CN203967213U - 一种铅酸蓄电池多线制在线除硫装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及铅酸蓄电池除硫技术领域，公开了一种铅酸蓄电池多线制在线除硫装置。它包括CPU中央处理器单元、尖脉冲发生控制除硫单元、继电器驱动集成电路单元、蓄电池电压采集单元，它还包括单个蓄电池切换电路单元，单个蓄电池切换电路单元的输出端与蓄电池组的每个单体电池的两端相连接；电压采集单元将实时采集到的单体电池电压信息传输给CPU中央处理器单元，某一时刻对某一单体电池是否发出脉冲由CPU中央处理器单元根据收到的信息发出指令，该指令通过光电隔离和继电器驱动集成电路单元由单个蓄电池切换电路单元执行，既可实现蓄电池在线均衡除硫，也可防止蓄电池继续出现硫化，提高了蓄电池的均匀性，提升了蓄电池的容量，延长了蓄电池寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及铅酸蓄电池除硫技术领域，具体的说是对铅酸蓄电池组中的每个单体电池进行分时循环除硫和电压信号采集检测的一种铅酸蓄电池多线制在线除硫装置。
背景技术
目前我国电力、通信等***直流后备电源应用最普遍的是免维护阀控式密封铅酸蓄电池。这种“免维护”铅酸蓄电池设计寿命一般在5年以上，但在实际使用中，蓄电池由于没有得到科学的养护，造成蓄电池组各单节电池均匀性出现差异，从而使整组蓄电池容量逐渐下降，使得蓄电池平均寿命往往低于5年。有的蓄电池即使在使用，也是在“带病”服役，一旦发生停电等紧急情况，作为直流后备电源的蓄电池不能正常放电，往往酿成重大事故。造成蓄电池潜在“带病”服役的原因主要是管理方法不当、维护方法不正确造成的。
通常造成铅酸蓄电池劣化的一个主要原因就是由于蓄电池组中各单节电池均匀性的差异，导致充电时各单体电池不均匀（放电后的电池如不能及时充饱就会产生“硫化”），蓄电池组中未充满的一节或某几节单体电池因充不饱而“硫化”，“硫化”的蓄电池内阻增大，这便使其与组内的其它各节电池的差异更大，进而导致电池内“硫化”加重，形成恶性循环，使电池在充放电使用过程中容量累积性下降，这是铅酸蓄电池劣化速度加快的主要原因。
针对蓄电池“硫化”问题，以前采取的是核对性放电的方式解决。许多行业如电力行业、通信行业蓄电池维护规程规定对达不到额定容量的蓄电池，在进行三次核对性放充电后，容量仍达不到额定容量的80%以上的，视为蓄电池报废，只有采取更换蓄电池的方式解决。后来也出现了各种蓄电池的离线式修复技术，但这类对蓄电池 “硫化” 的修复方法明显的缺陷是在蓄电池组严重劣化后才进行修复，而且是蓄电池必须退出运行才能进行离线式修复。
蓄电池正向尖脉冲除硫器技术，是近年来出现并广泛应用的蓄电池在线除硫技术。》（YD/T2064—2009）行业标准规定了通信用铅酸蓄电池正向尖脉冲式去硫化设备的要求、试验方法和检验规则等，为铅酸蓄电池在线除硫维护设备参数和除硫效率检验提供了标准依据。该技术将正向脉冲波施加于电池组两端，这种脉冲波与电池负极板上“硫化”的硫酸铅结晶产生共振，“击碎”并“溶解”大的硫酸铅结晶，使之溶于电解液中，成为小颗粒硫酸铅，而小颗粒硫酸铅可随着充电的进行，被分解为铅离子和硫酸根离子参与反应，最终变成铅及二氧化铅回到极板上，使硫酸铅结晶从极板上还原，从而恢复蓄电池容量。
现有的除硫设备的脉冲输出线连接在蓄电池组的两端，将尖脉冲波直接施加于蓄电池组的两端，除硫脉冲部分会被用电设备及整流器分流吸收，蓄电池组所能对尖脉冲能量的吸收量减少，蓄电池组的除硫效果不理想；并且高出浮充电压的尖脉冲容易对用电设备造成纹波干扰。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种铅酸蓄电池多线制在线除硫装置，以解决现有除硫设备脉冲输出线连接于蓄电池组的两端，尖脉冲能量被分散，除硫效果不理想，容易对用电设备造成纹波干扰的问题。
为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案为：
一种铅酸蓄电池多线制在线除硫装置，它包括CPU中央处理器单元、尖脉冲发生控制除硫单元、继电器驱动集成电路单元、电压采集单元，它还包括单个蓄电池切换电路单元，所述单个蓄电池切换电路单元与所述尖脉冲发生控制除硫单元、所述继电器驱动集成电路单元、所述电压采集单元相连接，所述单个蓄电池切换电路单元的输出端与蓄电池组的每个单体电池的两端相连接；所述电压采集单元将采集到的单个电池的电压信号传输给所述CPU中央处理器单元，所述CPU中央处理器单元给所述尖脉冲发生控制除硫单元、所述继电器驱动集成电路单元发出信号，单个蓄电池切换电路单元进行动作，为每个单体电池依次进行在线尖脉冲除硫或电压检测作业。
作为本实用新型的进一步改进，所述继电器驱动集成电路单元与数个光电隔离电路相连接，防止蓄电池电信号逆向传输。
作为本实用新型的更进一步改进，所述尖脉冲发生控制除硫单元包括脉冲发生电路、脉冲发生和电池检测转换电路，所述脉冲发生电路的输入端与所述CPU中央处理器单元相连接，所述脉冲发生和电池检测转换电路的输入端与所述CPU中央处理器单元相连接，所述脉冲发生和电池检测转换电路的输出端通过继电器与所述单个蓄电池切换电路单元连接，所述CPU中央处理器单元通过继电器的开合来对所述单个蓄电池切换电路单元控制，对所述蓄电池组的每个单体电池依次分时循环进行尖脉冲除硫或电压采样检测作业。
作为本实用新型的更进一步改进，所述脉冲发生电路发出的尖脉冲分时依次循环，一次只为蓄电池组中的一个单体电池除硫。
作为本实用新型的更进一步改进，所述电压采集单元由所述CPU中央处理器单元控制对组成蓄电池组的每个单体电池分时循环采集电压，一个除硫周期CPU中央处理器单元对蓄电池组的每个单体电池除硫效果进行一次评估，并由CPU中央处理器单元向尖脉冲发生控制除硫单元发出下一个除硫周期对蓄电池组每节单体电池分别给出继续除硫或停止除硫的不同指令。
电压采集为实时采集，一般1分钟采集一次；一个除硫周期为10~30天。
作为本实用新型的更进一步改进，所述脉冲发生电路所产生的脉冲信号为正向尖脉冲，某一时刻对某一单体电池是否发出脉冲由CPU中央处理器单元根据除硫效果评估结论发出的指令控制。
脉冲电流、脉冲幅度、脉冲频率和脉冲占空比大小根据不同的蓄电池适用情况由厂家参照相关标准设定。
作为本实用新型的更进一步改进，所述光电隔离电路的数量多于组成蓄电池组的单体电池的数量，多出的光电隔离电路用于脉冲发生和电池检测转换电路的隔离。
本实用新型的有益效果为：
（1）本实用新型采用在线式作业方式，除硫脉冲信号输出线分别连接蓄电池组每节电池的正、负两极,所述脉冲发生电路输出的正向尖脉冲直接施加到每个单体电池上，而不会被与蓄电池组并接的用电设备所吸收，提高了本实用新型对蓄电池的除硫效率；
（2）蓄电池组由多节单体电池串联组成，利用本实用新型除硫，由于可实现对蓄电池组的每节单体电池进行均衡除硫，因此能够提高蓄电池组各个单体电池性能的均匀性，从而有效提升电池容量，增强了蓄电池作为后备电源的安全可靠性；
（3）本实用新型利用所述单个蓄电池切换电路单元与蓄电池组的每节单体电池连接，可以通过电池电压采集电路检测每节电池的单体电压，为评估本实用新型对蓄电池的除硫效果提供依据；
（4）本蓄电池在线除硫设备长期挂接在蓄电池组每节单体电池上，某一时刻对某一单体电池是否发出脉冲由CPU中央处理器单元根据除硫效果评估结论发出指令控制，既可实现蓄电池在线均衡除硫，也可防止蓄电池出现硫化，延长了蓄电池的寿命；
（5）本实用新型在使用过程中除硫脉冲输出信号施加于用电设备两端的纹波干扰小于30mV，不会对用电设备的性能产生影响；
（6）本实用新型接入蓄电池组，正常工作后不再需要人工进行其它干预，减少了蓄电池的维护工作量。
附图说明
图1是现有技术两线制除硫设备接线示意图；
图2是本实用新型使用状态接线示意图；
图3是本实用新型的电路原理框图；
图4是本实用新型中尖脉冲发生控制除硫单元和电池电压采集单元电路示意图；
图5是本实用新型中继电器驱动集成电路单元电路示意图；
图6是本实用新型中单个蓄电池切换电路单元电路示意图；
图7是本实用新型使用接线图；
图8是本实用新型应用于某一通信基站蓄电池除硫前后单体电压对比截图；
图9是本实用新型应用于另一通信基站蓄电池除硫前后单体电压对比截图；
图中：1、CPU中央处理器单元，2、尖脉冲发生控制除硫单元，3、继电器驱动集成电路单元，4、电压采集单元，5、单个蓄电池切换电路单元，6、蓄电池组，8、用电设备，9、整流器，21、脉冲发生电路，22、脉冲发生和电池检测转换电路，31、光电隔离电路。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。
如图2至7所示的一种铅酸蓄电池多线制在线除硫装置，它包括CPU中央处理器单元1、尖脉冲发生控制除硫单元2、继电器驱动集成电路单元3、电压采集单元4，它还包括单个蓄电池切换电路单元5，单个蓄电池切换电路单元5与尖脉冲发生控制除硫单元2、继电器驱动集成电路单元3、电压采集单元4相连接，单个蓄电池切换电路单元5的输出端与蓄电池组6的每个单体电池的两端相连接；电压采集单元4将采集到的单个电池的电压信号传输给CPU中央处理器单元1，CPU中央处理器单元1给尖脉冲发生控制除硫单元2、继电器驱动集成电路单元3发出信号，单个蓄电池切换电路单元5进行动作，为蓄电池组6的每个单体电池依次进行在线尖脉冲除硫或电压检测作业。
继电器驱动集成电路单元3与数个光电隔离电路31相连接，防止蓄电池电信号逆向传输。光电隔离电路31的数量比组成蓄电池组6的每个单体电池的数量多，多出的光电隔离电路31用于脉冲发生和电池检测转换电路22的隔离。
尖脉冲发生控制除硫单元2包括脉冲发生电路21、脉冲发生和电池检测转换电路22，脉冲发生电路21的输入端与CPU中央处理器单元1相连接，脉冲发生和电池检测转换电路22的输入端与CPU中央处理器单元1相连接，脉冲发生和电池检测转换电路22的输出端通过继电器与单个蓄电池切换电路单元5相连接，CPU中央处理器单元1通过继电器的开合来对单个蓄电池切换电路单元5控制，对蓄电池组6的每个单体电池依次分时循环进行尖脉冲除硫或电压采样检测作业。脉冲发生电路21发出的尖脉冲分时依次循环，一次只为蓄电池组6中的1个单体电池除硫。电压采集单元4由CPU中央处理器单元1控制对组成蓄电池组6的每个单体电池分时循环采集电压，一个除硫周期（10~30天）CPU中央处理器单元1对蓄电池组6的每个单体电池除硫效果进行1次评估，并由CPU中央处理器单元1向尖脉冲发生控制除硫单元2发出下一个除硫周期对蓄电池组6的每节单体电池分别给出继续除硫或停止除硫的不同指令。电压采集为实时采集，一般1分钟采集一次。
脉冲发生电路21所产生的脉冲信号为正向尖脉冲，某一时刻对某一单体电池是否发出脉冲由CPU中央处理器单元1根据除硫效果评估结论发出的指令控制。脉冲电流、脉冲幅度、脉冲频率和脉冲占空比大小根据不同的蓄电池适用情况由厂家参照相关标准设定。
如图2所示，蓄电池组6由n节电池BT1、BT2、……、BTn串连而成，本实用新型设有n+1条除硫输出线L1、L2、……、Ln+1分别加在蓄电池组6的n个单节电池BT1、BT2、……、BTn的两端，分时循环工作，形成独立的n个电流圈，除硫脉冲能量不会被用电设备8及整流器9分流，绝大部分尖脉冲能量被蓄电池组6的各单体电池BT1、BT2、……、BTn所吸收，有效提升了本实用新型对蓄电池组6的除硫效率。
由于本实用新型的除硫脉冲纹波干扰小于30mV，不会对用电设备8产生影响。
本实用新型中尖脉冲发生控制除硫单元2和电压采集单元4的电路结构如图4所示，CPU中央处理器单元1的第22脚、第23脚分别接脉冲发生电路21的PWM1、PWM2，CPU中央处理器单元1的第10脚接电压采集单元4的电压信号输送电路AD3。
本实用新型中继电器驱动集成电路单元3的结构如图5所示，由图4中CPU中央处理器单元1的第15脚引出的OUT1接图5中光电隔离电路31的2端，光电隔离电路31的4端接继电器驱动集成电路3的U38的1B引脚OUTC1。
本实用新型中单个蓄电池切换电路单元5的结构如图6所示，由图5中继电器驱动集成电路单元3的U38的1C引脚引出的JD1接图6中单个蓄电池切换电路5的D1信号输入端JD1，单个蓄电池切换电路单元5的继电器输出端4、3分别接于蓄电池组6第1节电池BT1的正、负极两端。图6中24个继电器的每个输出端4、3分别接蓄电池组6每节电池BT1、BT2、……、BTn的正、负极两端。图6中单个蓄电池切换电路单元5的继电器输入端BT+、BT-分别与图4中脉冲发生和电池检测转换电路22的继电器输出端BT+、BT-连接。
其中CPU中央处理器单元1的OUT1通过图5的继电器驱动集成电路单元3，将控制信号输入图6的单节蓄电池切换电路单元5的继电器输入端JD1，控制图6中的单个蓄电池切换电路单元5的JD1继电器3、4吸合，将单体电池BT1切入电路，其他电池回路被切断。图4中脉冲发生电路21发出的脉冲通过脉冲发生电路21的BT+、BT-输入图6的单个蓄电池切换电路单元5的继电器输入端BT+、BT-，为图6中蓄电池组6第1个单体电池BT1除硫。由于控制信号分时循环工作，同一时刻图6中其他继电器未接到信号，JD2至JD24的继电器3、4未吸合，BT2至BT24也就不会接收到除硫脉冲。
图4中CPU中央处理器单元1引出的OUT1至OUT26，与图5中的26个光电隔离输入电路31相连接，26个光电隔离电路31中的26个输出端与图5中继电器驱动集成电路单元3的U38至U41的26个输入端OUTC1至OUTC26连接，继电器驱动集成电路单元3的U38至U41的26个输出端JD1至JD26与图6中单个蓄电池切换电路单元5的26个继电器输入端JD1至JD26连接。这26路信号均由CPU中央处理器单元1控制，其中CPU中央处理器单元1的OUT1至OUT26通过26个光电隔离电路31和继电器驱动集成电路单元3中的U38至U41，将26个控制信号分别输入图6的单个蓄电池切换电路单元5的26个继电器输入端JD1至JD26，其中单个蓄电池切换电路单元5中的24个继电器JD1至JD24分别控制由图4中脉冲发生电路21发出的脉冲（通过BT+、BT-端输入图6的单个蓄电池切换电路单元5的继电器BT+、BT-端）分时依次循环，一次只为图6中蓄电池组6的其中1个单体电池除硫。
图6中继电器JD25控制图4中脉冲发生和电池检测转换电路22的继电器JD25，图4中继电器JD25的3、4端吸合，BT+、BT-端有除硫脉冲输出；图4中继电器JD25的3、4端断开，BT+、BT-端没有除硫脉冲输出，此时图4中继电器JD25的1、2端吸合，电压采集单元4通过BT+、BT-端采集图6中继电器3、4端吸合的蓄电池组6中相应单体电池的端电压。电压采样同样由CPU中央处理器单元1控制分时循环采集，对单体电池而言，蓄电池除硫时不采集电压；采集电压时，蓄电池不除硫。
电压采集为实时采集，一般1分钟采集一次。一个除硫周期（10~30天）CPU中央处理器单元1对蓄电池组6的每个单体电池除硫效果进行1次评估，并由CPU中央处理器单元1向尖脉冲发生控制除硫单元2发出下一个除硫周期对蓄电池组6的每节单体电池分别给出继续除硫或停止除硫的不同指令。
每个除硫周期结束后，CPU中央处理器单元1都会通过电压采集单元4对蓄电池组6的每节单体电池用分时循环的方法检测每节电池的单体电压值。一个除硫周期结束后，蓄电池组6中单体电池电压会有三种变化情况，即向蓄电池组6平均电压值收敛、向相反方向发散、无明显变化。连续两个除硫周期，蓄电池组6中单体电池电压仍无明显变化的，则表明脉冲除硫已达到效果，CPU中央处理器单元1向尖脉冲发生控制除硫单元2发出指令，下一个除硫周期，停止对该单体电池进行脉冲除硫；连续两个除硫周期蓄电池组6中单体电池电压向蓄电池组平均电压值收敛的，下一个除硫周期，继续对其进行脉冲除硫；连续两个除硫周期，蓄电池组6中单体电池电压向蓄电池组6平均电压值相反方向发散的，则表明这种脉冲除硫模式对该电池无效或该电池系其它原因导致劣化，已无法修复，CPU中央处理器单元1向尖脉冲发生控制除硫单元2发出指令，下一个除硫周期，停止对该单体电池进行脉冲除硫。某一时刻对某一单体电池是否发出脉冲由CPU中央处理器单元1根据除硫效果评估结论向尖脉冲发生控制除硫单元2发出控制指令。
JD26为备用继电器，用于其他控制。
图7 是本实用新型除硫设备的使用接线图，一台本实用新型可同时为24节2V蓄电池组6除硫；也可设定不同的除硫脉冲幅度，为24节12V蓄电池组除硫，多台级联可为不同节数的蓄电池组除硫。
图8是本实用新型应用于某一通信基站第1组2V×24节蓄电池加装本实用新型多线制在线除硫设备40天后的单体电压监测对比截图。图中，与每个电池标号对应的有两个表示该标号电池电压高低的柱形图，其中前面一个柱形图为初始值，后面一个柱形图为当前值。从图中可以看出，8号电池由初始电压2.198V回升到2.243V。如不进行尖脉冲在线除硫，该蓄电池组放电能力将很差；除硫运行40天（2014年1月21日至2014年3月1日）后，8号电池直接恢复，使蓄电池组整体电池容量得到提升，避免了整组电池报废。
图9是本实用新型应用于另一通信基站2V×24节蓄电池加装本实用新型多线制在线除硫设备45天（2014年1月15日至2014年3月1日）后的单体电压监测对比截图。图中，与每个电池标号对应的有两个表示该标号电池电压高低的柱形图，其中每个电池标号前面一个柱形图为初始值，后面一个柱形图为当前值。由图中可以看出，45天后所有电池单体电压均向蓄电池组平均电压收敛，即所有电池单体电压均趋向平均值，除硫效果明显。
本实施例中蓄电池组为24节单体电池，每个单体电池电压为2V，CPU中央处理器单元所用芯片的型号为STM32F103R8(B)T6，继电器驱动集成电路单元所用芯片型号为：ULN2003。利用本实用新型的工作原理，本实用新型可设计为不同单节电池电压（如2V、12V等）和不同节数（如18节、24节、56节等）的各种组合的铅酸蓄电池组除硫和在线单体电池监测。
Claims (7)
1.一种铅酸蓄电池多线制在线除硫装置，它包括CPU中央处理器单元（1）、尖脉冲发生控制除硫单元（2）、继电器驱动集成电路单元（3）、电压采集单元（4），其特征在于：它还包括单个蓄电池切换电路单元（5），所述单个蓄电池切换电路单元（5）与所述尖脉冲发生控制除硫单元（2）、所述继电器驱动集成电路单元（3）、所述电压采集单元（4）相连接，所述单个蓄电池切换电路单元（5）的输出端与蓄电池组（6）的每个单体电池的两端相连接；所述电压采集单元（4）将采集到的单个电池的电压信号传输给所述CPU中央处理器单元（1），所述CPU中央处理器单元（1）给所述尖脉冲发生控制除硫单元（2）、所述继电器驱动集成电路单元（3）发出信号，单个蓄电池切换电路单元（5）进行动作，为蓄电池组（6）的每个单体电池依次进行在线尖脉冲除硫或电压检测作业。
2.根据权利要求1所述的一种铅酸蓄电池多线制在线除硫装置，其特征在于：所述继电器驱动集成电路单元（3）与数个光电隔离电路（31）相连接，防止蓄电池电信号逆向传输。
3.根据权利要求1所述的一种铅酸蓄电池多线制在线除硫装置，其特征在于：所述尖脉冲发生控制除硫单元（2）包括脉冲发生电路（21）、脉冲发生和电池检测转换电路（22），所述脉冲发生电路（21）的输入端与所述CPU中央处理器单元（1）相连接，所述脉冲发生和电池检测转换电路（22）的输入端与所述CPU中央处理器单元（1）相连接，所述脉冲发生和电池检测转换电路（22）的输出端通过继电器与所述单个蓄电池切换电路单元（5）相连接，所述CPU中央处理器单元（1）通过继电器的开合来对所述单个蓄电池切换电路单元（5）控制，对所述蓄电池组（6）的每个单体电池依次分时循环进行尖脉冲除硫或电压采样检测作业。
4.根据权利要求3所述的一种铅酸蓄电池多线制在线除硫装置，其特征在于：所述脉冲发生电路（21）发出的尖脉冲分时依次循环，一次只为蓄电池组（6）中的一个单体电池除硫。
5.根据权利要求3所述的一种铅酸蓄电池多线制在线除硫装置，其特征在于：所述电压采集单元（4）由所述CPU中央处理器单元（1）控制对组成蓄电池组（6）的每个单体电池分时循环采集电压。
6.根据权利要求3所述的一种铅酸蓄电池多线制在线除硫装置，其特征在于：所述脉冲发生电路（21）所产生的脉冲信号为正向尖脉冲。
7.根据权利要求2所述的一种铅酸蓄电池多线制在线除硫装置，其特征在于：所述光电隔离电路（31）的数量多于组成蓄电池组（6）的单体电池的数量，多出的光电隔离电路（31）用于脉冲发生和电池检测转换电路（22）的隔离。
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