專利名稱：智能鉛酸蓄電池修復(fù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及智能鉛酸蓄電池修復(fù)器，屬于蓄電池領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電力供配電行業(yè)，通信、通訊行業(yè)及電動車輛的大發(fā)展也帶動了為其配套的電源蓄電池行業(yè)的大發(fā)展和技術(shù)上的進步與創(chuàng)新。由于鉛酸蓄電池具有優(yōu)異的性價比，所以目前國內(nèi)外市場上除了為便攜式電子產(chǎn)品配套的電池和為航空航天及高端軍用配套的電池外，電動車輛、UPS系統(tǒng)、電訊設(shè)施(電信基站,衛(wèi)星地面站)、汽車、電站、變電站、應(yīng)急電源、船舶及無電區(qū)光明工程的儲能電源等90%以上都是使用的鉛酸蓄電池。但是，在蓄電池使用過程中有大多數(shù)使用者不注意它的使用方法，大電流充放電，蓄電池較長時間不使用時，放置時間較長不給蓄電池充電等等，造成蓄電池在一年以后放電時間短、行駛公里減少等多些問題。究其原因，就是不正確的使用習慣造成了蓄電池硫化現(xiàn)象的產(chǎn)生。清潔能源的使用已很大程度的改善了居民的生活環(huán)境，以蓄電池為能量來源的電動自行車廣泛的出現(xiàn)在我們的生活中，在給我們帶來出行方便和環(huán)境保護的同時，也使我們感到他的不足之處，隨著蓄電池使用充放電的不規(guī)范和溫度等條件的影響，蓄電池的壽命和容量都大大的減退。鉛酸蓄電池的過早報廢不僅嚴重浪費能源，而且嚴重污染環(huán)境，已成為各級政府及各企業(yè)事業(yè)單位的關(guān)注熱點，其大多數(shù)報廢的蓄電池都是可以修復(fù)的。因此對于廢舊鉛酸蓄電池修復(fù)技術(shù)的研究是很有必要的?，F(xiàn)在對于鉛酸蓄電池修復(fù)主要是針對于鉛酸蓄電池的“硫化”。輕微的電池“硫化”，會降低電池的容量，電池內(nèi)阻增加，嚴重時則電極失效，充不進電。針對此問題，蓄電池修復(fù)器的使用，將能改善這種情況，提高蓄電能力，達到修復(fù)的效果?，F(xiàn)有對鉛酸蓄電池的修復(fù)大概有以下幾種:1、水療法對于“硫化”的蓄電池，如果硫化不太嚴重，可以使用較稀的電解液，密度在1.100g/cm3以下，即向電池中加水稀釋電解液，以提高硫酸鉛的溶解度.并用小電流修復(fù)，在液溫30°C 40°C的范圍內(nèi)較長時間充電，最后在充足充電情況下用稍高電解液調(diào)整電池內(nèi)電解液密度至標準溶液濃度，蓄電池容量得以恢復(fù)，如果電解液密度較高，則充電時只進行水分解，活性物質(zhì)難以恢復(fù)。這種方法原理是:用降低酸液密度提高硫酸鹽的溶解度，采取小電流長時間充電以降低電極板的極化延緩水分解電壓的提早出現(xiàn)，最終使硫酸鹽結(jié)晶體在溶解和轉(zhuǎn)化為活性物質(zhì)過程中逐漸被消除。這種種方法對于加水蓄電池比較適用，對于“硫化”現(xiàn)象亦可以反復(fù)處理。突出優(yōu)點為無須投資設(shè)備既可自行修復(fù)，缺點是對于密封電池來說，水療法是無法進行的。另外，水療法的工時比較大，可能需要反復(fù)的修復(fù)才有效果。2、淺循環(huán)大電流充電法對已硫化電池,采用大電流5Ah以內(nèi)電流,對電池充電至稍過充狀態(tài)控制液溫不超過40°C為宜，然后放電30%，如此反復(fù)數(shù)次可減少和消除硫化現(xiàn)象。這種辦法的原理是:用過充電析出氣體對極板表面輕微硫化鹽沖刷，使其脫附溶解并轉(zhuǎn)化為活性物質(zhì)。這種辦法的優(yōu)點為對于輕微硫化可以明顯修復(fù)。但對于老電池不適用，因為在析出氣體沖刷硫酸鹽的同時也對正極板的活性物產(chǎn)生強烈沖刷，使活性物質(zhì)變軟甚至脫落。3、化學修復(fù)方法添加活性劑，采用化學方法，消除硫酸鉛結(jié)晶，對于已硫化電池，倒掉原電解液，力口入純水與硫酸鈉、硫酸鉀、酒石酸等物質(zhì)混合液，采取正常充放電幾次，然后倒出純水加入稍高密度酸液調(diào)整電池內(nèi)酸液至標準液濃度，容量恢復(fù)至80%以上可認為修復(fù)成功。這種辦法的原理是:加入的這些硫酸鹽配位摻雜劑，可與很多金屬離子，包括硫化鹽形成配位化合物。形成的化合物在酸性介質(zhì)中是不穩(wěn)定的，不導(dǎo)電的硫化層將逐步溶解返回倒溶液中，使極板硫化脫附溶解。這種辦法的特點:修復(fù)效果高于前兩種修復(fù)方法，缺點太繁瑣，成本太高，增加電池內(nèi)阻，并且還改變了電解液的原結(jié)構(gòu)，修復(fù)后的使用期較短，其修復(fù)率約為45%左右。4、串聯(lián)式修復(fù)無法準確判斷每塊電池性能的好壞，對整體串聯(lián)電池組采用恒流恒壓充電機串聯(lián)充電修復(fù)僅能起到簡單的充電作用，去硫化效率和修復(fù)效果極差。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型目的是為了解決現(xiàn)有鉛酸蓄電池的修復(fù)技術(shù)存在的問題，提供了一種智能鉛酸蓄電池修復(fù)器。本實用新型所述智能鉛酸蓄電池修復(fù)器，它包括MCU、高邊電流檢測電路、真有效值轉(zhuǎn)換電路、線性放大電路、充電電壓取樣電路、充電電壓信號調(diào)理電路、蓄電池電壓取樣電路、蓄電池電壓信號調(diào)理電路、驅(qū)動電路和充放電電路，高邊電流檢測電路的修復(fù)電流信號輸出端與真有效值轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連，真有效值轉(zhuǎn)換電路的輸出端與線性放大電路的輸入端相連，線性放大電路的輸出端與MCU的修復(fù)電流信號輸入端相連；充電電壓取樣電路的充電電壓信號輸出端與充電電壓信號調(diào)理電路的輸入端相連，充電電壓信號調(diào)理電路的輸出端與MCU的充電電壓信號輸入端相連；蓄電池電壓取樣電路的蓄電池電壓信號輸出端與蓄電池電壓信號調(diào)理電路的輸入端相連，蓄電池電壓信號調(diào)理電路的輸出端與MCU的蓄電池電壓信號輸入端相連；MCU的放電或修復(fù)指令信號輸出端與驅(qū)動電路的輸入端相連，驅(qū)動電路的輸出端與充放電電路的放電或修復(fù)指令輸入端相連，充放電電路對蓄電池進行放電或修復(fù)操作。本實用新型的優(yōu)點:本實用新型所述智能鉛酸蓄電池修復(fù)器可以修復(fù)因使用不當造成容量下降的蓄電池，經(jīng)實驗驗證了本實用新型的功能，因不正常的充放電造成蓄電池內(nèi)部硫化所致的蓄電池容量下降的電池經(jīng)修復(fù)后容量可提升為新電池容量的80%左右，因單片機的嵌入使系統(tǒng)具有了智能化的特點，自動完成放電和修復(fù)的過程，很多量都是控制器判斷的，無需人為干涉。能實現(xiàn)的功能如下:1、可對12V/24V的大容量鉛酸蓄電池進行自動充放電及修復(fù)；[0028]2、PWM脈寬1%-99%之間調(diào)制，步進值為I ;3、0-20A電流測量精度IOmA內(nèi)；4、0_48V電壓測量精度不低于IOOmV ；5、修復(fù)時間小于十小時并可設(shè)定；6、實時顯示修復(fù)過程量，充電電壓，端電壓，蓄電池電動勢，充電電流等。

圖1是本實用新型所述智能鉛酸蓄電池修復(fù)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是驅(qū)動電路的具體電路圖；圖3是充放電電路的具體電路圖；圖4是高邊電流檢測電路的具體電路圖；圖5是真有效值轉(zhuǎn)換電路的具體電路圖；圖6是線性放大電路的具體電路圖。
具體實施方式
具體實施方式
一:下面結(jié)合圖1至圖3說明本實施方式，本實施方式所述智能鉛酸蓄電池修復(fù)器，它包括MCUl、高邊電流檢測電路2、真有效值轉(zhuǎn)換電路3、線性放大電路4、充電電壓取樣電路5、充電電壓信號調(diào)理電路6、蓄電池電壓取樣電路7、蓄電池電壓信號調(diào)理電路8、驅(qū)動電路9和充放電電路10，高邊電流檢測電路2的修復(fù)電流信號輸出端與真有效值轉(zhuǎn)換電路3的輸入端相連，真有效值轉(zhuǎn)換電路3的輸出端與線性放大電路4的輸入端相連，線性放大電路4的輸出端與MCUl的修復(fù)電流信號輸入端相連；充電電壓取樣電路5的充電電壓信號輸出端與充電電壓信號調(diào)理電路6的輸入端相連，充電電壓信號調(diào)理電路6的輸出端與MCUl的充電電壓信號輸入端相連；蓄電池電壓取樣電路7的蓄電池電壓信號輸出端與蓄電池電壓信號調(diào)理電路8的輸入端相連，蓄電池電壓信號調(diào)理電路8的輸出端與MCUl的蓄電池電壓信號輸入端相連；MCUl的放電或修復(fù)指令信號輸出端與驅(qū)動電路9的輸入端相連，驅(qū)動電路9的輸出端與充放電電路10的放電或修復(fù)指令輸入端相連，充放電電路10對蓄電池進行放電或修復(fù)操作。圖2所示的驅(qū)動電路9保證了修復(fù)脈沖前沿的陡峭，最大程度的實現(xiàn)了 PWM波形輸出，充電電源由外部的蓄電池充電器給出，這樣即減小了本設(shè)備的干擾，又能減小設(shè)備的體積。充電電流經(jīng)信號調(diào)理成真有效值變換后送入MCU進行A/D變換，得出充電電流的大小。多通道的ADC保證了各種數(shù)據(jù)的采集檢測。利用這些數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)功能的擴展，蓄電池容量的計算，內(nèi)阻的測量，都可以通過這些量計算出來。圖3所示的充放電電路實現(xiàn)充放電是通過繼電器完成的，常接觸點為修復(fù)電路，繼電器工作時為放電模式。選擇繼電器需要注意允許通過的最大電流和絕緣電壓等參數(shù)。繼電器的動作不會太頻繁，不需要特殊的驅(qū)動電路，電路設(shè)計只用了一個NPN型三極管作為驅(qū)動器件。因繼電器電磁線圈是感性負載，當三極管關(guān)斷時將在電磁線圈上產(chǎn)生一個與驅(qū)動電壓相反的感應(yīng)電動勢，阻止電流的極具變小，如果沒有電流回路，將產(chǎn)生高壓電弧，損壞繼電器觸點，因此，續(xù)流二極管在電路中尤為重要。應(yīng)用電路圖如圖蓄電池電壓取樣電路7采集蓄電池的電池電動勢，判斷是否滿足修復(fù)條件，如滿足修復(fù)條件，MCUl輸出修復(fù)指令，輸出修復(fù)脈沖序列為頻率為8.33KHZ占空比可調(diào)的PWM波形，通過驅(qū)動電路9和充放電電路10對蓄電池進行修復(fù)，在進行一段的時間修復(fù)后，將停止發(fā)出修復(fù)序列，進行蓄電池端電壓的測量。修復(fù)的過程中需要對蓄電池的電動勢進行檢測，以便了解修復(fù)的進程，當對電動勢測量時，需對修復(fù)脈沖停止IOms后測量，以蓄電池恢復(fù)正常蓄電狀態(tài)，當測量的電動勢滿足標稱電動勢的1.1倍左右時，修復(fù)完成結(jié)束，如果不滿足修復(fù)條件，程序?qū)⑥D(zhuǎn)入放電操作,通過驅(qū)動電路9和充放電電路10對蓄電池進行放電。蓄電池在進行修復(fù)前，系統(tǒng)會自動檢測蓄電池的電動勢，如蓄電池正常電動勢為12V,當不小于IOV時,修復(fù)器會自動進行放電操作?；蛘呤切枰貜?fù)修復(fù)時需要放電操作，放電一段時間都會停止放電，檢測電動勢，如沒有到達預(yù)定的修復(fù)電壓還會繼續(xù)放電，直到達到IOV以下。在放電的過程中對蓄電池端電壓和蓄電池電動勢進行實時的檢測，放電電流不宜過大，穩(wěn)步緩慢的放電有益于蓄電池的修復(fù)。充電電壓取樣電路5采集充電電壓信號，判斷充電電壓是否為蓄電池標稱電動勢的2.4倍。采集修復(fù)電流值，修復(fù)電流值應(yīng)為O。
具體實施方式
二:本實施方式對實施方式一作進一步說明，它還包括顯示器11，MCUl的顯示信號輸出端與顯示器11的顯示信號輸入端相連。
具體實施方式
三:本實施方式對實施方式一或二作進一步說明，它還包括矩陣鍵盤12，矩陣鍵盤12的外部指令輸出端與MCUl的外部指令輸入端相連。用于修改修復(fù)數(shù)據(jù)參數(shù)。
具體實施方式
四:本實施方式對實施方式一、二或三作進一步說明，MCUl采用型號為ATmegal6的單片機。ATmegal6 AVR內(nèi)核具有豐富的指令集和32個通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與運算邏單元(ALU)相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期內(nèi)同時訪問兩個獨立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的數(shù)據(jù)吞吐率。ATmegal6單片機可以提供相位修正的PWM模式，作為驅(qū)動充放電電路10中的場效應(yīng)管的信號，大大減輕了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，此模式基于雙斜波操作，輸出頻率精度高，并可細調(diào)占空比，控制充電高電平持續(xù)的時間，以控制修復(fù)電流的大小。而且，ATmegal6集成的8路10位ADC實現(xiàn)了各種電壓信號的采集，最短轉(zhuǎn)換時間僅為65us，完成修復(fù)過程的實時監(jiān)控。其內(nèi)置的看門狗保證了程序的正常運行。
具體實施方式
五:下面結(jié)合圖4說明本實施方式，本實施方式對實施方式一、二、三或四作進一步說明，高邊電流檢測電路2采用型號為MAX9922或MAX9923為核心芯片的電流檢測器來實現(xiàn)。MAX9922/MAX9923超高精度、高邊電流檢測放大器具有10 μ V (最大值)超低VOS和優(yōu)于±0.5%的激光微調(diào)增益精度。低VOS與高增益精度相結(jié)合，能夠支持精確的電流測量，即使在檢流電壓非常小的情況下。ΜΑΧ9922/ΜΑΧ9923支持單/雙向工作，通過單片機的監(jiān)測，防止電流的倒灌，MAX9922可通過兩個外部電阻調(diào)節(jié)增益設(shè)置，實現(xiàn)電流信號的放大，本設(shè)計增益為1，采樣電阻為0.0l Ω，在最大修復(fù)電流20A下輸出電壓值為200mV。應(yīng)用電路如圖4所示。
具體實施方式
六:下面結(jié)合圖5說明本實施方式，本實施方式對實施方式一、二、三、四或五作進一步說明，真有效值轉(zhuǎn)換電路3采用型號為AD737為核心芯片的電路來實現(xiàn)。在電子測量系統(tǒng)中，通常要把正弦波、鋸齒波、矩形波、三角波等波形的交變電壓轉(zhuǎn)換成有效值電壓，本設(shè)計需要把占空比變換的矩形波轉(zhuǎn)換成直觀的有效值電壓，RMS-DC可以測量出任意波形信號的有效值，但是不同型號的RMS-DC變換器可以測量交流信號的最大有效值、最大波峰因數(shù)也不同，到目前為止，還沒有一中能適合任意場合的變換器，在實際的應(yīng)用中要進可能的選擇與應(yīng)用場合相適應(yīng)的型號，這樣，就要從精度、帶寬、功耗、輸入信號電平、波峰因數(shù)、和穩(wěn)定時間因素等方面綜合考慮。根據(jù)本系統(tǒng)的要求，AD737非常適合設(shè)計要求，AD737是AD公司推出的真有效值直流變換器。和以往的有效值測量技術(shù)不同，真有效值直流變換可以直接測得各種波形的真實有效值，它不是采用整流加平均測量技術(shù)，而是采用信號平方后積分的平均技術(shù)。采用AD737可以簡化儀器的設(shè)計，增加信號測量品種，并且靈敏度、精確度也大為改善。前端電壓信號最大為200mV。為AD737的最大輸入電平，為MAX9922的最大輸出電壓。典型應(yīng)用電路如圖5所示。
具體實施方式
七:下面結(jié)合圖6說明本實施方式，本實施方式對實施方式一、二、三、四、五或六作進一步說明，線性放大電路4采用采用型號為0P177的運放器來實現(xiàn)。經(jīng)AD737變換的有效值與輸入的電壓信號成線性反比例關(guān)系，ATMEGA16為內(nèi)部
1.25V的AD轉(zhuǎn)換參考電壓，所以需要可調(diào)增益的反比例運算放大器和跟隨器穩(wěn)定輸出信號。為保證對信號進行不失真的線性放大，本系統(tǒng)采用0P177高精度運放，確保了電壓信號的準確性。設(shè)計電路如圖6所示。
權(quán)利要求1.智能鉛酸蓄電池修復(fù)器，其特征在于，它包括MCU(I)、高邊電流檢測電路(2)、真有效值轉(zhuǎn)換電路(3)、線性放大電路(4)、充電電壓取樣電路(5)、充電電壓信號調(diào)理電路(6)、蓄電池電壓取樣電路(7)、蓄電池電壓信號調(diào)理電路(8)、驅(qū)動電路(9)和充放電電路(10)， 高邊電流檢測電路(2)的修復(fù)電流信號輸出端與真有效值轉(zhuǎn)換電路(3)的輸入端相連，真有效值轉(zhuǎn)換電路(3)的輸出端與線性放大電路(4)的輸入端相連，線性放大電路(4)的輸出端與MCU (I)的修復(fù)電流信號輸入端相連； 充電電壓取樣電路(5)的充電電壓信號輸出端與充電電壓信號調(diào)理電路(6)的輸入端相連，充電電壓信號調(diào)理電路(6)的輸出端與MCU (I)的充電電壓信號輸入端相連； 蓄電池電壓取樣電路(7)的蓄電池電壓信號輸出端與蓄電池電壓信號調(diào)理電路(8)的輸入端相連，蓄電池電壓信號調(diào)理電路(8)的輸出端與MCU (I)的蓄電池電壓信號輸入端相連； MCU (I)的放電或修復(fù)指令信號輸出端與驅(qū)動電路(9)的輸入端相連，驅(qū)動電路(9)的輸出端與充放電電路(10)的放電或修復(fù)指令輸入端相連，充放電電路(10)對蓄電池進行放電或修復(fù)操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述智能鉛酸蓄電池修復(fù)器，其特征在于，它還包括顯示器(11)，MCU (I)的顯示信號輸出端與顯示器(11)的顯示信號輸入端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述智能鉛酸蓄電池修復(fù)器，其特征在于，它還包括矩陣鍵盤(12)，矩陣鍵盤(12)的外部指令輸出端與MCU (I)的外部指令輸入端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述智能鉛酸蓄電池修復(fù)器，其特征在于，MCU(I)采用型號為ATmegal6的單片機。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述智能鉛酸蓄電池修復(fù)器，其特征在于，高邊電流檢測電路(2)采用型號為MAX9922或MAX9923為核心芯片的電流檢測器來實現(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述智能鉛酸蓄電池修復(fù)器，其特征在于，真有效值轉(zhuǎn)換電路(3)采用型號為AD737為核心芯片的電路來實現(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述智能鉛酸蓄電池修復(fù)器，其特征在于，線性放大電路(4)采用采用型號為OP177的運放器來實現(xiàn)。
專利摘要智能鉛酸蓄電池修復(fù)器，屬于蓄電池領(lǐng)域，本實用新型為解決現(xiàn)有鉛酸蓄電池的修復(fù)技術(shù)存在的問題。本實用新型包括MCU、高邊電流檢測電路、真有效值轉(zhuǎn)換電路、線性放大電路、充電電壓取樣電路、充電電壓信號調(diào)理電路、蓄電池電壓取樣電路、蓄電池電壓信號調(diào)理電路、驅(qū)動電路和充放電電路，高邊電流檢測電路檢測修復(fù)電流信號，通過真有效值轉(zhuǎn)換電路和線性放大電路給MCU；充電電壓取樣電路采集充電電壓信號給MCU，蓄電池電壓取樣電路采集蓄電池電壓信號給MCU，MCU通過驅(qū)動電路和充放電電路對蓄電池進行放電或修復(fù)操作。本實用新型用于鉛酸蓄電池的修復(fù)工作。
文檔編號H01M10/42GK202977644SQ20122071879
公開日2013年6月5日 申請日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者曲貴波, 喬爽 申請人:黑龍江工程學院