一种防止锂亚电池钝化的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种防止锂亚电池钝化的系统和方法。
【背景技术】
[0002]国网智能电表具有双向多种费率计量、定时冻结、负荷记录和停电LCD显示等功能，这些功能都是建立在准确计时的基础上的，而准确计时又离不开停电时时钟电池的正常供电。目前国内智能电表中使用的时钟电池主要是锂氩硫酰氯电池(以下简称锂亚电池)，该种电池虽然具有能量密度高、自放电率低和储存寿命长等优点，但同时也具有电压滞后的缺点。
[0003]锂亚电池是由一种强氧化性的化学物质亚硫酰氯电解液构成的，这种化学物质同时起到了电解液和电池正极活性物质的作用，亚硫酰氯与负极的活性物质金属锂接触后，在金属锂表面上立即形成一层致密的钝化膜。这层钝化膜是一种离子导体，锂离子能够在钝化膜中迀移，但由于其迀移的速率很小，因此会阻挡锂亚电池进行反应。当锂亚电池中流过的电流小于或等于I μ A/cm2 (金属锂表面积)时，钝化膜中锂离子的迀移速率能够满足要求；当电流较大时，钝化膜中锂离子的迀移速率就会受到严重影响，钝化膜两端会产生很大的电压降，此时具体表现就是电池负载电压低；随着电流的不断流过，钝化膜逐渐破裂，钝化膜两端的压降逐渐下降，电池的负载电压逐渐上升直至正常。钝化膜的逐渐破裂过程就是电池电压滞后的消除过程，即钝化电池的激活过程。当电池长期处于微小电流放电或贮存情况下，电池的钝化膜会逐渐加厚，电池的电压滞后也会加重，严重时最低电压会降到2V甚至更低，此时就会影响智能电表的使用。如果在电路上未采取措施，就会由于瞬间电压太低，造成智能电表等仪器不能正常使用。
[0004]在智能电表行业中，电池导致的故障现象五花八门，而电池的故障主要是电池电压滞后所致，电池电压滞后是由于电极表面生成钝化膜，电压滞后引起欠压，欠压会导致智能电表的分时、阶梯计费以及冻结等功能都不能正常实现，造成智能电表的严重故障。因此，电池能长时间小电流正常放电，且不会引起电压滞后是保证智能表正常运行的重要条件。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种防止锂亚电池钝化的系统和方法。
[0006]本发明所采用的技术方案为:一种防止锂亚电池钝化的系统包括电源、单片机、脉冲宽度调节电路和温度检测电路；所述电源包括第一电源和第二电源锂亚电池，所述第一电源为所述单片机、所述脉冲宽度调节电路和所述温度检测电路供电；所述脉冲宽度调节电路和温度检测电路均与所述单片机连接，所述脉冲宽度调节电路将所述锂亚电池的输出电压传输至所述单片机，单片机通过控制所述脉冲宽度调节电路，调节所述锂亚电池的放电电流；所述温度检测电路将检测到的智能表内部的温度传输至所述单片机，所述单片机选择所述锂亚电池的激活方式。
[0007]进一步地，所述脉冲宽度调节电路包括开关二极管、第一和第二电容、第一和第二双开关二极管以及第一至第三电阻；所述第一电源与所述开关二极管的正极连接，所述开关二极管的负极通过所述第一电容接地，所述开关二极管的负极与所述第一双开关二极管的第一阳极连接，所述第一双开关二极管的阴极通过所述第二电容接地；所述第一双开关二极管的第二阳极与所述锂亚电池的正极连接，所述锂亚电池的负极接地；所述第一双开关二极管的第二阳极通过所述第一电阻与所述第二双开关二极管的第一阳极连接，所述第二双开关二极管的第二阳极与所述单片机的管脚BAT-V连接，且通过所述第二电阻与所述VCC连接，所述第二双开关二极管的阴极与所述单片机的管脚IRVCl连接，并通过所述第三电阻与所述单片机的管脚IRVC2连接；所述锂亚电池的电压通过所述管脚BAT-V传输至所述单片机，所述单片机通过所述管脚IRVCl和IRVC2对所述锂亚电池进行不同方式的放电。
[0008]进一步地，所述温度检测电路包括第四电阻、热敏电阻和第三电容；所述第四电阻和热敏电阻串联在所述VCC与地之间，所述第三电容与热敏电阻并联，所述热敏电阻与第四电阻连接的一端与所述单片机的管脚TEMP连接；所述温度检测电路通过所述管脚TEMP将检测到的智能表的内部温度传输至所述单片机。
[0009]优选地，所述单片机采用型号为C8051F310的芯片。
[0010]一种基于所述系统的防止锂亚电池钝化的方法，其包括以下步骤:1)第一电源为智能表系统提供电源，在第一电源正常供电的情况下，单片机通过BAT-V管脚对锂亚电池的输出电压进行检测；2)单片机根据得到的锂亚电池电压值和电池钝化的检测原理，判断锂亚电池当前是否需要进行激活处理；当锂亚电池的当前电压低于3V时，通过1mA大电流放电对锂亚电池进行激活；3)温度检测电路实时检测智能表的内部温度，并将检测到的温度值通过TEPM端口传输至单片机，单片机根据接收到的温度值选取激活放电方式；当环境温度高于60°C时，对锂亚电池进行放电激活时采用1mA脉冲大电流激活方式；当环境温度在-20°C?60°C范围内时，采用1mA脉冲大电流和5mA脉冲小电流轮流放电的激活方式；当环境温度低于_20°C时，采用5mA脉冲小电流激活方式。
[0011]进一步地，所述步骤I)中，单片机通过BAT-V管脚对锂亚电池的输出电压进行检测，其具体过程为:(I)单片机将管脚IRVCl置低，并持续10ms，管脚IRVCl置低使得锂亚电池与第一电阻和第三电阻串联，第一电阻和第三电阻的阻值均为300Ω，考虑第二双开关二极管上的管压降，锂亚电池的放电电流为5mA，S卩小电流放电；(2)在锂亚电池小电流放电期间，锂亚电池的电压通过管脚BAT-V传输至单片机，单片机对接收到的电压模拟信号进行模数转化和计算后得到锂亚电池的电压值。
[0012]进一步地，所述步骤3)中，1mA脉冲大电流激活方式的具体过程为:在Is的时间周期内，单片机先将管脚IRVC2置低，锂亚电池进行1mA放电，放电持续500ms ;单片机再将管脚IRVC2置高，锂亚电池停止放电，停止放电500ms ;这种放电和停止放电的状态持续
5s0
[0013]进一步地，所述步骤3)中，1mA脉冲大电流和5mA脉冲小电流轮流放电的激活方式的具体过程为:在第一个Is的时间周期内，单片机先将管脚IRVCl置低，锂亚电池进行5mA放电，放电持续500ms ;单片机再将管脚IRVCl置高，锂亚电池停止放电，停止放电500ms ;在第二个Is的时间周期内，单片机先将管脚IRVC2置低，锂亚电池进行1mA放电，放电持续500ms ;单片机再将管脚IRVC2置高，锂亚电池停止放电，停止放电500ms ;第一个Is和第二个Is作为一个周期，循环两次；单片机再将管脚IRVCl置低，锂亚电池进行5mA放电，放电持续500ms结束。
[0014]进一步地，所述步骤3)中，5mA脉冲小电流激活方式的具体过程为:在Is的时间周期内，单片机先将管脚IRVCl置低，锂亚电池进行5mA放电，放电持续500ms ;单片机再将管脚IRVCl置高，锂亚电池停止放电，停止放电500ms ;这种放电和停止放电的状态持续6s。
[0015]由于采用以上技术方案，本发明的有益效果为:本发明通过对锂亚电池的不间断定时放电，能够缓解或避免钝化膜的生成，从而避免了锂亚电池有电放不出的现象，进一步保证智能表的正常运行。
【附图说明】
[0016]图1是本发明防止锂亚电池钝化的系统的电路原理图；
[0017]图2是对锂亚电池进行激活时所采用的脉冲电流的示意图；其中，图(a)是采用1mA脉冲大电流激活方式时脉冲电流的形式；图(b)是采用1mA脉冲大电流和5mA脉冲小电流轮流放电激活方式时脉冲电流的形式；图(c)是采用5mA脉冲小电流激活方式时脉冲电流的形式。
[0018]图中:1、单片机；2、脉冲宽度调节电路；3、温度检测电路。
【具体实施方式】
[0019]如图1所示，本发明提供了一种防止锂亚电池钝化的系统，其包括电源、单片机1、脉冲宽度调节电路2和温度检测电路3。其中，电源包括第一电源VCH和第二电源锂亚电池BATl，VCC由第一电源VCH提供，其为单片机1、脉冲宽度调节电路2和温度检测电路3供电。脉冲宽度调节电路2和温度检测电路3均与单片机I连接，脉冲宽度调节电路2将锂亚电池BATl的输出电压传输至单片机1，单片机I根据接收到的电压值通过控制脉冲宽度调节电路2，调节锂亚电池BATl的放电电流。温度检测电路3将检测到的智能表内部的温度传输至单片机1，单片机I根据接收到的温度值选择锂亚电池的激活方式。通过对锂亚电池的不间断定时放电，能够缓解或避免钝化膜的生成。
[0020]脉冲宽度调节电路2包括开关二极管D、第一电容Cl、第二电容C2、第一双开关二极管Dl、第一电阻Rl、第二双开关二极管D2、第二电阻R2和第三电阻R3。第一电源VCH与开关二极管D的正极连接，开关二极管D的负极通过第一电容Cl接地，开关二极管D的负极与第一双开关二极管Dl的第一阳极连接，第一双开关二极管Dl的阴极通过第二电容C2与地连接。
[0021]第一双开关二极管Dl的第二阳极与锂亚电池BATl的正极连接，锂亚电池BATl的负极接地。
[0022]第一双开关二极管Dl的第二阳极通过第一电阻Rl与第二双开关二极管D2的第一阳极连接，第二双开关二极管D2的第二阳极与单片机I的管脚BAT-V连接，且通过第二电阻R2与VCC连接，第二双开关二极管D2的阴极与单片机I的管脚IRVCl连接，并通过第三电阻R3与单片机I的管脚IRVC2连接。锂亚电池BATl的电压通过管脚BAT-V传输至单片机1，单片机I通过管脚IRVCl和IRVC2对锂亚电池BATl进行不同方式的放电。单片机I通过SPI或1接口与外部设备进行通信，单片机I把接收到的锂亚电池电压或判断得出的锂亚电池的状态参数通过SPI或1接口传输至外部设备。
[0023]温度检测电路3包括第四电阻R4、热敏电阻RTl和第三电容C3。第四电阻R4和热敏电阻RTl串联在VCC与地之间，第三电容C3与热敏电阻RTl并联。热敏电阻RTl与第四电阻R4连接的一端与单片机I的管脚TEMP连接。温度检测电路3通过管脚TEMP将检测到的智能表的内部温度传输至单片机I。
[0024]进一步地，第一双开关二极管Dl的阴极可以作为智能表内例如时钟芯片等要求不间断供电器件的供电接口。
[0025]在一个优选的实施例中，单片机I采用型号为C8051F310的芯片，该芯片具有以下特点:多达17