专利名称：一种多功能铅酸蓄电池智能维护设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种多功能铅酸蓄电池的智能维护设备，是一种进行铅酸蓄电池容量预测和劣化电池容量恢复的智能维护设备。
背景技术：
铅酸蓄电池是一种已有一百多年应用历史的储能元件，由于价格便宜，性能稳定， 技术和制造工艺成熟，广泛用于电力、通信、汽车、电动车等多个应用领域。与普通铅酸蓄电池相比，阀控密封铅酸蓄电池由于采用内部氧复合技术，大大缓解了电解液的损耗，从而使蓄电池在免维护状态下长期服役，而且具有体积小、防爆、电压稳定、无污染、重量轻、放电性能高、维护量小等优点。然而，由于蓄电池本身的设计、生产工艺及使用维护等原因，电池早期失效现象常有发生，尤其是国产铅酸蓄电池，有的只能使用2 3年，远远低于预期寿命。铅酸蓄电池是一个复杂的电化学体系，蓄电池的性能和寿命取决于制备电极的材料、制造工艺、活性物质的组成、结构及蓄电池运行状态，对它进行快速准确的容量测试是非常困难的。由于蓄电池组是由多个单体电池串联组成，蓄电池组的容量是由整组中容量最小的单体决定，蓄电池组中只要存在任何一只落后单体电池，将使整组电池的容量严重下降，直接导致蓄电池组的有效工作时间减少，从而引发各种事故。针对目前的实际情况，利用现代电池测量技术、信息处理技术、电力电子技术和微处理器控制技术，开发出一种能快速、准确、安全、在线地测试铅酸蓄电池健康状况和实现劣化电池容量恢复的多功能铅酸蓄电池智能维护设备，对延长铅酸蓄电池的使用寿命，降低电源系统的故障率，有着十分重要的意义。
发明内容本实用新型的目的是提供一种多功能铅酸蓄电池智能维护设备，使这种智能设备具有铅酸蓄电池容量预测、自动充电、恒流放电和劣化蓄电池容量恢复等多种功能，能快速、准确、安全、在线地测试蓄电池健康状况和实现劣化蓄电池容量恢复，从而延长蓄电池的使用寿命，降低后备电源系统的故障率。为实现上述目，本实用新型采用如下方案技术一种多功能铅酸蓄电池智能维护设备，其特征在于该设备包括总控单元、充电单元和放电单元，其中所述总控单元由ARM9核心板分别与人-机界面和RS-485隔离通信模块相连构成，RS-485隔离通信模块通过RS-485总线与充电单元和放电单元连接并进行数据通信； 所述充电单元包括PIC微处理器、人一机接口电路、RS-485模块、电压电流检测模块和充电模块，其中PIC微处理器分别与人一机接口电路、RS-485模块、电压电流检测模块和充电模块连接；所述放电单元包括PIC微处理器、人-机接口电路、RS-485模块、电压电流温度检测模块、PTC驱动模块和PTC模块，其中PIC微处理器分别与人-机接口电路、RS-485模块、电压电流温度检测模块和PTC驱动模块连接，PTC模块和PTC驱动模块连接。所述PIC微处理器外接了一个RSM485HT转换模块将PIC微处理器的串口 TTL电平转换为RS-485接口电平，实现所述总控单元与充电单元和放电单元之间的通信；铅酸蓄电池分别与电压电流检测模块、充电模块和电压电流温度检测模块连接。所述PTC模块由若干片PTC热敏电阻并联构成；PIC微处理器输出PWM调制信号， 经过光耦隔离和多路电平转换后得到若干路功率放大的PWM信号；功率放大后的PWM信号输入PTC驱动模块后，控制PTC模块的若干片PTC热敏电阻，完成恒流放电。所述总控单元还包括以太网接口和USB接口。所述总控单元负责协调充电单元和放电单元的工作，同时将收集到的数据进行综合分析，预测蓄电池的剩余容量，实现劣化蓄电池的多次小电流循环充放电容量恢复；充电单元负责蓄电池维护中对电池进行不同模式的充电处理；放电单元负责对蓄电池进行恒电流放电。总控单元的硬件实现采用了三星公司的S3C2440处理器(ARM9核)，利用ARM9核的快速运算能力，在线进行蓄电池容量预测。根据容量预测理论，利用遗传算法和BP神经网络进行计算得出蓄电池的剩余容量。人一机界面选用了 4吋液晶屏，配合6个按键使操作简便。总控单元设计了以太网接口和USB接口，这些接口保证了在多种情况下，总能与PC 机进行数据交互，尤其是USB接口能随时得到设备的内部数据。本实用新型的优点是( 1)采用多个微处理器联合工作，构成分布式控制系统，系统的监控和数据处理功能、充电功能和放电功能由三个单元独立完成，各单元可以独立工作或联机工作，提高了系统的可靠性和使用灵活性。(2)主控单元采用ARM9嵌入式移动计算平台，实现对系统的参数设置、运行控制、 蓄电池容量预测分析及数据存储管理，通信接口包括RS-485、USB和以太网接口，多种外部接口，系统可扩展性与升级能力强。(3)充电单元主电路采用移相控制全桥ZVT-PWM软开关功率变换技术，减少了开关过程损耗，开关频率可达200KHz，有效减小变压器的体积和重量，提高了充电电源的变换效率，并且不会发生开关应力过大的问题，确保系统安全可靠。(4)设备采用模块化设计和分布式控制系统结构，综合利用智能预测、电力电子和分布式微处理器控制等技术，具有蓄电池远程监控、容量快速预测、自动恒流充放电及劣化电池容量恢复等多种功能，能够延长蓄电池的使用寿命，降低电源系统的故障率。(5)采用智能预测算法，容量快速预测误差小于10%，且预测精度不会随着蓄电池的使用而降低，优于国内现有设备15%的预测误差。
本实用新型可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明。图1为基于ARM9平台的设计方案系统框图；图2充电单元电路原理框图；图3放电单元电路原理框图；图中1-总控单元，2-充电单元，3-放电单元，4-人-机接口电路，5- RS-485模块，6-人-机界面，7-ARM9核心板，8- RS-485隔离通信模块，9- PIC微处理器，10-电压电流检测模块，11-充电模块，12-PTC驱动模块，13-PTC模块，14-电压电流温度检测模块， 15-RS-485 总线，16-以太网接口，17-USB 接口。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型作详细的介绍。参见图1，本实用新型主要由三部分构成总控单元1、充电单元2和放电单元3。 其中所述总控单元1由ARM9核心板7分别与人-机界面6和RS-485隔离通信模块8 相连构成，RS-485隔离通信模块8通过RS-485总线15与充电单元2和放电单元3连接并进行数据通信，完成充放电、容量预测及劣化电池容量恢复处理。该总控单元1的硬件实现采用了三星公司的S3C2440处理器(ARM9核)，运行频率设定为405MHz。在所述ARM9核心板7中加入了蓄电池容量分析算法，借助ARM9处理器强大的处理功能，将容量分析软件移植到ARM9操作系统中，完成容量测试功能。所述充电单元2包括PIC微处理器9、人-机接口电路4、RS_485模块5、电压电流检测模块10和充电模块11 ；PIC微处理器9与人-机接口电路4、RS-485模块5、电压电流检测模块10和充电模块11连接。PIC微处理器9选用的是PIC16F917 ；人-机接口电路4 选用了一块122 X 32点阵的图形IXD显示器和6个按键，可方便地进行各种参数设置，读取运行参数；RS-485模块5通过RS-485总线15与总控单元1连接；充电模块11是执行PIC 微处理器9发出来的控制命令，为蓄电池提供恒电压限电流充电，充电模块11采用软开关功率变换技术，变换效率和功率因数高，对电网污染小；电压电流检测模块10通过微处理器9实现对蓄电池的端电压、充电电流参数的实时检测。放电单元3包括PIC微处理器9，人-机接口电路4、RS_485模块5、电压电流温度检测模块14、PTC驱动模块12和PTC模块13 ；PIC微处理器9与人-机接口电路4、RS_485 模块5、电压电流温度检测模块14和PTC驱动模块12连接，PTC驱动模块12和PTC模块 13连接。PIC微处理器9同样采用PIC16F917。PTC模块13是蓄电池组的放电负载，选用的是多片PTC并联使用。蓄电池分别与电压电流检测模块10，充电模块11，电压电流温度检测模块14连接。参见图2沖1(微处理器9选用的是？1(16 917 ；PIC微处理器9的RAO RAl作为 A/D通道，将蓄电池电压、霍尔传感器采样而来的充电电流分别转换为十位二进制数存储。 在人-机接口电路4中，PIC微处理器9的RCO RC5设为输入，外接6个按键，分别为4个方向键、确定键、取消键，用于设定用户的参数，RD设为输出，外接IXD显示屏。PIC微处理器9的RB0-RB2扩展TLV5618串行D/A转换器，串行接收RBO送出的数字信号，完成D/A转换，将得到的模拟量通过OUTA和OUTB输出，为UCC3895提供基准控制电压(VKV)和基准控制电流(VKI)，实现蓄电池恒电压限电流充电；RB3、RB4设为输出，用于控制主电路通断 (SWITCH)和驱动报警设备(BUZZ)。RB5设为输入，接收充电电源送来的报警信号(ALART)。 RSM485HT完成RS485通信接口的电平变换。参见图3，PIC微处理器9与充电单元2—致。PIC单片机9的RAO RA2作为A/ D通道，将蓄电池电压、霍尔传感器采样而来的放电电流和温度传感器采样而来的机箱温度分别转换为十位二进制数存储；PWM调制信号的作用是控制PTC放电电路的功率M0SFET，从而控制放电电流的大小RC5引脚输出PWM调制信号，经过光耦6N137隔离和多路电平转换器⑶4050后得到6路PWM信号；功率放大后的PWM信号输入高速MOSFET驱动器TC4421A，驱动3个并联的功率MOSFET管IRFP3710，每一路IRFP3710控制PTC模块的一个PTC热敏电阻，完成恒流放电。PIC微处理器9的引脚REl和RE2通过分别连接一个电磁继电器，进行风扇和放电管理。
权利要求1.一种多功能铅酸蓄电池智能维护设备，其特征在于该设备包括总控单元(1)、充电单元(2)和放电单元(3)，其中所述总控单元(1)由ARM9核心板(7)分别与人-机界面(6)和RS-485隔离通信模块 (8)相连构成，RS-485隔离通信模块(8)通过RS-485总线(15)与充电单元(2)和放电单元 (3)连接并进行数据通信；所述充电单元(2)包括PIC微处理器(9)、人一机接口电路(4)、RS-485模块(5)、电压电流检测模块(10)和充电模块(11)，其中PIC微处理器(9)分别与人一机接口电路(4)、 RS-485模块(5)、电压电流检测模块(10)和充电模块(11)连接；所述放电单元(3)包括PIC微处理器(9)、人-机接口电路(4)、RS-485模块(5)、电压电流温度检测模块(14)、PTC驱动模块(12)和PTC模块(13)，其中PIC微处理器(9)分别与人-机接口电路(4)、RS-485模块(5)、电压电流温度检测模块(14)和PTC驱动模块(12) 连接，PTC模块(13)和PTC驱动模块(12)连接；所述PIC微处理器(9)外接了一个RSM485HT转换模块将PIC微处理器(9)的串口 TTL 电平转换为RS-485接口电平，实现所述总控单元(1)与充电单元(2)和放电单元(3)之间的通信；铅酸蓄电池分别与电压电流检测模块(10)、充电模块(11)和电压电流温度检测模块 (14)连接。
2.根据权利要求1所述的一种多功能铅酸蓄电池智能维护设备，其特征在于所述PTC 模块(13)由若干片PTC热敏电阻并联构成；PIC微处理器(9)输出PWM调制信号，经过光耦隔离和多路电平转换后得到若干路功率放大的PWM信号；功率放大后的PWM信号输入PTC 驱动模块(12 )后，控制PTC模块(13 )的若干片PTC热敏电阻，完成恒流放电。
3.根据权利要求1所述的一种多功能铅酸蓄电池智能维护设备，其特征在于所述总控单元(1)还包括以太网接口(16)和USB接口(17)。
专利摘要一种用于铅酸蓄电池容量在线测试，自动恒流充放电以及进行劣化蓄电池容量恢复的多功能智能维护设备，包括总控单元，充电单元，放电单元三大部分，每个单元既可单独使用，又可联合协同使用。总控单元负责协调充电单元和放电单元的工作，同时将收集到的数据进行综合分析，预测蓄电池的剩余容量，实现劣化蓄电池的多次小电流循环充放电容量恢复；充电单元负责蓄电池维护中对蓄电池进行不同模式的充电处理；放电单元负责对蓄电池进行恒电流放电。在总控单元中设计了ARM9核心板，将需要PC机处理的蓄电池容量分析软件植入其中，实现了蓄电池组容量的精确估计。本实用新型应用对象是铅酸蓄电池组，能够在线测试蓄电池的健康状况和实现劣化蓄电池的容量恢复，延长蓄电池的使用寿命，降低电源系统的故障率。
文档编号G01R31/36GK202103140SQ20112020344
公开日2012年1月4日 申请日期2011年6月16日 优先权日2011年6月16日
发明者曹龙汉, 李建勇, 李锐, 汪帆 申请人:中国人民解放军重庆通信学院, 重庆东电通信技术有限公司