专利名称：一种大容量密封铅酸蓄电池在线维护仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用电子脉冲的方法在线清除铅酸蓄电池极板内部硫酸铅结晶、恢复电池容量的电子仪器，特别是用于电力系统，电信部门，通讯系统UPS(不间断电源)的一种大容量密封铅酸蓄电池在线维护仪。
背景技术：
铅酸蓄电池由于受气候环境、频繁停电而充电不足及蓄电池本身因素的影响，在蓄电池极板内部逐渐生成一种粗大坚硬的硫酸铅结晶体，堵塞了负极板海绵状Pb微孔，阻碍电能、化学能的互相转换，引起电池容量逐渐下降甚至报废。目前，采用电子脉冲方式来清除铅酸蓄电池极板内部的硫酸铅结晶的仪器有两种一种是小电流脉冲型的，缺点是见效慢、效率低；一种是大电流脉冲型的，其见效快、效率高。但多台大电流脉冲型的仪器在线同时工作时，由于每台仪器产生的纹波电压相互叠加起来会干扰UPS及通讯系统的正常运行，故不适宜作在线修复。一般需要将故障电池从UPS系统中拆卸下来修复，待完成后，再将该电池安装回UPS系统中；不但费时费力，还会降低UPS系统安全运行的可靠性。
发明内容
本发明目的是提供一种大容量密封铅酸蓄电池在线维护仪，在大电流高效率的充电维护下，无需拆卸电池，可在线进行电池的修复维护，在进行多台电池同时充电维护时，不会发生叠加纹波电压干扰，在保证UPS及通讯系统的正常运行的同时，完成在线电池的自动修复维护工作。
本发明的目的是按如下的技术方案实现的。本发明大容量密封铅酸蓄电池在线维护仪包括直流电源电路，其特征在于还包括启动信号电路、单片机电路、整形驱动电路、电子开关；由直流电源电路将所需的直流电供给电子开关，经电子开关变换成脉冲电流供给被修复的电池；单片机电路接收到启动信号电路的指令后，根据被修复电池的电压检测、温度检测数据经运算后输出受电池电压和环境温度控制的可变脉冲宽度波形，经整形驱动电路来控制电子开关的通断及控制修复脉冲电流大小，以自动控制在修复过程中，不会因脉冲电流过大、电压过高而损伤电池。
所述的在线维护仪是多级依次连在一起使用的，首级维护仪的启动信号输出端与二级维护仪中的启动信号输入端相连；二级维护仪的启动信号输出端与三级在线维护仪中的启动信号输入端相连---；末级维护仪中的启动信号输出端与首级启动信号输入端相连；在各级维护仪中，均具有启动信号电路。通过启动信号电路的控制，使在线的多台维护仪轮流单独工作，避免了重叠纹波电压的产生。
还具有极性保护电路，与电子开关相连，以保护被修复的蓄电池。
所述的单片机电路包括单片机U1，由电容C5、C6、石英晶振Y1组成的时钟电路，与单片机U1相连，负责提供单片机处理的时钟信号；由电阻R1、R2、R3、RP1、稳压器U2组成的电压基准电路，与单片机U1相连，负责提供单片机处理的精密基准电压；由电阻R4、RT1、电容C4组成的环境温度检测电路，与单片机U1相连，将环境温度转换成电压，单片机2根据温度电压与被修复电池的端电压判断，输出可变占空比的可控制脉冲送到整形驱动电路；由电阻R12、R13、R14、发光二极管D4、D5、D6组成的状态指示电路，与单片机U1相连，显示工作状态。
所述的启动信号电路包括有启动按键START、电阻R5、R15、光电耦合器U6，负责启动信号传输，使仪器启动工作。光电耦合器U6的1脚与单片机U1相连，2脚接地，3脚是下一级的接地，4脚与下一级的单片机U1相连。
所述的整形驱动电路包括由电阻R6、R7、三极管V1组成的倒相放大电路，与单片机U1相连，以将单片机输出的可控制脉冲倒相放大；由电阻R8、电容C7、集成电路U3组成的加速及整形电路，一端与V1相连，另一端与电子开关相连，以将脉冲再倒相整形后供给受控电子开关作驱动。
所述的电子开关包括开关管V3，其输入端与整形驱动电路相连，另二端(漏极和源极)分别与直流电源及被修复的蓄电池相连，以向被修复的蓄电池提供受控制的脉冲修复电流。
所述的极性保护电路包括二极管D1、D2、D3，电阻R9、R10、R11，三极管V2以及继电器，二极管D1与单片机U1电压检测端相连，继电器K1的常开触点与直流电源和电子开关相连，以通断该直流电源。当正确连接电池极性时，继电器K1吸合；当反接时，二极管D1不导通，三极管V2截止，继电器K1不动作，无电加到开关管V3，保护其安全，同时二极管D3因反偏点亮发出警示。
本发明中，由单片机电路根据检测到的被修复电池的电压、温度数据经运算后输出脉冲宽度可调的脉冲，经所述的整形驱动电路来自动控制所述的电子开关的通断及控制修复脉冲电流大小；由启动信号电路控制单片机的轮流工作。单片机输出的频率固定、宽度可变的脉冲，利用电子开关在不断的导通与截止期间，脉冲上升沿分解的谐波振荡频率与硫酸铅分子产生共振，在脉冲电流的作用下，把粗大的硫酸铅结晶逐渐变小，消失，恢复电池容量。在启动信号电路和单片机电路的控制下，使各台修复仪轮流工作，输出的脉冲电流可以根据蓄电池的端电压、温度，通过整形驱动电路、电子开关自动调整，使被修复的蓄电池在无叠加纹波电压干扰的系统中，在可接受的最大脉冲电流下修复；显著提高了效率，保证了质量。此外，在修复过程中能根据电池端电压，可控制脉冲电流，实现对极板无损伤的修复。
综上所述，本发明可在不拆卸电池和的情况下，在线进行电池维护，且多台同时工作时，不会发生叠加纹波电压干扰，保证在工作系统正常运行的同时，进行在线电池的自动维护；其修复效率高、对极板无损伤。本发明适用于电力系统，电信部门，通讯系统UPS(不间断电源)的在线修复。
图1是本发明的在线维护工作方式的方框图。
图2是本发明的电路方框图。
图3是本发明的电路原理图。
图中代号说明1启动信号电路2单片机电路3整形驱动电路 4电子开关5极性保护电路6直流电源电路 6A恒压限流式开关电源 7电池B1交流变压器 BR1整流桥 C0-C8电容 D1-D6二极管F1-F2熔断器 K1直流继电器 R1-R15电阻 RT1热敏电阻RP1可调电阻 SW1带灯开关U1单片机U2稳压器U3、U4、U5集成电路
U6光电耦合器V1、V2三极管 V3开关管(场效应管) Y1石英晶振
具体实施例方式如图2是本发明的电路方框图，本发明大容量密封铅酸蓄电池在线维护仪，包括直流电源电路6，启动信号电路1、单片机电路2、整形驱动电路3、电子开关4；由恒压限流式开关电源6A将所需的直流电供给电子开关4，经电子开关4变换成脉冲电流供给被修复的电池7；单片机电路2接收到启动信号电路1的指令后，根据被修复电池7的电压检测、温度检测数据经运算后输出受电池电压和环境温度控制的PWM脉冲波形，经整形驱动电路3来控制电子开关4的通断及控制修复脉冲电流大小，以自动控制在修复过程中不会因脉冲电流过大，电池端电压过高而损伤电池7。还具有极性保护电路5(参见图3)，与电子开关4相连，用于保护电子开关4的安全。
如图1是本发明的在线维护工作方式的方框图。所述的在线维护仪是多级依次连在一起在线使用的，本实施例为三级，首级在线维护仪A的信号输出端与二级在线维护仪B中的信号输入端相连；二级在线维护仪B的信号输出端与三级在线维护仪C中的信号输入端相连；三级维护仪C中的信号输出端与首级信号输入端A的信号输入端相连；各级在线维护仪中，均具有信号启动线路，由启动按钮START接通该信号启动线路。按动该按钮START(人工按下任何一级的START按钮，当前级均可启动，启动后单片机U1会将启动信号自动传输到下一级，无需再用人工启动)，维护仪A启动，检测当前电池电压，输出一个周期的修复脉冲，通过内部电路转换成脉冲电流传到被维护电池A，然后停止；再输出一个触发信号，传到下一台维护仪B，触发维护仪B工作，维护仪B停止后，再输出一个触发信号到维护仪C，维护仪C工作完后，又触发维护仪A，完成一个循环。这样，在启动信号的控制下，保证在线的各维护仪不会在单位时间内同时工作，避免叠加纹波电压的干扰。
如图3是本发明的电路原理图，图中示有启动信号电路1、单片机电路2、整形驱动电路3、电子开关4；极性保护电路5、直流电源电路6和电池7。
所述的单片机电路2包括单片机U1(PIC16F73)，由电容C5、C6、石英晶振Y1组成的时钟电路，与单片机U1的Osc1、Osc2脚相连，负责提供单片机处理的时钟信号；
由电阻R1、R2、R3、RP1、稳压器U2组成的电压基准电路，与单片机U1的Vref脚相连，负责提供单片机处理的精密基准电压；由电阻R4、RT1、电容C4组成的环境温度检测电路，与单片机U1的Tsense脚相连，将环境温度转换成电压，单片机U1根据温度电压与被修复电池的端电压(A/D2)判断，输出可变占空比的PWM可控制脉冲，经Pwm1脚送到整形驱动电路3中V1的基极；由电阻R12、R13、R14、发光二极管D4、D5、D6组成的状态指示电路，与单片机U1的LED1-LED3脚相连，显示工作状态。
所述的启动电路1包括有按键START、电阻R5、R15、光电耦合器U6(PC817)，负责启动信号的传输，使仪器启动工作。光电耦合器U6的作用是将上下两级的地线隔离，以及传输启动信号，其1脚与单片机U1的START OUT脚相连，2脚接地，3脚是下一级的接地，4脚与下一级的单片机U1的START IN脚相连。
整形驱动电路3包括由电阻R6、R7、三极管V1组成的倒相放大电路，与单片机U1的Pwm1脚相连，以将从单片机输出的PWM可控制脉冲倒相放大；由电阻R8、电容C7、集成电路U3(CD40106)组成的加速及整形电路，一端与三极管V1的集电极相连，另一端与电子开关4的开关管V3相连，以将脉冲再倒相整形后供给受控电子开关4作驱动。
电子开关4包括场效应管V3，其输入端与3相连，另二端(漏极和源极)分别与直流电源及被修复的蓄电池7相连，以向被修复的蓄电池7提供受控制的脉冲修复电流。
极性保护电路5包括二极管D1、D2、D3，电阻R9、R10、R11，三极管V2以及继电器K1。二极管D1与单片机U1电压检测端相连，继电器K1的常开触点与直流电源和电子开关相连，以通断该直流电源。当正确连接电池极性时，二极管D1正偏导通，电池电压经R9、R10分压使三极管V2导通，继电器K1吸合；当反接时，二极管D1不导通，V2截止，继电器K1不动作，无电加到开关管V3，保护其安全，同时二极管D3因反偏点亮发出警示。
由直流供电电路6供给直流电，当电源开关SW1闭合时，市电一路经过恒压限流开关电源6A变换成适合维修各种容量电池需要的恒定电压电流。另一路经过保险丝F1及电源变压器B1输出AC15V电压，经桥式整流BR1整流，C0滤波后获得DC18V左右电压，经集成电路U4(L7812CV)稳压获得12V电压供给继电器线圈以及PWM波形整形驱动电路3；再经集成电路U5(L7805CV)稳压后获得5V电压供给单片机电路2。
当维护仪工作时，接线端子CON1(为提高测量精度，本装置采用四线制，接线时，接线端子CON1的1、2脚在电池7的正极柱短路相连，CON1的3、4脚在电池7负极的柱短路相连)正确连接到被修复电池两端，极性保护电路5中的二极管D1正偏导通，电池电压经R9、R10分压使V2导通，继电器K1线圈得电，触点闭合，使电子开关4得电，电压加到受控电子开关V3漏极；同时，单片机U1的A/D2端口检测到电池电压，由单片机U1经PWM1脚输出控制脉冲，经整形驱动电路3的倒相放大和加速及整形后，供给电子开关4作驱动，控制开关管V3不断的导通与截止，使恒压限流开关电源6A的直流电流变为受控制的脉冲电流加到被修复蓄电池7的两端。但该受控制的脉冲的发出是受单片机U1及启动电路1控制的，是轮流、间歇发出的。当用户按下启动电路1的按键START或接收到前面一台维护仪的启动信号时，单片机U1的START IN脚由高电平变为低电平，开始启动工作，同时输出高电平点亮发光二极管D6，指示当前工作状态。
如果电池7实际电压低于设定的浮充电压，单片机U1经PWM1脚输出一串周期为120uS，占空比为95％的控制脉冲提供给整形驱动电路3中的三极管V1；同时输出高电平，使二极管D4点亮，指示工作状态。如果电池7实际电压高于设定的浮充电压，则输出高电平使二极管D5点亮，同时单片机U1输出周期不变但宽度减少的脉冲，电池电压每升高0.02V作一个步进。最小占空比减少到5％，如果此时电池端电压还继续上升超过最高电压2.45V/单格时，单片机U1的PWM1脚停止输出，电子开关4关断，没有脉冲电流加到被修复的电池两端，电池端电压回落。每台维护仪的单片机U1在定时一个周期(例如500MS)后，都会关断脉冲输出，同时START OUT脚输出高电平使光电耦合器U6内的LED(未示出)点亮，使下一台维护仪单片机U1的START IN脚由高电平变为低电平，自动触发仪器周而复始轮流工作。
本发明经使用，效果如下1、与现有小脉冲电流修复装置比较，由于该装置有根据电池电压和环境温度自动调节控制修复脉冲电流的单片机电路U2，所以其初始脉冲电流可以选取很大，达到0.1％～0.5％C10(C10为电池10小时率电流放电的标称容量)甚至更大，可以加速维修进程。200Ah～1000Ah只需48小时到168小时便可清除干净电池内部的硫酸铅结晶。而现有的小电流脉冲修复装置，由于要顾及后期过充电对电池的影响，其脉冲电流一般选取很小，自始至终用小脉冲电流对电池进行修复，修复效率明显降低，相同容量的铅酸蓄电池，往往需要三个月以上才能体现出效果。
2、本发明虽然增大了脉冲维修电流，但是在启动信号传输电路1的控制下，整个UPS系统无论安装了多少台维护仪，在单位时间内只有一台维护仪在工作，这大大减少了仪器同步工作时带来的脉冲纹波干扰问题。使UPS系统在安装大容量密封铅酸蓄电池在线维护仪后，能够安全可靠的工作。
权利要求
1.一种大容量密封铅酸蓄电池在线维护仪，包直流电源，其特征在于还包括启动信号电路(1)、单片机电路(2)、整形驱动电路(3)、电子开关(4)；由直流电源(6)将所需的直流电供给电子开关(4)，经所述的电子开关(4)变换成脉冲电流供给被修复的电池(7)；所述的单片机电路(2)接收到所述的启动信号电路(1)的脉冲指令后，根据所述的被修复电池(7)的电压检测、温度检测数据输出脉冲宽度可变的波形，经所述的整形驱动电路(3)来控制所述的电子开关(4)的通断及控制修复脉冲电流的大小。
2.根据权利要求1所述的大容量密封铅酸蓄电池在线维护仪，其特征是所述的在线维护仪是多级依次连在一起在线使用的，首级在线维护仪A的信号输出端与二级在线维护仪B中的信号输入端相连；所述的二级在线维护仪B的信号输出端与三级在线维护仪C中的信号输入端相连---；末级维护仪中的信号输出端与首级在线维护仪的信号输入端相连；在各级在线维护仪中，均具有启动信号电路。
3.根据权利要求2所述的大容量密封铅酸蓄电池在线维护仪，其特征是还具有极性保护电路(5)，与所述的电子开关(4)相连。
4.根据权利要求1或2或3所述的大容量密封铅酸蓄电池在线维护仪，其特征是所述的单片机电路(2)包括单片机(U1)，由电容(C5)、(C6)、石英晶振(Y1)组成的时钟电路，与所述的单片机(U1)相连；由电阻(R1、R2、R3、RP1)、(U2)组成的电压基准电路，与所述的单片机(U1)相连；由电阻(R4、RT1)、电容(C4)组成的环境温度检测电路，与所述的单片机(U1)相连，由电阻(R12、R13、R14)、发光二极管(D4、D5、D6)组成的状态指示电路，与所述的单片机(U1)相连。
5.根据权利要求3所述的大容量密封铅酸蓄电池在线维护仪，其特征是所述的启动信号电路(1)包括有按键(START)、电阻(R5、R15)、光电耦合器(U6)，所述的光电耦合器(U6)的1脚与所述的单片机(U1)相连，2脚接地，3脚是下一级的接地，4脚与下一级的单片机(U1)相连。
6.根据权利要求3所述的大容量密封铅酸蓄电池在线维护仪，其特征是所述的整形驱动电路(3)包括由电阻(R6、R7)、三极管(V1)组成的倒相放大电路，与所述的单片机(U1)相连；由电阻(R8)、电容(C7)、集成电路(U3)组成的加速及整形电路，其一端与所述的三极管(V1)相连，另一端与所述的电子开关(4)相连。
7.根据权利要求3所述的大容量密封铅酸蓄电池在线维护仪，其特征是所述的电子开关(4)包括开关管(V3)，其输入端与所述的整形驱动电路(3)相连，另二端分别与恒压限流式开关电源(6A)及被修复的蓄电池(7)相连。
8.根据权利要求3所述的大容量密封铅酸蓄电池在线维护仪，其特征是还包括极性保护电路(5)，所述的极性保护电路(5)包括二极管(D1、D2、D3)，电阻(R9、R10、R11)，三极管(V2)以及继电器(K1)，所述的二极管(D1)与所述的单片机(U1)电压检测端相连，所述的继电器(K1)的常开触点与所述的直流电源和电子开关(4)相连，以通断该直流电源。
全文摘要
一种大容量密封铅酸蓄电池在线维护仪，包直流电源，其特征在于还包括启动信号电路(1)、单片机电路(2)、整形驱动电路(3)、电子开关(4)；由直流电源(6)将所需的直流电供给电子开关(4)，经电子开关(4)变换成脉冲电流供给被修复的电池(7)；单片机电路(2)接收到启动信号电路(1)的脉冲指令后，根据被修复电池(7)的电压检测、温度检测数据输出脉冲宽度可变的波形，经整形驱动电路(3)来控制电子开关(4)的通断及控制修复脉冲电流的大小。本发明可在不拆卸电池和的情况下，在线进行电池维护，且多台同时工作时，不会发生叠加纹波电压干扰。本发明适用于电力系统，电信部门，通讯系统UPS的在线修复。
文档编号H01M10/42GK1801524SQ200510134588
公开日2006年7月12日 申请日期2005年12月22日 优先权日2005年12月22日
发明者黎勇昌, 刘国兵, 陆丕清, 许凤山 申请人:许凤山