脉冲振荡除硫仪的原理框图。
图2是本发明实施例交流输入电路的电路图。
图3是本发明实施例按键显示电路的电路图。
图4是本发明实施例告警通信电路的电路图。
图5是本发明实施例电压电流检测电路的电路图。
图6是本发明实施例PWM隔离驱动电路的电路图。
图7是本发明实施例高频谐波振荡电路一的电路图。
图8是本发明实施例高频谐波振荡电路二的电路图。
图9是本发明蓄电池高频谐波脉冲振荡除硫方法的流程图。
[具体实施方式]
本发明所述的蓄电池充电单元可以单节蓄电池，也可以多个蓄电池串联、并联或串并联的组合。下面的实施例仅以单节蓄电池作为蓄电池充电单元进行说明。
本发明实施例的蓄电池高频谐波脉冲振荡除硫仪如图1至图8所示，包括交流输入电路、辅助电源、单片机、键盘显示告警通信电路、PWM隔离驱动电路、高频谐波振荡电路、蓄电池电流检测电路和与蓄电池数量相同的蓄电池电压检测电路。
交流输入电路如图2所示，包括交流输入电压检测电路及交流过欠压保护电路。交流电压经电阻R1、R2、R3、R4限流后通过1：1变压器T1传送到检测端，R5为取样电阻，变压器隔离取样后的交流电经二极管D4、电阻R6、R7、电容C14半波整流和滤波后送单片机AD转换输入口AC1。单片机实时检测该直流电压，经单片机计算得出交流输入电压,一旦检测值超过交流设定值，单片机送出高电平控制信号ACCTL_1，经三极管V9驱动后控制继电器K1断开，将两组高频谐波振荡电路的交流输入断开，使***在交流过压和欠压的情况下，防止除硫仪脉冲幅度过高和过低，对蓄电池造成不良影响。
辅助电源直接从交流输入取电,将交流输入转换为除硫仪直流5V工作电压。
键盘显示告警通信电路为除硫仪提供人机操作和显示界面，同时提供输出告警干接点和RS485通信接口，通信接口主要让用户在远程计算机上可以直接获取除硫仪的工作状态、远程设置除硫仪工作参数、远程控制除硫仪等。
如图3所示，Key1、Key2、Key3为除硫仪的面板按键，三个按键分别接到U1A三与门74LS11的三个输入端，该输入端无按键按下时为高电平，只要有一个按键按下，U1A的输出就为低电平，该信号接至单片机的中断输入端，一旦中断出发，单片机检测IO口的KEY1、KEY2和KEY3的电平，确认是哪个按键被触发，然后对应做出除硫仪参数设置、除硫仪的工作状态、除硫仪单节电池电压、除硫仪当前告警等处理。
如图4所示，电阻R1、R2、R3、继电器K1、K2、K3和三极管V1、V2和V3分别组成告警输出电路，当检测到除硫仪通道短路或断开时，单片机IO口SYSALARM信号由低电平转为高电平，三极管V1导通，图4中继电器K1常闭点断开，常开点闭合；当检测到交流电压异常时，单片机IO口ACALARM信号由低电平转为高电平，三极管V2导通，图4中继电器K2常闭点断开，常开点闭合；当检测到蓄电池不平衡时，单片机IO口BATALARM信号由低电平转为高电平，三极管V3导通，图4中继电器K3常闭点断开，常开点闭合。
U13为除硫仪的通信接口RS485的通信芯片，单片机IO口RS485_CTL输出低电平，除硫仪则处于通信接收状态，单片机一旦检测到RX口有信号，则进入通信接收处理。当除硫仪发送数据时，则将RS485_CTL输出高电平，数据从单片机的TX口发出。R57、R58为通信口的偏置电阻，防止通信口电平的不稳定性，RT3、RT4为可恢复熔丝，防止通信口电流过大而损坏芯片。
如图5所示，蓄电池电压电流检测采用差分放大电路。
运算放大器U2A、U2B、U3A、U3B分别检测第四节、第三节、第二节和第一节的蓄电池电压，差分放大电路的输入分别为四节蓄电池的正极和负极。差分放大电路将蓄电池电压转换为0-2V的模拟电压供单片机AD转换电路，单片机检测四节蓄电池的电压，根据检测的电压值计算蓄电池的平衡度，判断是否对最差的蓄电池进行单独除硫，或根据电压值调整PWM输出的频率和脉冲宽度。
运算放大器U4A及***电路构成蓄电池回路的电流检测差分放大电路，输入为第一节蓄电池输出回路上串接的检流电阻FL1上的电压，当只接一节蓄电池时，将该节蓄电池的正负极分别接在图8中的BAT1+和BAT1-上，接多节蓄电池时，第一节蓄电池的正负极分别接在图8中的BAT1+和BAT1-上，第二节电池的正负极接在图8中的BAT2+和BAT1+，第三节电池的正负极接在图7中的BAT3+和BAT3-，第四节电池的正负极接在图7中的BAT4+和BAT4-。在正常应用中，一组电池中的四节电池的额定容量是一致的，为了防止脉冲电流过大损伤电池，一般按照0.01C10(C10为电池的10小时放电率)来确定电流的大小，因此四节电池的电流基本相同，只检测一节电池的电流值基本上就能满足要求。第一节蓄电池的PWM脉冲发出的时候，单片机开始检测电流值，作为调整PWM频率和脉宽的另一依据，对于500AH的电池，脉冲电流不大于5A，当电流值大于5A时，减小PWM脉宽，最低占空比9％，如仍大于5A，则降低PWM频率，降低范围最大不超过PWM额定频率的10％。
如图6所示，PWM隔离驱动电路由四总线缓冲器(U15)74LS125和光耦TLP521-4组成，单片机的控制信号CON1、CON2、CON3、CON4分别控制该路PWM是否送到隔离光耦去驱动该蓄电池除硫。单片机共有四路PWM输出，这四路PWM输出分别接到U15的输入端，当U15某一路的控制信号为高电平时，该路的PWM信号不能输出，对应的该节蓄电池也不除硫，以此来解决蓄电池不平衡时部分蓄电池先除硫的问题。
高频谐波振荡电路如图7和图8所示，经变压器T1降压后的交流输入经U6、U7全波整流后，再经过滤波电容C12、C13后，输出28V左右的直流电，经限流器件可恢复熔丝RT1、RT2和限流电阻XS10、XS11以及防反二极管D5、D6后，通过电子开关输出到蓄电池。电子开关的驱动信号为单片机PWM信号经隔离驱动后的高频脉冲信号，电子开关V1、V2同时导通，由于蓄电池组中的四节蓄电池串联在一起，为了防止任一节蓄电池的高频谐波信号发送到其他蓄电池上，此时其他电子开关全关闭。在单片机的控制下，每次导通其中一组电子开关，让四节蓄电池的高频脉冲信号在不同时段导通，以减小整组蓄电池上的纹波干扰。
如图9所示，单片机在发送PWM信号时，首先检测交流电压是否正常，如不正常则产生告警且不发送PWM信号，其目的是防止电压过高或过低时，对蓄电池造成损伤。
检测四节蓄电池的通道情况，先在输出通道导通前检测蓄电池电压值，然后单片机短时间内分别接通四节蓄电池并检测导通后的蓄电池电压，如果电压值无变化，则说明通道已断开。如有通道断开，该通道的PWM控制信号不再发送，同时产生***告警。
断开所有电子开关，检测四节蓄电池电压，正常情况下蓄电池电压会在11-14V之间，如有蓄电池电压超过20V，则该通道已短路。如有通道短路，该通道的PWM控制信号不再发送，同时产生***告警。
如通道没有问题，则进入除硫程序。分别检测四节蓄电池的电压，如果四节蓄电池中任一蓄电池的电压与四节蓄电池的平均值误差超过5％，单片机则判整组蓄电池的平衡度比较差，此时单片机仅对电压最低的蓄电池对应的高频谐波振荡电路的除硫输出电路发送PWM信号，这节蓄电池开始除硫，其他蓄电池都处在等待除硫状态，检测正在除硫蓄电池的电压及未除硫蓄电池电压，如果平衡度在设定范围内，则可以整组蓄电池开始除硫。
单片机在发送PWM信号后，检测每节蓄电池的电压和第一节电池的脉冲电流，单片机根据检测的电压值和电流值调整下一个周期的PWM信号的频率和脉冲宽度。当电压值等于13.5V时，PWM脉宽为标准脉宽，占空比为10％，当电压值大于13.5V时，减小脉宽，当电压值大于等于14V时，脉宽减至最小，占空比为9％。当电压值小于13.5V时，增加PWM信号的脉宽，当电压值等于11V时，脉宽达到最大，PWM占空比为12％。电压值低于11V时，增大PWM频率，为保证高频谐波除硫效果，PWM的频率最大不超过额定频率的10％。所检测的脉冲电流作为显示电流和向上位机传送的采样数据。
由于考虑到两组并联的48V蓄电池组同时除硫且每个脉冲都不能同时发送，则两组蓄电池的8个PWM因此脉宽幅度不能无限制的增大，脉宽占空比最大调整到12％，如果仍要加大电流，则可以加大PWM频率。如一组组蓄电池的PWM信号发送完毕，再进行后台通信处理。
本发明以上实施例当单片机在完成初始化后，首先检测交流电压输入是否正常，如正常，则开始检测蓄电池通路是否开路、是否短路，确定除硫仪蓄电池通路的好坏，防止在蓄电池通道损坏时，接在该通道的蓄电池一直无法进行除硫修复；然后检测被除硫的蓄电池电压，判断在除硫前四节蓄电池的电压是否平衡，如电压不平衡度超出设定范围，则先单独对不平衡蓄电池除硫，提高该节蓄电池的储能能力，当该蓄电池与其他蓄电池的平衡度接近时，开始对四节蓄电池同时除硫，同时检测这四节蓄电池的电压平衡度及蓄电池电流，单片机根据检测的电压和电流值随时调节PWM的频率和脉宽宽度，使蓄电池始终处于平衡状态，除硫效果达到最佳。
Claims (8)
1.一种蓄电池高频谐波脉冲振荡除硫方法，其特征在于，分别检测被除硫的蓄电池充电单元电压，判断在除硫前多个蓄电池充电单元的电压是否平衡，当蓄电池充电单元电压的不平衡度超出设定的范围时，先对电压最低的蓄电池充电单元除硫，当该蓄电池充电单元与其他蓄电池充电单元的电压接近时，对全部蓄电池充电单元同时除硫；在对全部蓄电池同时除硫的过程中，检测每个蓄电池充电单元的电压，根据检测的电压调节对每个蓄电池充电单元充电的高频谐波脉冲的频率和/或脉宽宽度，使全部蓄电池充电单元始终处于平衡状态；当蓄电池充电单元电压值大于设定值时，减小高频谐波脉冲的脉宽，且随着电压值的增高，逐步减小高频谐波脉冲的脉宽；当蓄电池充电单元电压值小于设定值时，增加高频谐波脉冲的脉宽，且随着电压值的降低，逐步加大高频谐波脉冲的脉宽。
2.根据权利要求1所述的蓄电池高频谐波脉冲振荡除硫方法，其特征在于，蓄电池充电单元电压值低于设定的最低值时，加大高频谐波脉冲的频率。
3.根据权利要求1所述的蓄电池高频谐波脉冲振荡除硫方法，其特征在于，蓄电池充电单元分时充电除硫，一个蓄电池充电单元充电除硫时，其他蓄电池充电单元停止充电除硫。
4.一种实现权利要求1所述方法的蓄电池高频谐波脉冲振荡除硫仪，其特征在于，包括交流输入电路、单片机、高频谐波振荡电路和与蓄电池充电单元数量相同的电压检测电路，高频谐波振荡电路包括与蓄电池充电单元数量相同的除硫输出电路，每个除硫输出电路接一个蓄电池充电单元；每个除硫输出电路的PWM控制信号输入端接单片机对应的PWM控制信号输出端；每个电压检测电路接一个蓄电池充电单元，每个电压检测电路的输出端接对应的单片机蓄电池电压信号输入端。
5.根据权利要求4所述的蓄电池高频谐波脉冲振荡除硫仪，其特征在于，电压检测电路采用差分放大电路，差分放大电路的两个输入分别接对应蓄电池充电单元的正极和负极，差分放大电路将蓄电池充电单元电压转换为0-2V的模拟电压供单片机AD转换电路；单片机获取每个蓄电池充电单元的电压，根据获取的电压值计算各蓄电池充电单元电压的平衡度，判断是否对最差的蓄电池充电单元进行单独除硫或根据电压值调整PWM信号输出的频率和/或脉冲宽度。
6.根据权利要求4所述的蓄电池高频谐波脉冲振荡除硫仪，其特征在于，交流输入电路包括输入变压器、交流输入电压检测电路及交流过欠压保护电路，交流输入电压检测电路包括采样变压器、采样电阻和整流滤波电路，采样变压器原边绕组接交流输入端，采样变压器副边绕组输出端接整流滤波电路，采样电阻与采样变压器副边绕组并接，整流滤波电路输出端接单片机输入电压信号输入端；交流过欠压保护电路包括三极管和继电器，继电器线圈第一端通过限流电阻接直流电源正极，另一端接地；三极管的基极接单片机过欠压保护信号输出端，发射极接地，集电极接继电器线圈第一端；继电器主触点与输入变压器原边绕组串接，输入变压器副边绕组接高频谐波振荡电路的整流滤波电路。
7.根据权利要求4所述的蓄电池高频谐波脉冲振荡除硫仪，其特征在于，高频谐波振荡电路包括整流滤波电路和防反二极管，除硫输出电路包括两个电子开关，整流滤波电路的正极输出端通过第一电子开关接除硫输出电路的正极输出端，整流滤波电路的负极输出端通过第二电子开关接除硫输出电路的负极输出端，防反二极管串接在整流滤波电路与除硫输出电路之间；两个电子开关的控制端接单片机同一PWM控制信号输出端。
8.根据权利要求5所述的蓄电池高频谐波脉冲振荡除硫仪，其特征在于，包括电流检测电路，电流检测电路包括差分放大电路和电流采样电阻，电流采样电阻串接在任一节电池的除硫输出电路与对应蓄电池之间，电流检测差分放大电路的两个输入端分别采样电阻的两端，电流检测差分放大电路的输出端接单片机；单片机根据获取的采样电流值调整PWM信号的脉冲宽度，当采样电流值大于设定值时，减小PWM信号的脉冲宽度。
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