专利名称：智能铅酸蓄电池修复器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及智能铅酸蓄电池修复器，属于蓄电池领域。
背景技术：
随着电力供配电行业，通信、通讯行业及电动车辆的大发展也带动了为其配套的电源蓄电池行业的大发展和技术上的进步与创新。由于铅酸蓄电池具有优异的性价比，所以目前国内外市场上除了为便携式电子产品配套的电池和为航空航天及高端军用配套的电池外，电动车辆、UPS系统、电讯设施(电信基站,卫星地面站)、汽车、电站、变电站、应急电源、船舶及无电区光明工程的储能电源等90%以上都是使用的铅酸蓄电池。但是，在蓄电池使用过程中有大多数使用者不注意它的使用方法，大电流充放电，蓄电池较长时间不使用时，放置时间较长不给蓄电池充电等等，造成蓄电池在一年以后放电时间短、行驶公里减少等多些问题。究其原因，就是不正确的使用习惯造成了蓄电池硫化现象的产生。清洁能源的使用已很大程度的改善了居民的生活环境，以蓄电池为能量来源的电动自行车广泛的出现在我们的生活中，在给我们带来出行方便和环境保护的同时，也使我们感到他的不足之处，随着蓄电池使用充放电的不规范和温度等条件的影响，蓄电池的寿命和容量都大大的减退。铅酸蓄电池的过早报废不仅严重浪费能源，而且严重污染环境，已成为各级政府及各企业事业单位的关注热点，其大多数报废的蓄电池都是可以修复的。因此对于废旧铅酸蓄电池修复技术的研究是很有必要的。现在对于铅酸蓄电池修复主要是针对于铅酸蓄电池的“硫化”。轻微的电池“硫化”，会降低电池的容量，电池内阻增加，严重时则电极失效，充不进电。针对此问题，蓄电池修复器的使用，将能改善这种情况，提高蓄电能力，达到修复的效果。现有对铅酸蓄电池的修复大概有以下几种:1、水疗法对于“硫化”的蓄电池，如果硫化不太严重，可以使用较稀的电解液，密度在1.100g/cm3以下，即向电池中加水稀释电解液，以提高硫酸铅的溶解度.并用小电流修复，在液温30°C 40°C的范围内较长时间充电，最后在充足充电情况下用稍高电解液调整电池内电解液密度至标准溶液浓度，蓄电池容量得以恢复，如果电解液密度较高，则充电时只进行水分解，活性物质难以恢复。这种方法原理是:用降低酸液密度提高硫酸盐的溶解度，采取小电流长时间充电以降低电极板的极化延缓水分解电压的提早出现，最终使硫酸盐结晶体在溶解和转化为活性物质过程中逐渐被消除。这种种方法对于加水蓄电池比较适用，对于“硫化”现象亦可以反复处理。突出优点为无须投资设备既可自行修复，缺点是对于密封电池来说，水疗法是无法进行的。另外，水疗法的工时比较大，可能需要反复的修复才有效果。2、浅循环大电流充电法对已硫化电池,采用大电流5Ah以内电流,对电池充电至稍过充状态控制液温不超过40°C为宜，然后放电30%，如此反复数次可减少和消除硫化现象。这种办法的原理是:用过充电析出气体对极板表面轻微硫化盐冲刷，使其脱附溶解并转化为活性物质。这种办法的优点为对于轻微硫化可以明显修复。但对于老电池不适用，因为在析出气体冲刷硫酸盐的同时也对正极板的活性物产生强烈冲刷，使活性物质变软甚至脱落。3、化学修复方法添加活性剂，采用化学方法，消除硫酸铅结晶，对于已硫化电池，倒掉原电解液，力口入纯水与硫酸钠、硫酸钾、酒石酸等物质混合液，采取正常充放电几次，然后倒出纯水加入稍高密度酸液调整电池内酸液至标准液浓度，容量恢复至80%以上可认为修复成功。这种办法的原理是:加入的这些硫酸盐配位掺杂剂，可与很多金属离子，包括硫化盐形成配位化合物。形成的化合物在酸性介质中是不稳定的，不导电的硫化层将逐步溶解返回倒溶液中，使极板硫化脱附溶解。这种办法的特点:修复效果高于前两种修复方法，缺点太繁琐，成本太高，增加电池内阻，并且还改变了电解液的原结构，修复后的使用期较短，其修复率约为45%左右。4、串联式修复无法准确判断每块电池性能的好坏，对整体串联电池组采用恒流恒压充电机串联充电修复仅能起到简单的充电作用，去硫化效率和修复效果极差。
发明内容本实用新型目的是为了解决现有铅酸蓄电池的修复技术存在的问题，提供了一种智能铅酸蓄电池修复器。本实用新型所述智能铅酸蓄电池修复器，它包括MCU、高边电流检测电路、真有效值转换电路、线性放大电路、充电电压取样电路、充电电压信号调理电路、蓄电池电压取样电路、蓄电池电压信号调理电路、驱动电路和充放电电路，高边电流检测电路的修复电流信号输出端与真有效值转换电路的输入端相连，真有效值转换电路的输出端与线性放大电路的输入端相连，线性放大电路的输出端与MCU的修复电流信号输入端相连；充电电压取样电路的充电电压信号输出端与充电电压信号调理电路的输入端相连，充电电压信号调理电路的输出端与MCU的充电电压信号输入端相连；蓄电池电压取样电路的蓄电池电压信号输出端与蓄电池电压信号调理电路的输入端相连，蓄电池电压信号调理电路的输出端与MCU的蓄电池电压信号输入端相连；MCU的放电或修复指令信号输出端与驱动电路的输入端相连，驱动电路的输出端与充放电电路的放电或修复指令输入端相连，充放电电路对蓄电池进行放电或修复操作。本实用新型的优点:本实用新型所述智能铅酸蓄电池修复器可以修复因使用不当造成容量下降的蓄电池，经实验验证了本实用新型的功能，因不正常的充放电造成蓄电池内部硫化所致的蓄电池容量下降的电池经修复后容量可提升为新电池容量的80%左右，因单片机的嵌入使系统具有了智能化的特点，自动完成放电和修复的过程，很多量都是控制器判断的，无需人为干涉。能实现的功能如下:1、可对12V/24V的大容量铅酸蓄电池进行自动充放电及修复；[0028]2、PWM脉宽1%-99%之间调制，步进值为I ;3、0-20A电流测量精度IOmA内；4、0_48V电压测量精度不低于IOOmV ；5、修复时间小于十小时并可设定；6、实时显示修复过程量，充电电压，端电压，蓄电池电动势，充电电流等。
图1是本实用新型所述智能铅酸蓄电池修复器的结构示意图；图2是驱动电路的具体电路图；图3是充放电电路的具体电路图；图4是高边电流检测电路的具体电路图；图5是真有效值转换电路的具体电路图；图6是线性放大电路的具体电路图。
具体实施方式
具体实施方式
一:下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述智能铅酸蓄电池修复器，它包括MCUl、高边电流检测电路2、真有效值转换电路3、线性放大电路4、充电电压取样电路5、充电电压信号调理电路6、蓄电池电压取样电路7、蓄电池电压信号调理电路8、驱动电路9和充放电电路10，高边电流检测电路2的修复电流信号输出端与真有效值转换电路3的输入端相连，真有效值转换电路3的输出端与线性放大电路4的输入端相连，线性放大电路4的输出端与MCUl的修复电流信号输入端相连；充电电压取样电路5的充电电压信号输出端与充电电压信号调理电路6的输入端相连，充电电压信号调理电路6的输出端与MCUl的充电电压信号输入端相连；蓄电池电压取样电路7的蓄电池电压信号输出端与蓄电池电压信号调理电路8的输入端相连，蓄电池电压信号调理电路8的输出端与MCUl的蓄电池电压信号输入端相连；MCUl的放电或修复指令信号输出端与驱动电路9的输入端相连，驱动电路9的输出端与充放电电路10的放电或修复指令输入端相连，充放电电路10对蓄电池进行放电或修复操作。图2所示的驱动电路9保证了修复脉冲前沿的陡峭，最大程度的实现了 PWM波形输出，充电电源由外部的蓄电池充电器给出，这样即减小了本设备的干扰，又能减小设备的体积。充电电流经信号调理成真有效值变换后送入MCU进行A/D变换，得出充电电流的大小。多通道的ADC保证了各种数据的采集检测。利用这些数据，可以实现功能的扩展，蓄电池容量的计算，内阻的测量，都可以通过这些量计算出来。图3所示的充放电电路实现充放电是通过继电器完成的，常接触点为修复电路，继电器工作时为放电模式。选择继电器需要注意允许通过的最大电流和绝缘电压等参数。继电器的动作不会太频繁，不需要特殊的驱动电路，电路设计只用了一个NPN型三极管作为驱动器件。因继电器电磁线圈是感性负载，当三极管关断时将在电磁线圈上产生一个与驱动电压相反的感应电动势，阻止电流的极具变小，如果没有电流回路，将产生高压电弧，损坏继电器触点，因此，续流二极管在电路中尤为重要。应用电路图如图蓄电池电压取样电路7采集蓄电池的电池电动势，判断是否满足修复条件，如满足修复条件，MCUl输出修复指令，输出修复脉冲序列为频率为8.33KHZ占空比可调的PWM波形，通过驱动电路9和充放电电路10对蓄电池进行修复，在进行一段的时间修复后，将停止发出修复序列，进行蓄电池端电压的测量。修复的过程中需要对蓄电池的电动势进行检测，以便了解修复的进程，当对电动势测量时，需对修复脉冲停止IOms后测量，以蓄电池恢复正常蓄电状态，当测量的电动势满足标称电动势的1.1倍左右时，修复完成结束，如果不满足修复条件，程序将转入放电操作,通过驱动电路9和充放电电路10对蓄电池进行放电。蓄电池在进行修复前，系统会自动检测蓄电池的电动势，如蓄电池正常电动势为12V,当不小于IOV时,修复器会自动进行放电操作。或者是需要重复修复时需要放电操作，放电一段时间都会停止放电，检测电动势，如没有到达预定的修复电压还会继续放电，直到达到IOV以下。在放电的过程中对蓄电池端电压和蓄电池电动势进行实时的检测，放电电流不宜过大，稳步缓慢的放电有益于蓄电池的修复。充电电压取样电路5采集充电电压信号，判断充电电压是否为蓄电池标称电动势的2.4倍。采集修复电流值，修复电流值应为O。
具体实施方式
二:本实施方式对实施方式一作进一步说明，它还包括显示器11，MCUl的显示信号输出端与显示器11的显示信号输入端相连。
具体实施方式
三:本实施方式对实施方式一或二作进一步说明，它还包括矩阵键盘12，矩阵键盘12的外部指令输出端与MCUl的外部指令输入端相连。用于修改修复数据参数。
具体实施方式
四:本实施方式对实施方式一、二或三作进一步说明，MCUl采用型号为ATmegal6的单片机。ATmegal6 AVR内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与运算逻单元(ALU)相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的数据吞吐率。ATmegal6单片机可以提供相位修正的PWM模式，作为驱动充放电电路10中的场效应管的信号，大大减轻了系统的复杂程度，此模式基于双斜波操作，输出频率精度高，并可细调占空比，控制充电高电平持续的时间，以控制修复电流的大小。而且，ATmegal6集成的8路10位ADC实现了各种电压信号的采集，最短转换时间仅为65us，完成修复过程的实时监控。其内置的看门狗保证了程序的正常运行。
具体实施方式
五:下面结合图4说明本实施方式，本实施方式对实施方式一、二、三或四作进一步说明，高边电流检测电路2采用型号为MAX9922或MAX9923为核心芯片的电流检测器来实现。MAX9922/MAX9923超高精度、高边电流检测放大器具有10 μ V (最大值)超低VOS和优于±0.5%的激光微调增益精度。低VOS与高增益精度相结合，能够支持精确的电流测量，即使在检流电压非常小的情况下。ΜΑΧ9922/ΜΑΧ9923支持单/双向工作，通过单片机的监测，防止电流的倒灌，MAX9922可通过两个外部电阻调节增益设置，实现电流信号的放大，本设计增益为1，采样电阻为0.0l Ω，在最大修复电流20A下输出电压值为200mV。应用电路如图4所示。
具体实施方式
六:下面结合图5说明本实施方式，本实施方式对实施方式一、二、三、四或五作进一步说明，真有效值转换电路3采用型号为AD737为核心芯片的电路来实现。在电子测量系统中，通常要把正弦波、锯齿波、矩形波、三角波等波形的交变电压转换成有效值电压，本设计需要把占空比变换的矩形波转换成直观的有效值电压，RMS-DC可以测量出任意波形信号的有效值，但是不同型号的RMS-DC变换器可以测量交流信号的最大有效值、最大波峰因数也不同，到目前为止，还没有一中能适合任意场合的变换器，在实际的应用中要进可能的选择与应用场合相适应的型号，这样，就要从精度、带宽、功耗、输入信号电平、波峰因数、和稳定时间因素等方面综合考虑。根据本系统的要求，AD737非常适合设计要求，AD737是AD公司推出的真有效值直流变换器。和以往的有效值测量技术不同，真有效值直流变换可以直接测得各种波形的真实有效值，它不是采用整流加平均测量技术，而是采用信号平方后积分的平均技术。采用AD737可以简化仪器的设计，增加信号测量品种，并且灵敏度、精确度也大为改善。前端电压信号最大为200mV。为AD737的最大输入电平，为MAX9922的最大输出电压。典型应用电路如图5所示。
具体实施方式
七:下面结合图6说明本实施方式，本实施方式对实施方式一、二、三、四、五或六作进一步说明，线性放大电路4采用采用型号为0P177的运放器来实现。经AD737变换的有效值与输入的电压信号成线性反比例关系，ATMEGA16为内部
1.25V的AD转换参考电压，所以需要可调增益的反比例运算放大器和跟随器稳定输出信号。为保证对信号进行不失真的线性放大，本系统采用0P177高精度运放，确保了电压信号的准确性。设计电路如图6所示。
权利要求1.智能铅酸蓄电池修复器，其特征在于，它包括MCU(I)、高边电流检测电路(2)、真有效值转换电路(3)、线性放大电路(4)、充电电压取样电路(5)、充电电压信号调理电路(6)、蓄电池电压取样电路(7)、蓄电池电压信号调理电路(8)、驱动电路(9)和充放电电路(10)， 高边电流检测电路(2)的修复电流信号输出端与真有效值转换电路(3)的输入端相连，真有效值转换电路(3)的输出端与线性放大电路(4)的输入端相连，线性放大电路(4)的输出端与MCU (I)的修复电流信号输入端相连； 充电电压取样电路(5)的充电电压信号输出端与充电电压信号调理电路(6)的输入端相连，充电电压信号调理电路(6)的输出端与MCU (I)的充电电压信号输入端相连； 蓄电池电压取样电路(7)的蓄电池电压信号输出端与蓄电池电压信号调理电路(8)的输入端相连，蓄电池电压信号调理电路(8)的输出端与MCU (I)的蓄电池电压信号输入端相连； MCU (I)的放电或修复指令信号输出端与驱动电路(9)的输入端相连，驱动电路(9)的输出端与充放电电路(10)的放电或修复指令输入端相连，充放电电路(10)对蓄电池进行放电或修复操作。
2.根据权利要求1所述智能铅酸蓄电池修复器，其特征在于，它还包括显示器(11)，MCU (I)的显示信号输出端与显示器(11)的显示信号输入端相连。
3.根据权利要求1所述智能铅酸蓄电池修复器，其特征在于，它还包括矩阵键盘(12)，矩阵键盘(12)的外部指令输出端与MCU (I)的外部指令输入端相连。
4.根据权利要求1、2或3所述智能铅酸蓄电池修复器，其特征在于，MCU(I)采用型号为ATmegal6的单片机。
5.根据权利要求1所述智能铅酸蓄电池修复器，其特征在于，高边电流检测电路(2)采用型号为MAX9922或MAX9923为核心芯片的电流检测器来实现。
6.根据权利要求1所述智能铅酸蓄电池修复器，其特征在于，真有效值转换电路(3)采用型号为AD737为核心芯片的电路来实现。
7.根据权利要求1所述智能铅酸蓄电池修复器，其特征在于，线性放大电路(4)采用采用型号为OP177的运放器来实现。
专利摘要智能铅酸蓄电池修复器，属于蓄电池领域，本实用新型为解决现有铅酸蓄电池的修复技术存在的问题。本实用新型包括MCU、高边电流检测电路、真有效值转换电路、线性放大电路、充电电压取样电路、充电电压信号调理电路、蓄电池电压取样电路、蓄电池电压信号调理电路、驱动电路和充放电电路，高边电流检测电路检测修复电流信号，通过真有效值转换电路和线性放大电路给MCU；充电电压取样电路采集充电电压信号给MCU，蓄电池电压取样电路采集蓄电池电压信号给MCU，MCU通过驱动电路和充放电电路对蓄电池进行放电或修复操作。本实用新型用于铅酸蓄电池的修复工作。
文档编号H01M10/42GK202977644SQ20122071879
公开日2013年6月5日 申请日期2012年12月24日 优先权日2012年12月24日
发明者曲贵波, 乔爽 申请人:黑龙江工程学院