專利名稱：蓄電池容量測(cè)試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種蓄電池容量測(cè)試儀，屬于測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域。
鉛酸蓄電池在任意時(shí)刻尚有多少容量，是運(yùn)用和維修人員十分關(guān)注的問題。個(gè)別鉛酸蓄電池保有容量低于臨界容量，或在蓄電池組中夾雜著個(gè)別落后的蓄電池，不能在點(diǎn)火工況下輸出足夠大的功率，會(huì)直接影響正常的運(yùn)輸生產(chǎn)。其原因不外乎以下幾點(diǎn)蓄電池使用一段時(shí)間后自然老化，停放時(shí)間過長(zhǎng)自然放電，蓄電池漏電，或由于極柱內(nèi)裂損，極板短路，極板嚴(yán)重?fù)p壞，硫化等。
提高蓄電池運(yùn)行時(shí)的可靠性，不僅需要通過合理的維護(hù)和保養(yǎng)來加強(qiáng)預(yù)防，而且需要通過有效的技術(shù)手段監(jiān)測(cè)蓄電池的質(zhì)量狀態(tài)，特別是對(duì)蓄電池的實(shí)際荷電狀態(tài)所進(jìn)行的工藝控制操作是十分需要的。因而在對(duì)蓄電池進(jìn)行檢修時(shí)，首當(dāng)其沖的就是對(duì)其容量的測(cè)定。蓄電池的容量和蓄電池極板結(jié)構(gòu)、活性物質(zhì)數(shù)量、添加劑的品種和數(shù)量、隔板材料、電解液的濃度和溫度、蓄電池的放電程度、放電率的大小等有直接的關(guān)系。所以在短時(shí)間里要從其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)算出其容量是很困難的，尤其是在機(jī)車啟動(dòng)故障等應(yīng)急處理中迅速查明落后單節(jié)更是困難。
對(duì)蓄電池容量的測(cè)定有直接法和間接法兩種，直接法就是將蓄電池電壓，放電電流和時(shí)間乘積就是蓄電池的容量，這種方法運(yùn)用中顯然是不允許的。間接法就是通過對(duì)蓄電池現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)(電壓、電流、環(huán)境溫度)進(jìn)行檢測(cè)，按照它們和容量間的固有函數(shù)關(guān)系，來推算出蓄電池的表現(xiàn)容量。
目前，市場(chǎng)上出現(xiàn)的蓄電池容量測(cè)試儀，大多為放電叉，只能估算容量范圍，從而判斷蓄電池的狀態(tài)，只能是模糊的，而不能準(zhǔn)確測(cè)量蓄電池的容量值。
本實(shí)用新型目的在于提供一種體積小，操作簡(jiǎn)單，便于攜帶，顯示直觀的蓄電池容量測(cè)試儀。本測(cè)試儀不僅能測(cè)量蓄電池的表現(xiàn)容量，而且還能測(cè)量蓄電池的端電壓，放電電流、蓄電池內(nèi)阻。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案包括取樣電路、單片機(jī)計(jì)算電路和數(shù)字顯示電路。取樣電路將從蓄電池取樣的信號(hào)送至單片機(jī)輸入電路，經(jīng)單片機(jī)計(jì)算和處理，輸出送至數(shù)字顯示電路顯示結(jié)果，其特征是取樣電路是從蓄電池正負(fù)電極直接取端電壓和放電電流信號(hào)，取樣電極夾持器上電壓取樣線與電流取樣線并聯(lián)，電壓取樣線將電壓信號(hào)直接送至單片機(jī)輸入電路，電流取樣線接由放電電阻R、放電控制元件M和電流傳感器L串聯(lián)電路的兩端，從電流傳感器的輸出端取出的放電電流信號(hào)送至單片機(jī)輸入電路，放電控制元件由測(cè)試控制按鈕控制其導(dǎo)通及導(dǎo)通時(shí)間。
上述的蓄電池容量測(cè)試儀，當(dāng)用于單節(jié)與單組電池兼用測(cè)量時(shí)，在單片機(jī)輸入端設(shè)置選擇開關(guān)輸入電路，由單片機(jī)對(duì)單組，單節(jié)選擇正誤進(jìn)行判斷并顯示，選擇正確時(shí)，有信號(hào)送至放電控制元件管驅(qū)動(dòng)電路，決定是單節(jié)還是單組放電控制元件處于工作狀態(tài)。
上述蓄電池容量測(cè)試儀的顯示電路采用液晶顯示，它包括液顯驅(qū)動(dòng)電路和液晶顯示屏，同時(shí)顯示容量、端電壓、放電電流、內(nèi)阻，當(dāng)單節(jié)、單組選擇錯(cuò)誤時(shí)，顯示出錯(cuò)信號(hào)。
本方案如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)1、設(shè)定電流中的高放電率電流更接近蓄電池的實(shí)際工作情況，直接反映蓄電池的啟動(dòng)輸出功率性能，使其本身的放電曲線更接近線性，這是我們檢測(cè)最需要的；2、由于運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，可把所有參數(shù)都記錄下來，所測(cè)得的電壓值代表劇烈放電條件平均有效的酸的濃度，而電流值則是在該條件下活性(有效)表面的反映。通過這些實(shí)測(cè)的參數(shù)就可通過預(yù)設(shè)程序算出被測(cè)蓄電池的容量；3、測(cè)量速度快，放電時(shí)間一般控制在80ms-150ms之間，使之既能破壞極板表面酸的濃度平衡，使其曲線接近實(shí)際，另外也能保證有充裕的時(shí)間使電池內(nèi)形成穩(wěn)定平衡狀態(tài)的濃差極化，使檢測(cè)值更為有效。設(shè)計(jì)整個(gè)測(cè)量所用時(shí)間約4秒；4、雖然放電電流大，但因時(shí)間短，不會(huì)影響蓄電池的壽命，也不需要大的散熱器，可達(dá)到測(cè)試儀重量輕，體積小的要求。
下面對(duì)附圖進(jìn)行說明

圖1是邏輯框圖，取樣電路將蓄電池電壓V和放電電流I信號(hào)送至單片機(jī)計(jì)算電路，單片機(jī)將計(jì)算結(jié)果送至數(shù)字顯示電路顯示結(jié)果。當(dāng)有單組和單節(jié)選擇功能時(shí)，選擇開關(guān)量送單片機(jī)，判斷正誤，當(dāng)選擇錯(cuò)時(shí)會(huì)顯示錯(cuò)誤信號(hào)，提醒操作者重新選擇，同時(shí)單片機(jī)輸出接放電控制元件驅(qū)動(dòng)電路，使對(duì)應(yīng)的放電控制管處于工作準(zhǔn)備狀態(tài)。
圖2是取樣電路原理圖，B代表蓄電池、R是放電電阻，M是MOS管、L是電流傳感器，S是測(cè)試控制按鈕，V是取樣電壓信號(hào)，I是取樣電流信號(hào)、O是地線。
圖3是單片機(jī)計(jì)算電路，圖中U1即為單片機(jī)。R5和L2是電源顯示電路，當(dāng)打開測(cè)試儀面板上的電源開關(guān)S8時(shí)，發(fā)光二極管L2亮。R6、R7、S1、E1、U4:B、E2組成單片機(jī)的復(fù)位電路，同時(shí)也給U6復(fù)位。C1、C2、C3組成單片機(jī)的振蕩電路，為單片機(jī)提供時(shí)鐘。L1、R8、P1、D1、D2組成單片機(jī)的參考電源，為單片機(jī)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)提供參考電源。R13、R14、R15、S3、S4、S5是開關(guān)量的輸入(由面板上的測(cè)量選擇開關(guān)控制)，使單片機(jī)知道現(xiàn)在的測(cè)量狀態(tài)是單組還是單節(jié)，并且通知單片機(jī)什么時(shí)候開始測(cè)量(面板上的測(cè)試按鈕S5閉合時(shí)，開始測(cè)試)。當(dāng)S3、MOS電路的S7閉合時(shí)，測(cè)量狀態(tài)為單節(jié)。被測(cè)試電池通過儀器后部的鱷魚夾及導(dǎo)線連到R1、R2的公共點(diǎn)P31,R1、R2、R3、Z1、Z2、Z5、U5:A、U5:B、組成電壓采樣，并且單節(jié)和單組的采樣分開。具體來說R1、Z2、U5:B、Z5是單節(jié)的電壓采樣電路，R2、R3、U5:A、Z1是單組的電壓采樣電路。電流信號(hào)由主電路中的電流傳感器輸出端將電流信號(hào)I接至由R4、Z6、U5:C組成的電流采樣輸入電路的P37點(diǎn)，輸出分別輸入到單片機(jī)的I腳、68腳、66腳，將這三路信號(hào)進(jìn)行模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換得到數(shù)字量的電壓、電流值。單片機(jī)根據(jù)電壓值判斷測(cè)量的是單節(jié)還是單組，并把結(jié)果與從開關(guān)量中得到的測(cè)量狀態(tài)進(jìn)行比較，如果相同則繼續(xù)測(cè)量，如果不同則提示操作者測(cè)量狀態(tài)錯(cuò)誤，直到操作者更換測(cè)量狀態(tài)，使兩種測(cè)量狀態(tài)相同才繼續(xù)測(cè)量，以保護(hù)主電路。U2為鎖存器，為U3提供低八位地址。U3為單片機(jī)的程序存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)單片機(jī)的程序。K1的狀態(tài)決定是否采用看門狗。當(dāng)單片機(jī)的6腳接地時(shí)，系統(tǒng)采用看門狗以增加系統(tǒng)的可靠性。U6是I/0擴(kuò)展芯片，它從單片機(jī)那接收命令，從而驅(qū)動(dòng)液晶U7顯示測(cè)量結(jié)果或給操作者提示操作錯(cuò)誤信號(hào)，同時(shí)通過R9、R10、R11、R12、N1、N2組成的MOS驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)主電路，以實(shí)現(xiàn)主電路的開通和關(guān)斷。
圖4是MOS管主電路。
主電路由主電路隔離電路、主電路驅(qū)動(dòng)電路、主電路、直流-直流變換電路組成。其中U9、U10為直流-直流變換模塊。S8為儀器面板上的電源開關(guān)。當(dāng)S8接通時(shí)，通過儀器后部的鱷魚夾及導(dǎo)線把蓄電池的三節(jié)或四節(jié)連接到U8、U9。U8把蓄電池的三節(jié)或四節(jié)電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流+12V，為主電路的驅(qū)動(dòng)電路供電，并實(shí)現(xiàn)與蓄電池電的隔離。U9把蓄電池的三節(jié)或四節(jié)電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流+12V、-12V、+5V，為單片機(jī)測(cè)量控制系統(tǒng)和電流傳感器供電，并實(shí)現(xiàn)與蓄電池和主電路電的隔離。G1、G2是光耦隔離芯片，接收來自測(cè)量控制板P45、P43的信號(hào)，決定主電路的開通與關(guān)斷，同時(shí)實(shí)現(xiàn)測(cè)量控制電路與主電路電的隔離以提高系統(tǒng)的可靠性。R17、R18、R21、N3、N5、R19、R20、R22、N4、N6為兩套主電路驅(qū)動(dòng)電路。R23、M1、M2為主電路。其中M1、M2為CMOS管。根據(jù)被測(cè)蓄電池的型號(hào)決定采用兩個(gè)或多個(gè)并聯(lián)，以提高主電路的電流能力。R23為限流電阻，根據(jù)被測(cè)量蓄電池的型號(hào)決定是采用串聯(lián)二極管的方法還是用大功率電阻作為限流電阻，如果采用串聯(lián)二極管的方法。需根據(jù)被測(cè)蓄電池型號(hào)決定采用串聯(lián)二極管的個(gè)數(shù)。如果被測(cè)蓄電池夾在Z4和Z3之間，當(dāng)面板選擇開關(guān)選擇單節(jié)時(shí)S7、S3閉合，則只能測(cè)量單節(jié)，當(dāng)面板選擇開關(guān)選擇單組時(shí)S6、S4閉合，則只能測(cè)量單組。S6、S7是測(cè)試控制按鈕。
本實(shí)用新型的實(shí)施例已由附圖及說明中詳述，由于目前國產(chǎn)CMOS管的容量不夠，可根據(jù)情況采用多個(gè)并聯(lián)，也可采用可控硅元件，只需改變相應(yīng)的控制電路即可。
權(quán)利要求1.一種蓄電池容量測(cè)試儀，包括取樣電路、單片機(jī)計(jì)算電路和數(shù)字顯示電路，取樣電路將從蓄電池取樣的信號(hào)送至單片機(jī)輸入電路，經(jīng)單片機(jī)計(jì)算和處理，輸出送至數(shù)字顯示電路顯示結(jié)果，其特征是取樣電路是從蓄電池正負(fù)電極直接取端電壓和放電電流信號(hào)，取樣電極夾持器上電壓取樣與電流取樣線并聯(lián)，電壓取樣線將電壓信號(hào)直接送至單片機(jī)輸入電路，電流取樣線接由放電電阻R、放電控制元件M和電流傳感器L串聯(lián)電路的兩端，從電流傳感器的輸出端取出的放電電流信號(hào)送至單片機(jī)輸入電路，放電控制元件由測(cè)試控制按鈕控制其導(dǎo)通及導(dǎo)通時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池容量測(cè)試儀，其特征是用于單節(jié)與單組電池兼用測(cè)量時(shí)，在單片機(jī)輸入端設(shè)置選擇開關(guān)輸入電路，由單片機(jī)對(duì)單組，單節(jié)選擇開關(guān)正誤進(jìn)行判斷并顯示，選擇正確時(shí)，有信號(hào)送至放電控制元件驅(qū)動(dòng)電路，決定是單節(jié)還是單組放電控制元件處于工作狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的蓄電池容量測(cè)試儀，其特征是顯示電路采用液晶顯示，它包括液顯驅(qū)動(dòng)電路和液晶顯示屏，同時(shí)顯示容量、端電壓、放電電流、內(nèi)阻，當(dāng)單節(jié)、單組選擇錯(cuò)誤時(shí)，顯示出錯(cuò)信號(hào)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種蓄電池容量測(cè)試儀,包括取樣電極,單片機(jī)計(jì)算電路和數(shù)字顯示電路,取樣電路從蓄電池正負(fù)電極直接取端電壓和放電電流信號(hào),取樣電極夾持器一組線將端電壓直接取出送至單片機(jī)計(jì)算電路,另一組線經(jīng)放電控制元件、電阻、電流傳感器瞬時(shí)放電,由電流傳感器輸出端將放電電流信號(hào)送至單片機(jī)計(jì)算電路,計(jì)算結(jié)果由液晶數(shù)顯電路顯示結(jié)果。
文檔編號(hào)H01M10/48GK2351747SQ9823225
公開日1999年12月1日 申請(qǐng)日期1998年12月25日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月25日
發(fā)明者丁俊清, 胡是炎 申請(qǐng)人:李平, 成德忠