CN1801523A - 大容量密封铅酸蓄电池的无损修复装置 - Google Patents
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Abstract
大容量密封铅酸蓄电池的无损修复装置，其特征是：主要包括单片机控制处理电路(1)、PWM波形整形驱动电路(2)、受控电子开关(3)，由直流电源电路(6)将直流电供给所述的受控电子开关(3)，经受控电子开关(3)变换成脉冲电流供给被修复的电池(7)；由单片机控制处理电路(1)根据检测到的被修复电池的电压、温度数据输出波形宽度调节脉冲，经PWM波形整形驱动电路(2)来控制受控电子开关(3)的通断及控制修复脉冲电流大小。本发明输出峰值脉冲电流可根据蓄电池的端电压自动调整，使被修复的蓄电池处于能够接受的最大修复脉冲电流下工作，提高了效率；适用于铅酸蓄电池生产厂、矿山、汽车维修、电力、通信等部门使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种用电子脉冲的方法清除铅酸蓄电池极板内部硫酸铅结晶，恢复电池容量的修复装置，特别是一种大容量密封铅酸蓄电池的无损修复装置。
背景技术
铅酸蓄电池的使用保存待用很普遍，例如铅酸蓄电池生产厂、矿山、汽车维修等部门所使用的铅酸蓄电池，由于受气候环境、频繁停电而充电不足以及蓄电池长期处于待用状态的影响，在蓄电池极板内部会逐渐生成一种粗大坚硬的硫酸铅结晶体，堵塞了负极板海绵状Pb微孔，阻碍电能、化学能的互相转换，引起电池容量逐渐下降甚至报废。目前，采用电子脉冲方式来清除铅酸蓄电池极板内部的硫酸铅结晶，以恢复电池容量的器械逐渐被公认和应用，以解决该问题。但是，该类器械是采用小脉冲电流输出，且不能按电池状态进行自动调整脉冲电流以达到高效修复；因此，在上述行业中，应用该类器械进行大容量密封式铅酸蓄电池的修复时，往往需要持续几个月甚至半年才能体现出效果，大大降低了修复效率。
在中国专利02160469.X智能蓄电池在线修复***和方法中公开了另一种修复方案，修复***包括扫荡—共振频率模块和同步—干扰抑制模块，由扫荡—共振频率模块向电池提供一个可变频率、宽度、幅度的脉冲扰动信号同时检测分析电池组的电池电压差和落后电池的内阻通量变化，然后应用具有特定频率、宽度和幅度范围的共振脉冲，以修复落后电池并恢复电池组的一致性和可靠性，利用UPS***的浮充电流来清除硫酸铅结晶进行在线修复。但其整个***的功耗小，向被修复的蓄电池供给的脉冲电流微弱，因为大容量电池的内阻通常都是小于几个毫欧，将此信号并接到电池两端，很大一部分都被电池本身吸收掉了。也难以将UPS***浮充电流变为受其可变频率、宽度、幅度控制的脉冲电流。另外，因为过快的脉冲频率，电池内化学反应的速度跟不上电脉冲的速度，反而降低修复效率。
发明内容
本发明目的是提供一种大容量密封铅酸蓄电池的无损修复装置，以克服小脉冲电流修复装置输出脉冲效率低的问题，且保证铅酸蓄电池无损修复。输出峰值脉冲电流可以根据蓄电池的端电压自动调整，以使被修复的蓄电池处于能够接受的最大修复脉冲电流下工作，提高了效率。在修复过程中严格控制电池端电压，不会因脉冲电流过大，电池端电压过高而损伤电池。实现对极板无损伤、对寿命无影响的无损修复。
本发明采用的技术方案是：本发明为大容量密封铅酸蓄电池的无损修复装置，包括直流电源电路，其特征在于：还包括单片机控制处理电路(以下简称单片机电路)、PWM波形整形驱动电路(以下简称整形驱动电路)、受控电子开关(以下简称电子开关)，由所述的直流电源电路将所需的直流电供给所述的电子开关，经所述的电子开关变换成脉冲电流供给被修复的电池；由所述的单片机电路根据检测到的被修复电池的电压、温度数据经运算后输出PWM(脉冲宽度调制)脉冲，经所述的整形驱动电路来控制所述的受控电子开关的通断及控制修复脉冲电流大小。
还具有受所述的单片机电路控制的显示电路，以显示工作状态。
还具有极性保护电路(以下简称保护电路)，防止用户误操作将电池极性接反导致损坏本修复装置。
所述的单片机控制处理电路包括：
单片机U1，处理控制***的操作；
由电容C5、C6、石英振荡器Y1组成的时钟电路与单片机相连，提供给单片机处理用的时钟信号；
由包括电阻R1、R2、R3、RP1、稳压器U2组成的电压基准电路与单片机1相连，提供给单片机处理用的精密基准电压；
由包括电阻R4、RT1、R5、电容C7组成的环境温度检测电路与单片机相连，将环境温度转换成电压提供给单片机1，单片机根据温度电压与被修复电池的端电压判断，输出可变占空比的PWM脉冲传到整形驱动电路；
由包括电阻R18、R19、R20、R21、二极管D5、D6、D7、D8组成的状态指示电路与单片机1相连，显示工作状态。
所述的PWM(脉冲宽度调制)波形驱动整形电路包括由电阻R6、R7、三极管Q4组成的倒相放大电路，与单片机1相连，以将从单片机输出的PWM脉冲倒相放大；由电阻R8、电容C8、触发器U3(U3D、U3E、U3F)组成的加速及整形电路，其输入端与倒相放大电路相连，输出端与电子开关相连。以将PWM脉冲再倒相整形后供给电子开关作驱动用。
所述的受控电子开关包括开关管Q5，其输入端与加速及整形电路相连，输出端与被修复的蓄电池直流电源相连。以向被修复的蓄电池提供受控制的PWM脉冲修复电流。
所述的显示电路包括单片机U6、石英振荡器Y2、电容C10、C11、排阻PR1、R22、R23、R24、R25、三极管Q7、Q8、Q9、Q10、数码管DS1A、DS2A、DS3A、DS4A，单片机U6的I/O口和数据口分别与单片机U1的相应数据口及I/O口连接；通过单片机数据口及I/O口传输过来的数据经处理后作电压显示。
所述的保护电路包括二极管D3、电阻R9、R10、三极管Q6、二极管D4、继电器K1、电阻R11、二极管D10，二极管D3与单片机U1相连，继电器K1的常开触点与直流电源和电子开关相连，以通断该直流电源。当正确连接电池极性时，继电器K1吸合；当反接时，二极管D3不导通，三极管Q6截止，继电器K1不动作，无电加到开关管Q5，保护其安全，同时二极管D10因反偏点亮发出警示。
每台修复装置可具有两组或多组相同结构的单片机电路、整形驱动电路、电子开关、保护电路，直流电源，可以同时修复两个或多个大容量密封铅酸蓄电池，相互之间不会产生干扰。显示电路是共用的，I/O端口连接多个相同电路结构的单片机电路1，以多路相同结构输出，同时修复多个电池。
本发明采用包括单片机电路、整形驱动电路、电子开关等电路，由直流电源电路将直流电供给电子开关，经电子开关变换成脉冲电流供给被修复的电池，进行充电修复；由单片机电路根据检测到的被修复电池的电压、温度数据经运算后输出脉冲宽度可调的脉冲，经所述的整形驱动电路来自动控制所述的受控电子开关的通断及控制修复脉冲电流大小。单片机输出的脉冲的频率是固定不变的，只有脉冲宽度在变化，利用电子开关在不断的导通与截止期间，脉冲上升沿分解的谐波振荡频率与硫酸铅分子产生共振，在脉冲电流的作用下，把粗大的硫酸铅结晶逐渐变小，消失，恢复电池容量，使因硫化导致容量下降或报废的蓄电池可重新利用。在单片机电路的控制下，输出峰值脉冲电流可以根据蓄电池的端电压，通过整形驱动电路、电子开关自动调整，以使被修复的蓄电池处于能够接受的最大修复脉冲电流下工作，显著提高了效率。在修复过程中通过单片机严格控制电池端电压，不会因脉冲电流过大，电池端电压过高而损伤电池。实现对极板无损伤、对寿命无影响的无损修复。
本发明装置中，在单片机的控制下，可具有两组或多组相同结构电路的整形驱动电路、电子开关、保护电路、以及直流电源，可以同时修复两个或多个大容量密封式铅酸蓄电池，相互之间不会产生干扰。
综上所述，本发明输出峰值脉冲电流可以根据蓄电池的端电压自动调整，以使被修复的蓄电池处于能够接受的最大修复脉冲电流下工作，提高了效率，克服小脉冲电流修复装置输出脉冲效率低的问题；且保证铅酸蓄电池的无损修复，在修复过程中能严格控制电池端电压，不会因脉冲电流过大，电池端电压过高而损伤电池，实现对极板无损伤、对寿命无影响的无损修复。本发明适用于铅酸蓄电池生产厂、矿山、汽车维修、电力、通信等部门使用。
附图说明
图1是本发明的电路原理方框图。
图2是本发明的电路原理图。
图中代号说明
1单片机电路(单片机控制处理电路) 2驱动整形电路(PWM波形整形驱动电路)
3电子开关(受控电子开关) 4显示电路 5保护电路(极性保护电路)
6直流电源电路 6A直流电源 7被修复电池
B1交流变压器
C0、C1～C11电容 CON3～CON6连接器
D1～D4二极管 D5～D10发光二极管 DS1A～DS4A八段共阴数码管
K1、K2直流继电器 POWER1恒压限流式开关电源
Q1、Q3、Q4、Q6～Q10三极管， Q2、Q5开关管(场效应管)
R1～R25电阻 RP1电位器 PR1排阻 RT1负温度系数热敏电阻
U1单片机 U2稳压器 U3施密特触发器
U4、U5三端稳压器
U6单片机 Y1、Y2石英振荡器
具体实施方式：
如图1所示为本发明的电路原理方框图，包括单片机电路1、整形驱动电路2、电子开关3、直流电源电路6，由直流电源电路6将所需的直流电供给电子开关3，经电子开关3变换成脉冲电流供给被修复的电池7；由单片机电路1根据检测到的被修复电池的电压、温度数据经运算后输出PWM脉冲，经整形驱动电路2来控制电子开关3的通断及控制修复脉冲电流的大小。
还具有通过I/O口和DATA(数据)口受单片机电路1控制的显示电路4。
如图2，还具有保护电路5，防止用户误操作将电池极性接反导致损坏本修复装置。
如图2所示是本发明的电路原理图，单片机电路1包括有：
单片机U1(PIC16F73)；
由电容C5、C6、石英振荡器Y1组成的时钟电路与单片机U1相连，负责提供单片机U1处理的时钟信号；
由电阻R1、R2、R3、电位器RP1、稳压器U2组成的电压基准电路与单片机U1相连，负责提供单片机处理的精密基准电压。
由电阻R4、R5、热敏电阻RT1、电容C7组成的环境温度检测电路与单片机U1相连，将环境温度转换成电压，单片机1根据测得的温度电压与被修复电池的端电压判断，输出可变占空比的PWM脉冲。
由电阻R18、R19、R20、R21、二极管D5、D6、D7、D8组成的状态指示电路与单片机U1的LED1、2、3、4端口相连，显示本装置的工作状态。
所述的整形驱动电路2包括倒相放大电路和加速及整形电路；由电阻R6、三极管Q4、电阻R7组成的倒相放大电路，与单片机U1的Pwm1端口相连，将从单片机U1输出的PWM脉冲倒相放大；由电阻R8、电容C8、触发器U3组成的加速及整形电路，其输入端与倒相放大电路相连，输出端与电子开关3相连，以将PWM脉冲再倒相整形后供给电子开关3作驱动用。施密特触发器U3具有3个并联的U3D、U3E、U3F，目的是增强其驱动电子开关的能力。
所述的电子开关3包括开关管Q5(IRF3205)，其输入端与整形电路2中的触发器U3相连，输出端与被修复的蓄电池及直流电源相连，以向被修复的电池7提供受控制的脉冲修复电流。
所述的显示电路4包括单片机U6(PIC16F74)、石英振荡器Y2、电容C10、C11、电阻PR1、R22、R23、R24、R25、三极管Q7、Q8、Q9、Q10、数码管DS1A、DS2A、DS3A、DS4A，单片机U6的I/O口和数据口分别与单片机U1的相应数据口及I/O口连接；通过单片机1的数据口及I/O口传输过来的数据经处理后作电压显示。具体连接为：单片机U1的数据端口的连接器CON4与显示电路4的连接器CON5连接，I/O口disp1、disp2与显示电路4的I/O口disp1、disp2连接。显示电路采用轮流的方式显示每组电池的电压值，数码管DS1A负责显示当前的序号(组数)，数码管DS2A、DS3A、DS4A负责显示电池的电压值。
所述的保护电路5，包括二极管D3、电阻R9、R10、三极管Q6、二极管D4、继电器K1、电阻R11、二极管D10；二极管D3与U1的A/D2口相连，继电器K1的常开触点与电子开关3的开关管Q5相连，以通断该直流充电电源。保护电路5中的接线端子CON7与被修复电池连接：即接线端子CON7的1、2脚与电池正极柱短路相连，CON7的3、4脚与电池负极柱短路相连；当正确连接电池极性时，继电器K1吸合；当反接时，D3不通，三极管Q6截止，继电器K1不动作，无电加到开关管Q5，保护开关管的安全，同时二极管D10因反偏点亮发出警示。
单片机U1可同时控制由两组相同结构的整形驱动电路2、电子开关3、保护电路5和直流电源6A，可以同时修复两个大容量密封式铅酸蓄电池，相互之间不会产生干扰。本实施例中，在图2中左上角示出了另一组相同布置的整形驱动电路、电子开关、保护电路和另一直流电源6A(未示出)，作为另一组电池的修复用。显示电路4是共用的，I/O端口可以连接4个相同电路结构的单片机电路1，每台大容量密封铅酸蓄电池的无损修复装置最多可达8路相同结构输出，可同时修复8块大容量铅酸蓄电池。
如图2右上角所示为向***供电的直流电源电路6，当电源开关SW1闭合时，市电一路经过直流电源6A(提供充电电流)变换成适合维修电池的恒定电压电流(+5V/5A)。另一路(提供控制电流)经过保险丝F2及电源变压器B1输出AC15V电压，经桥式整流BR1整流C0滤波后获得DC18V左右电压，经U4稳压获得12V电压供给继电器K1线圈以及整形驱动电路2。再经U5稳压后获得5V电压供给单片机电路1及显示电路4。
当本装置工作时，保护电路5中的接线端子CON7的1、2脚与电池正极柱短路相连，3、4脚与电池负极柱短路相连；电池电压经CON7的2、3连线直接进入U1的A/D口，减小线阻带来的测量误差。极性连接正确时，极性保护电路5中的二极管D3正偏导通，电池电压经R9、R10分压使三极管Q6导通，继电器K1线圈得电，触点闭合，使电子开关3得电，电压加到Q5漏极。同时，单片机U1的端口A/D2(另一路为A/D1)检测到电池电压，开始启动工作，并将检测到的电池电压、电池环境温度电压(由热敏电阻RT1测得，与R4分压经单片机U1的Tsense端口传入)输入到U1，与设定的浮充电压作比较。
如果电池的实测电压低于设定的浮充电压，则单片机U1经端口Pwm1(另一路为Pwm2)输出一串周期为120uS，占空比为95％的控制脉冲供给整形驱动电路2中的Q4；同时输出高电平，使二极管D5点亮，指示工作状态。如果电池实测电压高于设定的浮充电压，则输出高电平使二极管D6点亮，同时单片机U1输出在周期不变的情况下阶梯式的减少脉冲宽度(占空比)，最小占空比减少到5％，如果此时电池端电压还继续上升超过限定电压时，单片机U1的端口Pwm1停止输出，电子开关3关断，没有脉冲电流加到被修复的电池两端，电池端电压回落。
由单片机U1输出的PWM脉冲经整形驱动电路2中的电阻R6、R7、三极管Q4倒相放大。由电阻R8、电容C8、触发器U3组成的加速及整形电路2将PWM脉冲再倒相整形后供给电子开关作驱动，控制了开关管Q5不断的导通与截止，使直流电源6A的直流电流变为受控制的脉冲电流加到被修复蓄电池的两端。
单片机U1将检测到的电池实际电压作A/D转换后，通过数据端口的连接器CON4与显示电路4的连接器CON5相互连接，I/O口disp1、disp2与显示电路4的I/O口disp1、disp2互相连接，并发送通讯数据，使单片机1处理的实时电池端电压通过显示电路4中的数码管显(图中DS2A、DS3A、DS4A)示出来，让用户直观的了解电池的修复情况。
本发明经使用对比，效果如下：
与现有小脉冲电流修复装置比较，由于本发明装置有根据电池电压和环境温度自动调节控制修复脉冲电流的单片机U1，所以其初始脉冲电流可以选取很大，达到0.1％～0.5％C10(C10为电池10小时率电流放电的标称容量)甚至更大，可以加速维修进程。200Ah～1000Ah只需48小时到168小时便可清除干净电池内部的硫酸铅结晶。当端电压达到密封电池析气电压时，单片U1会自动的减小控制脉冲的占空比，即减小电流。甚至完全切断电流，防止过充电对密封电池的损伤；而现有的小电流脉冲修复装置，由于要顾及后期过充电对电池的影响，其脉冲电流一般选取很小，约0.01％～0.05％C10，自始至终用小脉冲电流对电池进行修复，也能保证电池不会过充电，但是修复效率明显降低，相同容量的铅酸蓄电池，往往需要三个月以上才能体现出效果。
Claims (9)
1、大容量密封铅酸蓄电池的无损修复装置，包括直流电源电路，其特征在于：还包括单片机控制处理电路(1)、PWM波形整形驱动电路(2)、受控电子开关(3)，由所述的直流电源电路(6)将所需的直流电供给所述的受控电子开关(3)，经所述的受控电子开关(3)变换成脉冲电流供给被修复的电池(7)；由所述的单片机控制处理电路(1)根据检测到的被修复电池的电压、温度数据经运算后输出波形宽度调节脉冲，经所述的PWM波形整形驱动电路(2)来控制所述的受控电子开关(3)的通断及控制修复脉冲电流大小。
2、根据权利要求1所述的大容量密封铅酸蓄电池的无损伤修复装置，其特征是：还具有受所述的单片机控制处理电路(1)控制的显示电路(4)。
3、根据权利要求2所述的大容量铅酸蓄电池的无损伤修复装置，其特征是：还具有极性保护电路(5)。
4、根据权利要求1或2或3所述的大容量密封铅酸蓄电池的无损伤修复装置，其特征是所述的单片机控制处理电路(1)包括：
单片机(U1)；
由电容(C5、C6)、石英振荡器(Y1)组成的时钟电路与单片机(U1)相连；
由包括电阻(R1、R2、R3)、电位器(RP1)、稳压器(U2)组成的电压基准电路与单片机(U1)相连；
由包括电阻(R4、R5)、热敏电阻(RT1)、电容(C7)组成的环境温度检测电路与单片机(U1)相连；
由包括电阻(R18、R19、R20、R21)、二极管(D5、D6、D7、D8)组成的状态指示电路与单片机(U1)相连。
5、根据权利要求4所述的大容量密封铅酸蓄电池的无损伤修复装置，其特征是：所述的PWM波形驱动整形电路(2)包括由电阻(R6、R7)、三极管(Q4)组成的倒相放大电路，与所述的单片机(U1)相连；由电阻(R8)、电容(C8)、触发器(U3)组成的加速及整形电路，其输入端与倒相放大电路相连，输出端与受控电子开关(3)相连。
6、根据权利要求4所述的大容量密封铅酸蓄电池的无损伤修复装置，其特征是：所述的受控电子开关(3)包括开关管(Q5)，其输入端与加速及整形电路(2)相连，输出端与被修复的蓄电池直流供电线路(6)相连。
7、根据权利要求4所述的大容量密封铅酸蓄电池的无损伤修复装置，其特征是：
所述的显示电路(4)包括单片机(U6)、石英振荡器(Y2)、电容(C10、C11)、排阻(PR1)、电阻(R22、R23、R24、R25)、三极管(Q7、Q8、Q9、Q10)、数码管(DS1A、DS2A、DS3A、DS4A)，单片机(U6)的I/O口和数据口分别与单片机(U1)的相应数据口及I/O口连接。
8、根据权利要求4所述的大容量密封铅酸蓄电池的无损伤修复装置，其特征是：所述的极性保护电路(5)包括二极管(D3)、电阻(R9、R10)、三极管(Q6)、二极管(D4)、继电器(K1)、电阻(R11)、二极管(D10)，二极管(D3)与单片机(U1)相连，所述的继电器(K1)的常开触点与电池的受控电子开关(3)相连，以通断该直流充电电源。
9、根据权利要求4所述的大容量密封铅酸蓄电池的无损伤修复装置，其特征是：单片机(U1)同时控制由多组相同结构的整形驱动电路(2)、电子开关(3)、保护电路(5)和直流电源(6)，在相互不干扰下，同时修复多个大容量密封式铅酸蓄电池。
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