CN218385370U - 一种蓄电池组均衡修复装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种蓄电池组均衡修复装置，属于蓄电池技术领域，解决蓄电池硫化造成的容量下降和整组修复不均衡问题。该装置包括：特频恒流源与控制信号生成单元连接，其输出端与各个单体电池的正负极分时连接；静态阻抗测试单元，其输入端与各个单体电池的正负极分时连接；PWM生成单元的输入端与静态阻抗测试单元和动态复合脉冲谐波能量测试单元连接，其输出端连接复合脉冲谐波修复单元；复合脉冲谐波修复单元根据控制信号生成单元分时连接各个单体电池，用于通过复合脉冲谐波电压分时修复各个单体电池；动态复合脉冲谐波能量测试单元采集各个单体电池两端的复合脉冲谐波信号。通过不同复合脉冲谐波能量均衡修复电池组的不同单体电池。

Description

一种蓄电池组均衡修复装置

技术领域

本实用新型涉及蓄电池技术领域，尤其涉及一种蓄电池组均衡修复装置。

背景技术

铅酸蓄电池的失效跟生成工艺、使用方式、环境等因素都有很大关系。电池的失效是失水伴随硫化造成电池内阻增加，电池受容性降低后充电过程产生热，从而加速失水和硫化，到一定程度后电解液密度过高出现极板软化、腐蚀、鼓包直至电池报废，因此硫化(硫酸铅结晶)是导致电池失效的根本原因。

蓄电池硫化的原因包括以下不正常使用：大电流放电、小电流深度放电、充电不及时、长期搁置以及长时间浮充条件下不放电。

铅酸蓄电池工作在放电状态时在电解液中会形成硫酸铅，当硫酸铅的浓度达到一定的阈值时就会发生结晶，结晶后的硫酸铅不能再参与到循环反应中，从而造成铅酸蓄电池容量下降。

目前常用方法为高频振谐修复，即通过产生高频共振电流与已经硫化的硫酸铅晶体产生共振，从而击碎硫酸铅结晶，以使硫酸铅晶体可以重新参与到循环反应中，最终达到恢复蓄电池容量的目的。

然而，现有在线修复技术在修复过程中，采用的是蓄电池整组修复，每组电池包括多节单体电池；现有蓄电池硫化修复技术在线运行时无法完全兼顾和满足所有串联工作电池问题。一般的蓄电池在线修复技术不能使串联电池组所有的单体电池都获得均等的能量，通常对串联较多单体电池的电池组两端的几只单体电池有一定的效果，但对其余的单体电池(尤其中间部分的单体电池)效果不明显，不能最有效地改善蓄电池组的均衡特性，同样地，串联修复过程中，施加的脉冲谐波能量一样，但蓄电池由于硫酸铅结晶造成的内阻并不一致，导致整组电池中，有的修复能量不足，有的存在过度修复现象，最终造成结果是：由于整组电池的局部电池失效，导致整组电池不能正常工作，失去了电池修复的意义和效果。

实用新型内容

鉴于上述的分析，本实用新型旨在提供一种蓄电池组均衡修复装置，用以解决蓄电池硫化造成的容量下降和整组修复不均衡等的问题。

本实用新型的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种蓄电池组均衡修复装置包括：特频恒流源，其输入端与控制信号生成单元连接，其第一输出端和第二输出端与蓄电池组中的各个单体电池的正负极分时连接；静态阻抗测试单元，其输入端与所述蓄电池组中的各个单体电池的正负极分时连接，用于测量所述蓄电池组中的各个单体电池的静态阻抗值；PWM生成单元，其第一输入端和第二输入端分别与所述静态阻抗测试单元的输出端和动态复合脉冲谐波能量测试单元的输出端连接，其输出端与复合脉冲谐波修复单元的输入端连接；复合脉冲谐波修复单元，根据所述控制信号生成单元的控制信号分时连接至所述蓄电池组中的各个单体电池，用于通过复合脉冲谐波电压分时修复所述各个单体电池；以及所述动态复合脉冲谐波能量测试单元，用于采集所述各个单体电池两端的复合脉冲谐波信号并经由其输出端提供给所述PWM生成单元。

上述方案的有益效果如下：静态阻抗测试单元实现单体电池的静态阻抗测试，根据静态阻抗的测试结果，参考不同的阻抗经验值，通过复合脉冲谐波修复单元施加不同电流能量的复合脉冲谐波对电池硫化问题进行修复，同步地，动态复合脉冲谐波能量测试单元测量得出一个修复时间周期的复合谐波脉冲电荷能量；经过一个修复时间周期后，进一步启动静态阻抗测试单元进行静态阻抗测试，根据静态阻抗的新的测试结果和动态复合脉冲谐波能量综合分析，通过PWM生成单元生成不同频率电压幅值的复合脉冲谐波能量，最终实现同一电池组不同单体电池的均衡修复。

基于上述方案的进一步改进，所述特频恒流源的第一输出端经由第一组电子开关分时连接至所述蓄电池组中的各个单体电池的正极，所述第一组电子开关包括多个正极侧电子开关；所述特频恒流源的第二输出端经由第二组电子开关分时连接至所述蓄电池组中的各个单体电池的负极，所述第二组电子开关包括多个负极侧电子开关，其中，所述第一组电子开关中的正极侧电子开关与所述第二组电子开关中的负极侧电子开关一一对应，以及每个单体电池经由对应的一个正极侧电子开关和一个负极侧电子开关连接至所述特频恒流源的第一输出端和第二输出端。

基于上述方案的进一步改进，所述特频恒流源包括特频恒流源和开关晶体管，其中，所述特频恒流源，其正极连接至所述开关晶体管的源极，其负极作为所述特频恒流源的第二输出端；所述开关晶体管，其栅极与所述控制信号生成单元的第一输出端连接，以及其漏极作为所述特频恒流源的第一输出端，其中，所述开关晶体管根据栅极接收到的脉冲控制信号导通或截止，使得所述开关晶体管生成特频脉冲电流，以及通过所述控制信号生成单元的第一控制信号分时控制一个正极侧电子开关和对应的一个负极侧电子开关处于接通状态，将所述特频脉冲电流分时施加至所述蓄电池组中与处于接通状态的正极侧电子开关和负极侧电子开关相对应的单体电池。

基于上述方案的进一步改进，所述静态阻抗测试单元包括带通滤波器和第一运算放大器，其中，所述带通滤波器，其第一输入端连接至所述特频恒流源的第一输出端，其第二输入端连接至所述特频恒流源的第二输出端，其输出端连接至所述第一运算放大器的输入端，用于对由施加至各个单体电池的特频脉冲电流产生的特频电压进行带通滤波；以及所述第一运算放大器，其输出端与所述PWM生成单元的第一输入端连接，使得带通滤波后的特频电压提供给所述PWM生成单元。

基于上述方案的进一步改进，所述特频恒流源和所述静态阻抗测试单元利用屏蔽的线缆连接至所述蓄电池组中的各个单体电池的正负极。

基于上述方案的进一步改进，所述复合脉冲谐波修复单元包括第二运算放大器、第一组修复开关、第二组修复开关和采样电阻器，其中，所述第二运算放大器，其输入端与所述PWM生成单元的输出端连接，用于对所述复合脉冲谐波电压进行放大；所述第一组修复开关和所述第二组修复开关，用于将所述蓄电池组中的各个单体电池分时串联连接在所述第二运算放大器的输出端和所述采样电阻器的一端之间，使得放大的复合脉冲谐波电压分时施加到所述各个单体电池；所述采样电阻器的另一端接地，其中，所述第一组修复开关中的正极侧修复开关与所述第二组修复开关中的负极侧修复开关一一对应，每个单体电池的正负电极分别连接至对应的一个正极侧修复开关和一个负极侧修复开关，以及通过所述控制信号生成单元的第二控制信号分时控制对应的一个正极侧修复开关和一个负极侧修复开关处于接通状态，将所述放大的复合脉冲谐波电压分时施加至所述蓄电池组中与处于接通状态的正极侧修复开关和负极侧修复开关相对应的单体电池。

基于上述方案的进一步改进，所述动态复合脉冲谐波能量测试单元包括一级积分运放电路和二级积分运放电路，其中，所述一级积分运放电路，其输入端连接至所述采样电阻器的一端，其输出端连接至所述二级积分运放电路的反相输入端；以及所述二级积分运放电路，其正相输入端连接至直流电源的正极，其输出端经由串联连接的输出电阻器和接地电容器接地。

基于上述方案的进一步改进，所述一级积分运放电路包括第一运算放大器、第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器、第一电容器、第二电容器和第三电容器、第一积分电容器、第一放大电阻器，其中，所述第一电阻器，其一端连接至所述采样电阻器的一端，其另一端连接至所述第一电容器的一端和所述第二电容器的一端；所述第一电容器的另一端连接至所述第三电阻器的一端；所述第一运算放大器，其反相输入端连接至所述第三电阻器的另一端，其正相输入端连接至所述第二电容器的另一端；所述第三电容器，连接在所述第一运算放大器的正相输入端和反相输入端之间；所述第二电阻器，其一端连接在所述第一电容器的另一端和所述第三电阻器的一端，其另一端连接至正相输入端；以及所述第一积分电容器和所述第一放大电阻器，以并联的方式连接在所述第一运算放大器的反相输入端和输出端之间。

基于上述方案的进一步改进，所述二级积分运放电路包括第二运算放大器、第四电阻器、输出电阻器第四电容器、接地电容器、第二积分电容器和第二放大电阻器，其中，所述第四电容器，其一端连接至所述第一运算放大器的输出端，其另一端连接至所述第四电阻器的一端；所述第二运算放大器，其正相输入端连接电流源的正极，其反相输入端连接至所述第四电阻器的另一端；所述第二积分电容器和所述第二放大电阻器，以并联的方式连接在所述第二运算放大器的反相输入端和输出端之间；以及所述输出电阻器，其一端连接至所述第二运算放大器的输出端，其另一端连接至所述PWM生成单元的第二输入端并且经由所述接地电容器接地。

基于上述方案的进一步改进，所述PWM生成单元根据所述静态阻抗值在本修复周期内的变化率按照反向比率特性生成不同频率电压幅值的复合脉冲谐波电压并将所述复合脉冲谐波电压输出到复合脉冲谐波修复单元。

与现有技术相比，本实用新型至少可实现如下有益效果之一：

1、静态阻抗测试单元实现单体电池的静态阻抗测试，根据静态阻抗的测试结果，参考不同的阻抗经验值，通过复合脉冲谐波修复单元施加不同电流能量的复合脉冲谐波对电池硫化问题进行修复，同步地，动态复合脉冲谐波能量测试单元测量得出一个修复时间周期的复合谐波脉冲电荷能量；经过一个修复时间周期后，进一步启动静态阻抗测试单元进行静态阻抗测试，根据静态阻抗的新的测试结果和动态复合脉冲谐波能量综合分析，通过PWM生成单元生成不同频率电压幅值的复合脉冲谐波能量，最终实现同一电池组不同单体电池的均衡修复。

2、在串联修复过程中，根据硫酸铅结晶程度不同，造成的内阻并不一致，PWM生成单元施加的脉冲谐波能量不同，避免对低结晶单体电池产生过度修复，对单体电池其他元件(极板)造成或扩大损坏；同时避免由于脉冲谐波能量不足，造成不能击碎硫酸铅结晶体，达不到设计效果。蓄电池组均衡修复装置真正实现了不同单体电池的均衡修复，同时实现了能量的合理控制，避免能源过度消耗。

3、经过一定的修复周期，整组电池的各个单体电池阻抗趋于一致后，控制电路持续地分时施加低幅值的复合脉冲谐波能量于各个单体电池，避免各个单体电池硫酸铅再结晶发生，保证整组电池的性能一致性和均衡性，避免因为硫酸铅结晶导致电池寿命下降。

4、根据经过一段时间修复后的修复效果变化情况，实时的调整修复能量强度，避免了单元电压或电流修复造成的能源浪费，实现了修复能量的可控制。

5、本实用新型通过PWM和功放控制输出谐波频率和幅值并根据修复效果进行调整，变能量被动施加为主动施加，能更好地修复不同体积和结晶强调的硫酸铅晶体。

本实用新型中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本实用新型的其他特征和优点将在随后的内容中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过文字以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为根据本实用新型实施例的蓄电池组均衡修复装置的框图；

图2为根据本实用新型实施例的蓄电池组均衡修复装置的特频恒流源静态阻抗测试单元的示意图；

图3为根据本实用新型实施例的蓄电池组均衡修复装置的复合脉冲谐波典型特征示意图；

图4为根据本实用新型实施例的蓄电池组均衡修复装置的复合脉冲谐波修复单元的示意图；以及

图5为根据本实用新型实施例的蓄电池组均衡修复装置的动态复合脉冲谐波能量测试单元部分电路的示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。

参考图1，本实用新型的一个具体实施例，公开了一种蓄电池组均衡修复装置包括：特频恒流源100，其输入端与控制信号生成单元104连接，其第一输出端和第二输出端与蓄电池组中的各个单体电池的正负极分时连接；静态阻抗测试单元102，其输入端与蓄电池组中的各个单体电池的正负极分时连接，用于测量蓄电池组中的各个单体电池的静态阻抗值；PWM生成单元106，其第一输入端和第二输入端分别与静态阻抗测试单元的输出端和动态复合脉冲谐波能量测试单元130的输出端连接，其输出端与复合脉冲谐波修复单元的输入端连接；复合脉冲谐波修复单元120，根据控制信号生成单元104的控制信号分时连接至蓄电池组中的各个单体电池，用于通过复合脉冲谐波电压分时修复各个单体电池；以及动态复合脉冲谐波能量测试单元130，用于采集各个单体电池两端的复合脉冲谐波信号并经由其输出端提供给PWM生成单元106。

与现有技术相比，本实施例提供的蓄电池组均衡修复装置中，静态阻抗测试单元实现单体电池的静态阻抗测试，根据静态阻抗的测试结果，参考不同的阻抗经验值，通过复合脉冲谐波修复单元施加不同电流能量的复合脉冲谐波对电池硫化问题进行修复，同步地，动态复合脉冲谐波能量测试单元测量得出一个修复时间周期的复合谐波脉冲电荷能量；经过一个修复时间周期后，进一步启动静态阻抗测试单元进行静态阻抗测试，根据静态阻抗的新的测试结果和动态复合脉冲谐波能量综合分析，通过PWM生成单元生成不同频率电压幅值的复合脉冲谐波能量，最终实现同一电池组不同单体电池的均衡修复。

下文中，参考图1、图2、图4和图5，对根据本实用新型实施例的蓄电池组均衡修复装置进行详细说明。蓄电池组均衡修复装置包括：特频恒流源100、静态阻抗测试单元102、控制信号生成单元104、PWM生成单元106、复合脉冲谐波修复单元120和动态复合脉冲谐波能量测试单元130。

参考图2，特频恒流源100的输入端与控制信号生成单元104连接，特频恒流源100的第一输出端和第二输出端分别与蓄电池组中的各个单体电池的正负极分时连接。特频恒流源100的第一输出端经由第一组电子开关分时连接至蓄电池组中的各个单体电池的正极，第一组电子开关包括多个正极侧电子开关KR1+、KR2+、KR3+、KR4+、KR5+和KR6+。

特频恒流源100的第二输出端经由第二组电子开关分时连接至蓄电池组中的各个单体电池的负极，第二组电子开关包括多个负极侧电子开关KR1-、KR2-、KR3-、KR4-、KR5-和KR6-。第一组电子开关中的正极侧电子开关KR1+、KR2+、KR3+、KR4+、KR5+和KR6+与第二组电子开关中的负极侧电子开关KR1-、KR2-、KR3-、KR4-、KR5-和KR6-一一对应。每个单体电池经由对应的一个正极侧电子开关和一个负极侧电子开关连接至特频恒流源的第一输出端和第二输出端。例如，第一单体电池经由对应的第一正极侧电子开关KR1+和第一负极侧电子开关KR1-连接至特频恒流源100的第一输出端和第二输出端；第二单体电池经由对应的第二正极侧电子开关KR2+和第二负极侧电子开关KR2-连接至特频恒流源100的第一输出端和第二输出端；第三单体电池经由对应的第三正极侧电子开关KR3+和第三负极侧电子开关KR3-连接至特频恒流源100的第一输出端和第二输出端；第四单体电池经由对应的第二正极侧电子开关KR4+和第二负极侧电子开关KR4-连接至特频恒流源100的第一输出端和第二输出端；第五单体电池经由对应的第五正极侧电子开关KR5+和第五负极侧电子开关KR5-连接至特频恒流源100的第一输出端和第二输出端；第六单体电池经由对应的第六正极侧电子开关KR6+和第六负极侧电子开关KR6-连接至特频恒流源100的第一输出端和第二输出端。

特频恒流源100包括特频恒流源和开关晶体管。特频恒流源100的正极连接至开关晶体管的源极，特频恒流源100的负极作为特频恒流源的第二输出端。开关晶体管的栅极与控制信号生成单元104的第一输出端连接，以及开关晶体管的漏极作为特频恒流源的第一输出端，其中，开关晶体管根据栅极接收到的脉冲控制信号导通或截止，使得开关晶体管生成特频脉冲电流，以及通过控制信号生成单元104的第一控制信号分时控制一个正极侧电子开关KR1+、KR2+、KR3+、KR4+、KR5+或KR6+和对应的一个负极侧电子开关KR1-、KR2-、KR3-、KR4-、KR5-或KR6-处于接通状态，将特频脉冲电流分时施加至蓄电池组中与处于接通状态的正极侧电子开关KR1+、KR2+、KR3+、KR4+、KR5+或KR6+和负极侧电子开关KR1-、KR2-、KR3-、KR4-、KR5-或KR6-相对应的单体电池。此外，特频恒流源100利用屏蔽的线缆连接至蓄电池组中的各个单体电池的正负极。

静态阻抗测试单元102的输入端与蓄电池组中的各个单体电池的正负极分时连接，用于测量蓄电池组中的各个单体电池的静态阻抗值。具体地，静态阻抗测试单元102包括带通滤波器BPF和第一运算放大器OPA。带通滤波器BPF的第一输入端连接至特频恒流源的第一输出端，带通滤波器BPF的第二输入端连接至特频恒流源100的第二输出端，其输出端连接至第一运算放大器OPA的输入端，用于对由施加至各个单体电池的特频脉冲电流产生的特频电压进行带通滤波。第一运算放大器OPA的输出端与PWM生成单元106的第一输入端连接，使得带通滤波后的特频电压提供给PWM生成单元106。此外，静态阻抗测试单元102利用屏蔽的线缆连接至蓄电池组中的各个单体电池的正负极。

PWM生成单元106，其第一输入端和第二输入端分别与静态阻抗测试单元的输出端和动态复合脉冲谐波能量测试单元130的输出端连接，其输出端与复合脉冲谐波修复单元的输入端连接。PWM生成单元106根据静态阻抗值在本修复周期内的变化率按照反向比率特性生成不同频率电压幅值的复合脉冲谐波电压并将复合脉冲谐波电压输出到复合脉冲谐波修复单元。

参考图4，复合脉冲谐波修复单元120根据控制信号生成单元104的控制信号分时连接至蓄电池组中的各个单体电池，用于通过复合脉冲谐波电压分时修复各个单体电池。复合脉冲谐波修复单元120包括第二运算放大器PA、第一组修复开关、第二组修复开关和采样电阻器Rf。第二运算放大器PA的输入端与PWM生成单元106的输出端连接，用于对复合脉冲谐波电压进行放大。第一组修复开关和第二组修复开关用于将蓄电池组中的各个单体电池分时串联连接在第二运算放大器PA的输出端和采样电阻器Rf的一端之间，使得放大的复合脉冲谐波电压分时施加到各个单体电池。采样电阻器Rf的另一端接地，其中，第一组修复开关中的正极侧修复开关K1+、K2+、K3+、K4+、K5+和K6+与第二组修复开关中的负极侧修复开关K1-、K2-、K3-、K4-、K5-和K6-一一对应。每个单体电池的正负电极分别连接至对应的一个正极侧修复开关和一个负极侧修复开关。例如，第一单体电池的正负电极分别连接至对应的第一正极侧修复开关K1+和第一负极侧修复开关K1-。第二单体电池的正负电极分别连接至对应的第二正极侧修复开关K2+和第二负极侧修复开关K2-。第三单体电池的正负电极分别连接至对应的第三正极侧修复开关K3+和第三负极侧修复开关K3-。第四单体电池的正负电极分别连接至对应的第四正极侧修复开关K4+和第四负极侧修复开关K4-。第五单体电池的正负电极分别连接至对应的第五正极侧修复开关K5+和第五负极侧修复开关K5-。第六单体电池的正负电极分别连接至对应的第六正极侧修复开关K6+和第六负极侧修复开关K6-。通过控制信号生成单元104的第二控制信号分时控制对应的一个正极侧修复开关K1+、K2+、K3+、K4+、K5+或K6+和一个负极侧修复开关K1-、K2-、K3-、K4-、K5-或K6-处于接通状态，将放大的复合脉冲谐波电压分时施加至蓄电池组中与处于接通状态的正极侧修复开关K1+、K2+、K3+、K4+、K5+或K6+和负极侧修复开关K1-、K2-、K3-、K4-、K5-或K6-相对应的单体电池。

参考图5，动态复合脉冲谐波能量测试单元130用于采集各个单体电池两端的复合脉冲谐波信号并经由其输出端提供给PWM生成单元106。具体地，动态复合脉冲谐波能量测试单元130包括一级积分运放电路和二级积分运放电路。一级积分运放电路的输入端连接至采样电阻器Rf的一端，一级积分运放电路的输出端连接至二级积分运放电路的反相输入端；以及二级积分运放电路的正相输入端连接至直流电源的正极，二级积分运放电路的输出端经由串联连接的输出电阻器R7和接地电容器C61接地。

具体地，一级积分运放电路包括第一运算放大器U12A、第一电阻器R68、第二电阻器R73、第三电阻器R72、第一电容器C62、第二电容器C58和第三电容器C59、第一积分电容器C54、第一放大电阻器R64。第一电阻器R68的一端连接至采样电阻器Rf的一端，第一电阻器R68的另一端连接至第一电容器C62的一端和第二电容器C58的一端。第一电容器C62的另一端连接至第三电阻器R72的一端。第一运算放大器U12A的反相输入端连接至第三电阻器R72的另一端，第一运算放大器U12A的正相输入端连接至第二电容器C58的另一端。第三电容器C59连接在第一运算放大器U12A的正相输入端和反相输入端之间。第二电阻器R73的一端连接在第一电容器C62的另一端和第三电阻器R72的一端，第二电阻器R73的另一端连接至正相输入端。第一积分电容器C54和第一放大电阻器R64，以并联的方式连接在第一运算放大器U12A的反相输入端和输出端之间。

二级积分运放电路包括第二运算放大器U12B、第四电阻器R63、输出电阻器R7、第四电容器C51、接地电容器C61、第二积分电容器C56和第二放大电阻器R6。第四电容器C51的一端连接至第一运算放大器U12A的输出端，第四电容器C51的另一端连接至第四电阻器R63的一端。第二运算放大器U12B，其正相输入端连接电流源(1.25V)的正极，其反相输入端连接至第四电阻器R63的另一端。第二积分电容器C56和第二放大电阻器R6，以并联的方式连接在第二运算放大器U12B的反相输入端和输出端之间。输出电阻器R7的一端连接至第二运算放大器U12B的输出端，输出电阻器R7的另一端连接至PWM生成单元106的第二输入端并且经由接地电容器C61接地。

下文中，将参考图1至图5，对根据本实用新型实施例的蓄电池组均衡修复装置进行详细说明。

为降低环境和电源工频信号对交流小信号的干扰，特频恒流源100为输出220Hz的特频交流小信号，交流小信号电流的幅值为1.5A。

参考图1，静态阻抗测试单元102为降低干扰影响，采用的是分线路测试方式，即特频恒流源100和静态阻抗测试单元102通过带屏蔽的线缆连接到各单体电池正负极，施加到电池的特频电流产生的电压特频信号通过静态阻抗测试单元102输出至PWM生成单元106，降低环境和电源工频信号对交流小信号的干扰。PWM生成单元106负责采集脉冲特频电压，计算得出各单体电池的静态阻抗ra；进一步地，对各单体电池的静态阻抗的测量采集，由控制信号生成单元104分时控制，降低同步进行时的干扰和整机功耗。

PWM生成单元106根据静态阻抗的测试结果，通过PWM输出不同频率和电压幅值的谐波信号到复合脉冲谐波修复单元120，通过集成运放放大，施加到各单体电池对电池硫化问题进行修复。

PWM生成单元106在控制施加复合脉冲谐波到电池时，同步地，启动动态复合脉冲谐波能量测试单元进行本次施加的复合谐波脉冲电荷能量采集。为有效地击碎硫酸铅结晶体，复合脉冲谐波修复单元施加K级的脉冲谐波信号，本装置施加的是7-10kHz脉冲信号，为识别谐波信号，PWM生成单元106采用40K的采样速率进行谐波信号的采集，真实还原施加到硫酸铅结晶体上的谐波电电流值。

动态复合脉冲谐波能量测试单元130，测量的是施加到各单体电池上的动态脉冲谐波电流值；通过PWM生成单元106对脉冲谐波电流进行积分运算，得出脉冲谐波能量，进一步地，经过一个时间修复周期后，再将本修复周期内的各单体电池的多次脉冲谐波能量再积分求和，得出本修复周期内的各单体电池的谐波能量值总和。

PWM生成单元106负责采集特频恒流源施加的电流在各单体电池两端产生的特频脉冲电压，计算得出各单体电池的静态阻抗。PWM生成单元106采集特频电压时，对各单体电池分时控制连接到特频恒流源100进行静态阻抗的分别测量。

复合脉冲谐波分别施加到各单体电池两端，为降低整机能量和功耗，复合脉冲谐波是分时施加到各单体电池的。

动态复合脉冲谐波能量测试单元130，测量的是施加到各单体电池上的动态脉冲谐波电流值；通过PWM生成单元106对脉冲谐波电流信号进行同步高频采样，并对本次脉冲电流进行积分运算，得出脉冲谐波能量，进一步地，经过一段时间修复周期后，再将本时间周期内的脉冲谐波能量再求和积分，得出本段修复周期内的各单体电池的谐波能量总和。

同步地，经过一个时间周期后，重复启动特频恒流源进行静态阻抗测试，得出经过一个时间周期后的各单体电池静态阻抗rb。

参考图2，蓄电池组均衡修复装置包括特频恒流源100和静态阻抗测试单元102；特频恒流源Ih，生成稳定的220Hz1.5A的交流电流Ir，控制信号生成单元104发出控制脉冲同步地打开电子开关KR1+和KR1-，将特频电流Ir施加到整组电池的第一块电池上；Ir在电池内阻上会产生对应的特频电压，通过带通滤波器BPF将电压信号连接到运输放大器OPA，运算放大器输出最终的电压信号Ur到PWM生成单元106的AD采样引脚，PWM生成单元106进行电压信号Ur的采集计算，得出Ur值，计算的出第一块电池的静态内阻r。采取相同方法，PWM生成单元106通过控制脉冲输出和控制信号生成单元104通过控制电子开关KR1+和KR1-、KR2+和KR2-、KR3+和KR3-、KR4+和KR4-、KR5+和KR5-以及KR6+和KR6-，得出整组电池的其他单体电池的静态内阻。

上述技术方案的有益效果如下：通过特频恒流源100和静态阻抗测试单元102电路来获得整组电池中各单体电池的不同的静态阻抗，特频恒流源100和和静态阻抗测试单元102可以有效地避免控制工频干扰对测量精度的影响，PWM生成单元106根据各单体静态阻抗的不同，对各单体电池施加不同的修复能量。

在修复铅酸蓄电池时，不同硫酸铅晶粒尺寸的晶体，其对应的共振频率也会不同。如果采用前沿陡峭的脉冲电流，利用傅立叶级数进行频率分析可以知道脉冲会产生丰富的谐波成分，其低频部分振幅大，高频部分振幅小。这样，大硫酸铅结晶获得的能量大，小硫酸铅结晶获得的能量小。谐波脉冲振荡修复保养技术原理就是通过运用复合谐波脉冲能量冲击硫酸铅粗晶粒，使其脉冲频率与硫酸铅结晶体固有频率产生共振，当能量足够时，把蓄电池在实际使用环境下通过充电无法还原的硫酸铅晶体击碎溶解于硫酸电解液，重新参与化学反应，从而延长电池使用寿命，提高电源***的安全可靠性。

PWM生成单元106采用PWM控制输出技术，产生不同幅值和频率的脉冲谐波，PWM控制信号通过复合脉冲谐波修复单元进行功率放大，产生电池修复所需要的脉冲谐波，控制输出的谐波具备低频部分振幅大，高频部分振幅小，谐波平均频率采用8.3kHz。每个单体电池的脉冲谐波的初始电压与其自身的阻抗相关。

复合脉冲谐波的初始电压，按以下公式获得：

U0＝r*i0

其中，r为上述测量的静态内阻，

脉冲消除硫化能量需求(0.01C～0.05C电流强度)，选择复合谐波脉冲的初始电流为

i0＝0.01C～0.05C

PWM生成单元106根据各单体静态阻抗的不同，依据复合脉冲谐波的初始电压对各单体电池施加不同的修复能量。

参考图3，PWM调制脉冲谐波信号，一般包含15个修复波形，谐波波形初始频率为7kHz，谐波电压幅值为U0，频率经15个波形的PWM编程输出后，递增到10kHz，幅值经15个波形的PWM编程输出后，逐级递减到0.1U0；低频部分振幅大，高频部分振幅小，实现击碎不同体积的硫酸铅结晶体的设计目的。

蓄电池组均衡修复装置包括复合脉冲谐波修复单元120，负责电池的修复和分时控制，参考图4，PWM生成单元106根据第一块电池的复合脉冲谐波初始电压U的值，输出对应电压的PWM调制脉冲谐波信号经功放模块PA放大生成实际的脉冲谐波修复电压，同步地，控制信号生成单元104打开修复开关K1+和K1-，将脉冲谐波修复电压施加到第一个电池上，修复电压经过电池内阻产生的脉冲谐波电流通过采样电阻Rf连接到信号地，采样电阻产生的脉冲谐波信号If输出到动态复合脉冲谐波能量测试单元130。

控制信号生成单元104对不同的单体电池进行脉冲复合谐波修复，同时将进行复合脉冲谐波能量采集。

参考图5，动态复合脉冲谐波能量测试单元130包括一级积分运放电路和二级积分运放电路。脉冲谐波信号If输入到动态复合脉冲谐波能量测试单元130的电阻R68的一端，R68另一端与C58和C62的一端连接到一起，C58的另一端与R73、C59的一端连接到一起接入一级运算放大器U12A的同向输入端3脚，同向输入端3脚连接到基准电平V_1.25上，C62的另一端与R73的另一端、R72的一端连接到一起，通过R72的另一端连接到一级运算放大器U12A的反向输入端2脚，2脚连接到C59的另一端；一级运算放大器U12A的反向输入端2脚通过积分电容C54和放大电阻R64连接到运算放大器U12A的输出端1脚，完成脉冲谐波信号If的一级积分放大，其中R68和C58组成复合脉冲谐波信号的低通电路，C62和R73组成复合脉冲谐波的高通电路。

一级积分运放电路的输出端1脚连接到C51的一端，C51的另一端连接到R63的一端，R63的另一端连接到二级运算放大器U12B的反向输入端6脚，二级运算放大器U12B的同向输入端5脚连接到基准电平V_1.25上，二级运算放大器U12B的反向输入端6脚通过积分电容C56和放大电阻R6连接到运算放大器U12B的输出端7脚，完成脉冲谐波信号If的二级积分放大，运算放大器U12B的输出端7脚通过R7连接到滤波电容C61，输出放大后PWM生成单元106可识别的脉冲谐波信号UIf。

上述技术方案的有益效果如下：PWM生成单元106根据动态复合脉冲谐波能量测试单元130所测得的脉冲谐波信号UIf，计算得出脉冲谐波每个波形的电流有效值。

在获得一个复合脉冲谐波的各点的电流有效值后，对电流时间进行积分后，获得本次脉冲谐波的电量值：

Q＝∫i(t)*dt

其中：i(t)为PWM依次输出的个高频波形的电流值，dt为各个高频波形的周期值。

对于每个单体电池，PWM生成单元106每隔一定时间(例如50ms)输出一个复合脉冲谐波进行修复；对整组电池的各个单体电池分别分时施加复合脉冲谐波。经过一段时间(例如7天)的修复周期后，将各单体电池的修复电量进行累加，得出本修复周期各单体电池的修复能量的总电量值QTOTAL。

进一步地，按照原子物理学和固体物理学的原理，硫离子具有5个不同的能级状态，通常处于亚稳定能级状态的离子趋向于迁落到最稳定的共价键能级而存在。在最低能级(即共价键能级状态)，硫以包含8个原子的环形分子形式存在，这8个原子的环形分子模式是一种稳定的组合，难以被打碎，形成电池的不可拟硫酸盐化——硫化。多次发生这样的情况，就形成了一层类似与绝缘层一样的硫酸铅结晶。

要打碎这些硫酸盐层的束缚，就要提升原子的能级到一定的程度，这时候在外层原子加带的电子被激活到下一个更高的能带，使原子之间解除束缚。每一个特定的能级都有唯一的谐振频率，必须提供给一些能量，才能够使得被激活的分子迁移到更高的能级状态，太低的能量无法达到跃迁所需要得能量要求，但是，过高的能量会使已经脱离了束缚而跃迁的原子处于不稳定状态，又回落到原来的能级。因此，必须通过多次谐振，使其脱离束缚，达到最活跃的能级状态而又没有回落的原来的能级，这样，就转化为溶解于电解液的自由离子，而参与电化学反应。

蓄电池组均衡修复装置通过PWM生成单元106的采集计算，得出了每个单体的一个周期时间内的修复工作的总能量，为各单体电池进一步修复提供了所依据的数据。

本实用新型的另一个具体实施例，公开了一种蓄电池组均衡修复装置，经过一个时间修复周期后，控制信号生成单元104再次启动各单体电池的特频恒流源静态阻抗测试，PWM生成单元106得出经过一个修复时间周期后的各单体电池静态阻抗rb。与上一个周期测试得出的静态阻抗ra进行比较，得出静态阻抗变化率Kr，其中：

Kr＝(rb-ra)/ra

进一步地，PWM生成单元106比较各单体电池的静态阻抗变化情况，按反向比率特性参考不同的阻抗经验值调整下一个修复时间周期所施加的复合脉冲谐波电压的幅值和频率。反向比率特性包括静态阻抗变化率Kr大且阻抗rb接近于正常电池的静态阻抗，降低复合脉冲谐波电压的幅值；静态阻抗变化率Kr小且阻抗rb大于正常电池的静态阻抗，增大复合脉冲谐波电压的幅值。

蓄电池组均衡修复装置重复对各单体电池进行：静态阻抗测试-施加脉冲谐波电流修复-采集脉冲谐波并计算其能量值，最终达到消除硫酸铅结晶体，整组电池阻抗一致设计目的。当整组电池各单体的静态阻抗偏差小于正常单体静态阻抗的3％，认为消除硫酸铅结晶体。

蓄电池组均衡修复装置包括：经过一定的修复周期后，整组电池的各单体电池阻抗一致后，控制电路持续分时施加低幅值的复合脉冲谐波能量于各单体电池，避免各单体电池硫酸铅再结晶发生，保证整组电池的性能一致性，避免因为硫酸铅结晶导致电池寿命下降。

本领域技术人员可以理解，上述实施例中PWM生成单元和控制信号生成单元所涉及的程序/软件为现有技术常见的方法，如将现有阻抗、阻抗变化率和电量值计算方法以及下一修复时间周期的复合脉冲谐波电压的幅值和频率调整方法中的方法在PWM生成单元中运行即可，本实用新型不涉及任何软件方面的改进。本实用新型仅需要将各个具有相应功能的装置通过本实用新型实施例所给出的连接关系进行连接即可，其中并不涉及任何程序软件方面的改进。而至于各个相应功能的硬件装置之间的连接方式，均是本领域技术人员可以采用现有技术实现的，在此不做详细说明。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种蓄电池组均衡修复装置，其特征在于，包括：

特频恒流源，其输入端与控制信号生成单元连接，其第一输出端和第二输出端与蓄电池组中的各个单体电池的正负极分时连接；

静态阻抗测试单元，其输入端与所述蓄电池组中的各个单体电池的正负极分时连接，用于测量所述蓄电池组中的各个单体电池的静态阻抗值；

PWM生成单元，其第一输入端和第二输入端分别与所述静态阻抗测试单元的输出端和动态复合脉冲谐波能量测试单元的输出端连接，其输出端与复合脉冲谐波修复单元的输入端连接；复合脉冲谐波修复单元，根据所述控制信号生成单元的控制信号分时连接至所述蓄电池组中的各个单体电池，用于通过复合脉冲谐波电压分时修复所述各个单体电池；以及

所述动态复合脉冲谐波能量测试单元，用于采集所述各个单体电池两端的复合脉冲谐波信号并经由其输出端提供给所述PWM生成单元。

2.根据权利要求1所述的蓄电池组均衡修复装置，其特征在于，所述特频恒流源的第一输出端经由第一组电子开关分时连接至所述蓄电池组中的各个单体电池的正极，所述第一组电子开关包括多个正极侧电子开关；

所述特频恒流源的第二输出端经由第二组电子开关分时连接至所述蓄电池组中的各个单体电池的负极，所述第二组电子开关包括多个负极侧电子开关，其中，所述第一组电子开关中的正极侧电子开关与所述第二组电子开关中的负极侧电子开关一一对应，以及每个单体电池经由对应的一个正极侧电子开关和一个负极侧电子开关连接至所述特频恒流源的第一输出端和第二输出端。

3.根据权利要求2所述的蓄电池组均衡修复装置，其特征在于，所述特频恒流源包括特频恒流源和开关晶体管，其中，

所述特频恒流源，其正极连接至所述开关晶体管的源极，其负极作为所述特频恒流源的第二输出端；

所述开关晶体管，其栅极与所述控制信号生成单元的第一输出端连接，以及其漏极作为所述特频恒流源的第一输出端，其中，所述开关晶体管根据栅极接收到的脉冲控制信号导通或截止，使得所述开关晶体管生成特频脉冲电流，以及通过所述控制信号生成单元的第一控制信号分时控制一个正极侧电子开关和对应的一个负极侧电子开关处于接通状态，将所述特频脉冲电流分时施加至所述蓄电池组中与处于接通状态的正极侧电子开关和负极侧电子开关相对应的单体电池。

4.根据权利要求3所述的蓄电池组均衡修复装置，其特征在于，所述静态阻抗测试单元包括带通滤波器和第一运算放大器，其中，

所述带通滤波器，其第一输入端连接至所述特频恒流源的第一输出端，其第二输入端连接至所述特频恒流源的第二输出端，其输出端连接至所述第一运算放大器的输入端，用于对由施加至各个单体电池的特频脉冲电流产生的特频电压进行带通滤波；以及

所述第一运算放大器，其输出端与所述PWM生成单元的第一输入端连接，使得带通滤波后的特频电压提供给所述PWM生成单元。

5.根据权利要求1所述的蓄电池组均衡修复装置，其特征在于，所述特频恒流源和所述静态阻抗测试单元利用屏蔽的线缆连接至所述蓄电池组中的各个单体电池的正负极。

6.根据权利要求1所述的蓄电池组均衡修复装置，其特征在于，所述复合脉冲谐波修复单元包括第二运算放大器、第一组修复开关、第二组修复开关和采样电阻器，其中，

所述第二运算放大器，其输入端与所述PWM生成单元的输出端连接，用于对所述复合脉冲谐波电压进行放大；

所述第一组修复开关和所述第二组修复开关，用于将所述蓄电池组中的各个单体电池分时串联连接在所述第二运算放大器的输出端和所述采样电阻器的一端之间，使得放大的复合脉冲谐波电压分时施加到所述各个单体电池；

所述采样电阻器的另一端接地，其中，所述第一组修复开关中的正极侧修复开关与所述第二组修复开关中的负极侧修复开关一一对应，每个单体电池的正负电极分别连接至对应的一个正极侧修复开关和一个负极侧修复开关，以及通过所述控制信号生成单元的第二控制信号分时控制对应的一个正极侧修复开关和一个负极侧修复开关处于接通状态，将所述放大的复合脉冲谐波电压分时施加至所述蓄电池组中与处于接通状态的正极侧修复开关和负极侧修复开关相对应的单体电池。

7.根据权利要求6所述的蓄电池组均衡修复装置，其特征在于，所述动态复合脉冲谐波能量测试单元包括一级积分运放电路和二级积分运放电路，其中，

所述一级积分运放电路，其输入端连接至所述采样电阻器的一端，其输出端连接至所述二级积分运放电路的反相输入端；以及

所述二级积分运放电路，其正相输入端连接至直流电源的正极，其输出端经由串联连接的输出电阻器和接地电容器接地。

8.根据权利要求7所述的蓄电池组均衡修复装置，其特征在于，所述一级积分运放电路包括第一运算放大器、第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器、第一电容器、第二电容器和第三电容器、第一积分电容器、第一放大电阻器，其中，所述第一电阻器，其一端连接至所述采样电阻器的一端，其另一端连接至所述第一电容器的一端和所述第二电容器的一端；

所述第一电容器的另一端连接至所述第三电阻器的一端；所述第一运算放大器，其反相输入端连接至所述第三电阻器的另一端，其正相输入端连接至所述第二电容器的另一端；

所述第三电容器，连接在所述第一运算放大器的正相输入端和反相输入端之间；

所述第二电阻器，其一端连接在所述第一电容器的另一端和所述第三电阻器的一端，其另一端连接至正相输入端；以及

所述第一积分电容器和所述第一放大电阻器，以并联的方式连接在所述第一运算放大器的反相输入端和输出端之间。

9.根据权利要求8所述的蓄电池组均衡修复装置，其特征在于，所述二级积分运放电路包括第二运算放大器、第四电阻器、输出电阻器第四电容器、接地电容器、第二积分电容器和第二放大电阻器，其中，

所述第四电容器，其一端连接至所述第一运算放大器的输出端，其另一端连接至所述第四电阻器的一端；

所述第二运算放大器，其正相输入端连接电流源的正极，其反相输入端连接至所述第四电阻器的另一端；

所述第二积分电容器和所述第二放大电阻器，以并联的方式连接在所述第二运算放大器的反相输入端和输出端之间；以及

所述输出电阻器，其一端连接至所述第二运算放大器的输出端，其另一端连接至所述PWM生成单元的第二输入端并且经由所述接地电容器接地。

10.根据权利要求1所述的蓄电池组均衡修复装置，其特征在于，所述PWM生成单元根据所述静态阻抗值在本修复周期内的变化率按照反向比率特性生成不同频率电压幅值的复合脉冲谐波电压并将所述复合脉冲谐波电压输出到复合脉冲谐波修复单元。

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