專利名稱：一種電池活化裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電池活化裝置，特別是涉及一種能夠在線檢測電池性能的活化裝置。
背景技術：
在關鍵性負載供電時，為了防止外部電力中斷而造成生產(chǎn)損失、控制失靈、設備意外損壞等情況發(fā)生，往往需要配備蓄電池組做為能量儲存裝置。在交流供電正常時，電能一部分供給后級負載，另一部分轉(zhuǎn)換成直流電給蓄電池組進行充電，使其轉(zhuǎn)換成化學能儲存在電池內(nèi)。當交流供電中斷時，儲存在電池內(nèi)的化學能重新轉(zhuǎn)換成電能，維持負載的一定時間的供電需要。電池性能的好壞決定了系統(tǒng)的可靠性高低。長期處于浮充狀態(tài)的電池，由于缺少充放電過程而造成電極鈍化而導致容量降低；或者由于過充等原因而造成電池的損壞，由此導致系統(tǒng)的可靠性降低。由于電池儲存的是化學能，無法通過直觀的方法判斷其性能好壞，當前最可靠的測量方法是為其施加一定負載電流，通過測量其實際帶載能力判斷其性能好壞，并計算其實際容量。以往的檢測方法一般將電池從系統(tǒng)中分離出來進行功能性測試，但此方法會導致系統(tǒng)安全性降低。測量期間，一旦發(fā)生交流供電故障，負載會由于缺少電池的能源后備而導致供電中斷。而且傳統(tǒng)的離線檢測方法需要專用的檢測設備，其造價高昂、投資大；設備參數(shù)多、操作復雜，非專業(yè)人士無法掌握其操作要領。
發(fā)明內(nèi)容為解決上述問題，本實用新型公開了一種電池活化裝置，用實際負載做為電池的活化負載，通過測量電池的實際放電功率及供電時間，判斷其性能好壞，并計算實際容量值。為了達到上述目的，本實用新型提供如下技術方案一種電池活化裝置，包括執(zhí)行單元，交流/直流變換單元，直流處理單元，電池組，電流測量單元，檢測單元，主控單元，驅(qū)動控制電路和顯示裝置；其中執(zhí)行單元用于控制交流電源的通斷，交流/直流變換單元與執(zhí)行單元連接，直流處理單元與交流/直流變換單元連接，所述交流/直流變換單元與直流處理單元之間連接著電池組，所述電流測量單元與電池組相連以測量電池組輸入或輸出的電流，所述電池組和電流測量單元與檢測單元連接，所述檢測單元連接著主控單元，主控單元通過驅(qū)動控制電路與執(zhí)行單元相連，所述顯示裝置與主控單元連接。作為一種優(yōu)選方案，所述直流處理單元為直流/交流變換單元。作為一種優(yōu)選方案，所述直流處理單元為直流電壓變換單元。作為一種改進方案，所述執(zhí)行單元與輸入電源之間設置有交流輸入開關。作為一種改進方案，所述電池組與直流處理單元之間設置有電池開關。[0012]作為一種改進方案，所述主控單元還連接有存儲單元。作為一 種優(yōu)選方案，所述主控單元為PLC可編程控制器。本實用新型提供的電池活化裝置，包括執(zhí)行單元，檢測單元，交流/直流變換單元，直流處理單元，主控單元，驅(qū)動控制電路，電流測量單元，顯示裝置。其中，執(zhí)行單元與交流輸入電源連接，直流處理單元連接有負載。輸入電源通過執(zhí)行單元、交流/直流變換單元和直流處理單元為負載提供工作電流，電池組通過直流處理單元為負載提供工作電流。交流/直流變換單元用于將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，直流處理單元用于對輸入的直流電進行處理并向負載輸出直流電或交流電。本電池活化裝置中的負載可以為直流負載或交流負載，輸出至負載的電流可以是直流電或者是交流電。因此直流處理單元主要分為兩種類型，一種是直流/交流變換單元，即將直流電轉(zhuǎn)換為交流電；另一種為直流電壓變換單元，即對輸入的直流電進行電壓的升降操作或穩(wěn)壓操作，并向負載輸出穩(wěn)定直流電流。在電池活化裝置運行前或運行中，可以設定進行活化的參數(shù)，如活化周期，電池組放電電壓、放電電流，充電容量、充電時長，并可以設定停止活化進行充電時的參數(shù)，如電池組放電時長、放電容量,終止電壓、終止電流等。電池活化裝置運行過程中，主控單元根據(jù)預設的參數(shù)及通過檢測單元獲得的測量數(shù)據(jù)，不斷地進行邏輯判斷。在檢測單元獲得的各項參數(shù)未達到預設的活化標準時，不啟用活化功能，執(zhí)行單元導通，交流電源經(jīng)輸入開關送達執(zhí)行單元后進入交流/直流變換單元完成電源的交/直流轉(zhuǎn)換，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的直流電分成兩路，一路直流電通過電池開關為電池組充電，轉(zhuǎn)換成電池內(nèi)部的化學能進行存儲；另一路經(jīng)直流處理單元將直流電處理后供給后級負載。當主控單元判斷到通過檢測單元獲得的參數(shù)達到預設的活化標準時，發(fā)出斷開命令，該命令經(jīng)驅(qū)動單元傳送至執(zhí)行單元，執(zhí)行單元立即斷開交流主回路。交流主回路斷電后，電池組釋放化學能，釋放出的直流電經(jīng)直流處理單元處理后繼續(xù)向負載供電。在主控單元中還能夠預先設定電壓下降斜率警報值，在電池活化放電過程中若電池組性能嚴重下降，其電壓下降斜率增大達到下降斜率警報值時，控制單元迅速發(fā)出導通信號通過驅(qū)動控制電路傳輸至執(zhí)行單元，執(zhí)行單元迅速導通，恢復交流供電。因此即使在電池性能最為惡劣的情況亦不會影響系統(tǒng)原有安全性。當檢測單元獲得的參數(shù)達到停止活化標準時,主控單元發(fā)出導通命令，該命令經(jīng)驅(qū)動單元傳送至執(zhí)行單元后，執(zhí)行單元重新導通，恢復至正常供電。主控單元通過運算處理電池組放電過程中的端電壓、電流、放電時間等參數(shù)，即可計算出電池放電容量并由此判斷出電池性能優(yōu)劣，其運算處理結(jié)果可通過顯示裝置進行顯示。作為優(yōu)選，可以預先設定電池的端電壓警報值和放電容量警報值，當電池的端電壓或電池放電容量達到警報值，即電池性能無法達到正常使用的標準時，主控單元通過顯示裝置進行警報提示。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型提供的電池活化裝置及其控制方法具有以下優(yōu)點和有益效果I.通過控制交流側(cè)快速開關通斷，來實現(xiàn)電池的放電/充電循環(huán)，從而實現(xiàn)定期對電池性能進行活化的效果，從而提高其性能、延長使用壽命。當快速開關斷開時，交流供電中斷，電池進入放電循環(huán)，其內(nèi)部儲存的化學能開始釋放，供給后級負載。控制電路不斷檢測電池端電壓及電流，一旦電池電壓或放電容量低于設定值時，交流側(cè)快速開關立即導通，恢復交流供電，同時進入電池充電循環(huán)。2.在電池放電期間，通過檢測電池的端電壓、負載電流以及設定范圍內(nèi)的供電時間，通過計算即可獲取電池的實際容量參數(shù)，由此判斷電池性能的優(yōu)劣。3.在電池放電時，性能大幅下降時，能夠及時切換回正常交流供電，保證系統(tǒng)安全性。4.通過交流輸入開關和電池開關能夠靈活控制輸入電源和電池組的連接和斷開。5.采用電路檢測及電子控制交流輸入側(cè)的通斷，檢測精確、響應速度快，在電池活化/檢測時，不會對后級負載的供電造成中斷，安全性高。6.結(jié)構(gòu)簡單，成本低，操作簡便，便于批量生產(chǎn)。

圖I為實施例一中電池活化裝置的電路結(jié)構(gòu)框圖；圖2為實施例一中電池活化裝置運行過程中各關鍵參數(shù)的變化曲線圖。圖3為實施例二中電池活化裝置的電路結(jié)構(gòu)框圖。圖4為實施例二中電池活化裝置運行過程中各關鍵參數(shù)的變化曲線圖。
具體實施方式
以下將結(jié)合具體實施例對本實用新型提供的技術方案進行詳細說明，應理解下述具體實施方式
僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。實施例一如圖I所示，本實用新型提供的電池活化裝置，包括執(zhí)行單元，檢測單元，交流/直流變換單元，直流/交流變換單元，主控單元，驅(qū)動控制電路，電流測量單元，顯示裝置。其中，執(zhí)行單元與交流輸入電源連接，直流/交流變換單元連接有負載，本例中的負載為交流負載。輸入電源通過執(zhí)行單元、交流/直流變換單元和直流/交流變換單元為負載提供工作電流，電池組通過直流/交流變換單元為負載提供工作電流。交流/直流變換單元用于將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，直流/交流變換單元用于將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。執(zhí)行單元與輸入電源連接，實現(xiàn)交流側(cè)電源的快速通斷控制，檢測單元與電池兩端相連以檢測電池電壓；電流測量單元與電池連接從而對電池輸入或輸出的直流電流進行取樣，并將電流參數(shù)傳輸給檢測單元。檢測單元將獲取的電流，電壓參數(shù)傳輸給主控單元，所述主控單元對所獲取的參數(shù)進行邏輯運算、判斷，形成指令后傳輸給驅(qū)動控制電路；驅(qū)動控制電路將主控單元形成的控制信號放大、隔離，并控制執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)所需的控制功能。主控單元還可將計算、測量結(jié)果通過顯示裝置輸出。顯示裝置優(yōu)選為觸摸顯示屏，這樣直接在顯示裝置上操作，就能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)設定、功能控制、結(jié)果顯示、警報、數(shù)據(jù)遠傳等功能。作為優(yōu)選，主控單元還可連接存儲單元，以存儲計算、測量結(jié)果。執(zhí)行單元可采用接觸器、繼電器、可控硅、晶閘管等能夠控制通斷的常規(guī)元件。電流測量單元可采用分流器、霍爾電流傳感器等能夠?qū)崿F(xiàn)電流取樣的常規(guī)元件。主控單元可以采用單片機，PLC可編程控制器等能夠?qū)崿F(xiàn)運算和邏輯判斷的數(shù)據(jù)處理元件。[0038]為了使本電池活化裝置操控性更強，還可以在執(zhí)行單元與輸入電源之間設置交流輸入開關。可以通過操作該交流輸入開關以控制輸入電源的連接和斷開。作為優(yōu)選，在電池組與直流/交流變換單元之間還可以設置電池開關，通過操作該電池開關的開閉，從而控制電池組的連接和斷開。圖2中展示出了電池活化裝置運行過程中各關鍵參數(shù)的變化曲線，該圖中①“交流電源”為交流側(cè)接入電源的電壓值、②“交流輸入”為輸入交流/直流變換單元的交流電壓，③“電池電壓”為通過檢測機構(gòu)獲得的電池組兩端的電壓值，④“電池電流”為電流測量單元取樣獲得的電池組輸入電流或輸出電流。⑤“輸出電壓”為輸出至負載的電壓。以上各曲線圖形中X軸表示時間，y軸表示各參數(shù)值，各圖中X軸相同。圖2中一開始電池即已充滿，假設時間為0 tl時，未達到活化條件，此時執(zhí)行單元導通，交流電源經(jīng)輸入開關送達執(zhí)行單元后進入交流輸入側(cè)交流/直流變換單元完成電源的交/直流轉(zhuǎn)換，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的直流電分成兩路，一路直流電通過電池開關為電池組充電，轉(zhuǎn)換成電池內(nèi)部的化學能進行存儲；另一路經(jīng)直流/交流變換單元將直流電壓逆變?yōu)榻涣麟妷?，供給后級負載。在該段時間中，“交流電源”值、“交流輸入”值和“輸出電壓”穩(wěn)定不變，電池電壓恒定，此時電池兩端無“電池電流”輸出?！ぎ敃r間為tl時,主控單元判斷到通過檢測單元獲得的參數(shù)達到預設的活化標準，發(fā)出斷開指令，該指令經(jīng)驅(qū)動單元傳送至執(zhí)行單元，執(zhí)行單元立即斷開交流主回路。此時，電池組釋放化學能，釋放出的直流電經(jīng)直流/交流變換單元后轉(zhuǎn)換為交流電，繼續(xù)向負載供電。因此，自tl開始，“交流電源”值依然不變，由于執(zhí)行單元斷開，“交流輸入”值為零。電池組輸出恒定直流電流，電池組電壓穩(wěn)定下降，由于負載得到電池組的輸出供給，因此“輸出電壓”穩(wěn)定不變。在電池活化放電過程中，即時間為tl t2時若電池組性能嚴重下降，其電壓下降斜率增大達到下降斜率警報值時，控制單元迅速發(fā)出導通信號通過驅(qū)動控制電路傳輸至執(zhí)行單元，執(zhí)行單元迅速導通，恢復交流供電。因此即使在電池性能最為惡劣的情況亦不會影響系統(tǒng)原有安全性。當時間為t2時，電池組兩端電壓到達預先設定的終止電壓，此時主控單元重新發(fā)出導通命令，該命令經(jīng)驅(qū)動單元傳送至執(zhí)行單元后，執(zhí)行單元重新導通，恢復至交流電源正常供電。此時，“交流電源”值依然不變，“交流輸入”值恢復至tl之前的數(shù)值；電池組進入充電狀態(tài)，電池兩端的電壓逐漸上升至滿電電壓，在此過程中，電流測量單元監(jiān)測到輸入電池組的充電電流，電池組充滿后，電池兩端無“電池電流”輸出。自t2起，“輸出電壓”一直穩(wěn)定不變。自電池放電完成后，即時間為t2時，主控單元通過運算處理電池組放電過程中的端電壓、電流、放電時間等參數(shù)，計算出電池放電容量和端電壓，其運算處理結(jié)果可通過顯示裝置進行顯示。此外，當電池的端電壓或電池放電容量達到警報值時，主控單元通過顯示裝置進行警報提示。實施例二 如圖3所示，本實用新型提供的電池活化裝置，包括執(zhí)行單元，檢測單元，交流/直流變換單元，直流電壓變換單元，主控單元，驅(qū)動控制電路，電流測量單元，顯示裝置。其中，執(zhí)行單元與交流輸入電源連接，直流電壓變換單元連接有負載。輸入電源通過執(zhí)行單元、交流/直流變換單元和直流電壓變換單元為負載提供工作電流，電池組通過直流電壓變換單元為負載提供工作電流，本例中的負載為交流負載。交流/直流變換單元用于將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，直流電壓變換單元，即對輸入的直流電進行電壓的升降操作或穩(wěn)壓操作，根據(jù)實際輸入電壓和實際負載使用電壓的具體要求，本例中，直流電壓變化單元為穩(wěn)壓器，使輸出至負載的直流電壓穩(wěn)定在設定 值范圍內(nèi)。直流電壓變換單元也可以采用BOOST電路、BUCK電路等常規(guī)升降壓電路對電壓進行升壓或降壓操作，使得直流電壓變換單元輸出的電壓符合負載正常工作需求。執(zhí)行單元與輸入電源連接，實現(xiàn)交流側(cè)電源的快速通斷控制，檢測單元與電池兩端相連以檢測電池電壓；電流測量單元與電池連接從而對電池輸入或輸出的直流電流進行取樣，并將電流參數(shù)傳輸給檢測單元。檢測單元將獲取的電流，電壓參數(shù)傳輸給主控單元，所述主控單元對所獲取的參數(shù)進行邏輯運算、判斷，形成指令后傳輸給驅(qū)動控制電路；驅(qū)動控制電路將主控單元形成的控制信號放大、隔離，并控制執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)所需的控制功能。主控單元還可將計算、測量結(jié)果通過顯示裝置輸出。顯示裝置優(yōu)選為觸摸顯示屏，這樣直接在顯示裝置上操作，就能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)設定、功能控制、結(jié)果顯示、警報、數(shù)據(jù)遠傳等功能。作為優(yōu)選，主控單元還可連接存儲單元，以存儲計算、測量結(jié)果。執(zhí)行單元可采用接觸器、繼電器、可控硅、晶閘管等能夠控制通斷的常規(guī)元件。電流測量單元可采用分流器、霍爾電流傳感器等能夠?qū)崿F(xiàn)電流取樣的常規(guī)元件。主控單元可以采用單片機，PLC可編程控制器等能夠?qū)崿F(xiàn)運算和邏輯判斷的數(shù)據(jù)處理元件。為了使本電池活化裝置操控性更強，還可以在執(zhí)行單元與輸入電源之間設置交流輸入開關?？梢酝ㄟ^操作該交流輸入開關以控制輸入電源的連接和斷開。作為優(yōu)選，在電池組與直流電壓變換單元之間還可以設置電池開關，通過操作該電池開關的開閉，從而控制電池組的連接和斷開。圖4中展示出了電池活化裝置運行過程中各關鍵參數(shù)的變化曲線，該圖中①“交流電源”為交流側(cè)接入電源的電壓值、②“交流輸入”為輸入交流/直流變換單元的交流電壓，③“電池電壓”為通過檢測機構(gòu)獲得的電池組兩端的電壓值，④“電池電流”為電流測量單元取樣獲得的電池組輸入電流或輸出電流。⑤“輸出電壓”為輸出至負載的電壓。以上各曲線圖形中X軸表示時間，y軸表示各參數(shù)值，各圖中X軸相同。圖4中一開始電池即已充滿，假設時間為0 tl時，未達到活化條件，此時執(zhí)行單元導通，交流電源經(jīng)輸入開關送達執(zhí)行單元后進入交流輸入側(cè)交流/直流變換單元完成電源的交/直流轉(zhuǎn)換，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的直流電分成兩路，一路直流電通過電池開關為電池組充電，轉(zhuǎn)換成電池內(nèi)部的化學能進行存儲；另一路直流電通過穩(wěn)壓器轉(zhuǎn)變?yōu)轭~定工作電壓，供給后級負載。在該段時間中，“交流電源”值、“交流輸入”值和“輸出電壓”穩(wěn)定不變，電池電壓恒定，此時電池兩端無“電池電流”輸出。當時間為tl時,主控單元判斷到通過檢測單元獲得的參數(shù)達到預設的活化標準，發(fā)出斷開指令，該指令經(jīng)驅(qū)動單元傳送至執(zhí)行單元，執(zhí)行單元立即斷開交流主回路。此時，電池組釋放化學能，釋放出的直流電通過穩(wěn)壓器轉(zhuǎn)變?yōu)轭~定工作電壓繼續(xù)向負載供電。因此，自tl開始，“交流電源”值依然不變，由于執(zhí)行單元斷開，“交流輸入”值為零。電池組輸出恒定直流電流，電池組電壓穩(wěn)定下降，由于負載得到電池組的輸出供給，因此“輸出電壓”穩(wěn)定不變。[0051]在電池活化放電過程中，即時間為tl t2時若電池組性能嚴重下降，其電壓下降斜率增大達到下降斜率警報值時，控制單元迅速發(fā)出導通信號通過驅(qū)動控制電路傳輸至執(zhí)行單元，執(zhí)行單元迅速導通，恢復交流供電。因此即使在電池性能最為惡劣的情況亦不會影響系統(tǒng)原有安全性。當時間為t2時，電池組兩端電壓到達預先設定的終止電壓，此時主控單元重新發(fā)出導通命令，該命令經(jīng)驅(qū)動單元傳送至執(zhí)行單元后，執(zhí)行單元重新導通，恢復至交流電源正常供電。此時，“交流電源”值依然不變，“交流輸入”值恢復至tl之前的數(shù)值；電池組進入充電狀態(tài)，電池兩端的電壓逐漸上升至滿電電壓，在此過程中，電流測量單元監(jiān)測到輸入電池組的充電電流，電池組充滿后，電池兩端無“電池電流”輸出。自t2起，“輸出電壓”一直穩(wěn)定不變。 自電池放電完成后，即時間為t2時，主控單元通過運算處理電池組放電過程中的端電壓、電流、放電時間等參數(shù)，計算出電池放電容量和端電壓，其運算處理結(jié)果可通過顯示裝置進行顯示。此外，當電池的端電壓或電池放電容量達到警報值時，主控單元通過顯示裝置進行警報提示。本實用新型方案所公開的技術手段不僅限于上述技術手段所公開的技術手段，還包括由以上技術特征任意組合所組成的技術方案。
權(quán)利要求1.一種電池活化裝置，其特征在于包括執(zhí)行單元，交流/直流變換單元，直流處理單元，電池組，電流測量單元，檢測單元，主控單元，驅(qū)動控制電路和顯示裝置；其中執(zhí)行單元用于控制交流電源的通斷，交流/直流變換單元與執(zhí)行單元連接，直流處理單元與交流/直流變換單元連接，所述交流/直流變換單元與直流處理單元之間連接著電池組，所述電流測量單元與電池組相連以測量電池組輸入或輸出的電流，所述電池組和電流測量單元與檢測單元連接，所述檢測單元連接著主控單元，主控單元通過驅(qū)動控制電路與執(zhí)行單元相連，所述顯示裝置與主控單元連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電池活化裝置，其特征在于所述直流處理單元為直流/交流變換單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電池活化裝置，其特征在于所述直流處理單元為直流電壓變換單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求I 3中任意一項所述的電池活化裝置，其特征在于所述執(zhí)行單元與輸入電源之間設置有交流輸入開關。
5.根據(jù)權(quán)利要求I 3中任意一項所述的電池活化裝置，其特征在于所述電池組與直流處理單元之間設置有電池開關。
6.根據(jù)權(quán)利要求I 3中任意一項所述的電池活化裝置，其特征在于所述主控單元還連接有存儲單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求I 3中任意一項所述的電池活化裝置，其特征在于所述主控單元為PLC可編程控制器。
專利摘要本實用新型公開了一種電池活化裝置，用實際負載做為電池的活化負載，通過測量電池的實際放電功率及供電時間，判斷其性能好壞，并計算實際容量值。電池活化裝置，包括執(zhí)行單元，交流/直流變換單元，直流處理單元，蓄電池，電流測量單元，檢測單元，主控單元，驅(qū)動控制電路和顯示裝置。本實用新型通過控制交流側(cè)快速開關通斷，來實現(xiàn)電池的放電/充電循環(huán)，從而實現(xiàn)定期對電池性能進行活化的效果，從而提高其性能、延長使用壽命。此外，還能在電池放電期間，通過檢測電池的端電壓、負載電流以及設定范圍內(nèi)的供電時間，通過計算即可獲取電池的實際容量參數(shù)，由此判斷電池性能的優(yōu)劣。
文檔編號G01R31/36GK202794473SQ201220245240
公開日2013年3月13日 申請日期2012年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月29日
發(fā)明者余大強, 胡寶興 申請人:南京和棲原電氣技術有限公司