一种家用小容量电动车铅酸蓄电池修复器的制作方法

本实用新型涉及铅酸电池修复领域，特别涉及一种家用小容量电动车铅酸蓄电池修复器。

背景技术：

随着经济社会持续快速发展，电动自行车等小容量的电动车技术逐步走向成熟实用化，电动自行车等小容量的电动车除了节能、经济、环保之外，并兼有机动车的省力省时特点，符合当今消费者的消费特征和需求，经过短短几年的发展便拥有庞大的消费群。发展至今，中国已成为全球最大的电动自行车生产和消费国,年产量和消费量占世界总产量和消费量的比重均超过90%以上，铅酸蓄电池作为电动自行车的主要电能供应设备以其性能稳定、价格低廉、能量强劲、安全可靠等优势，一度伴随我国电动自行车产业实现了飞跃式的发展。

电动车铅酸电池在充电使用过程中，硫化问题导致的容量下降不可避免，这是因为在放电过程中所产生的硫酸铅，部分会形成极难分解的粗大结晶附着于正负极板上，而无法以正常的充电方式还原。久而久之，在极板上形成的非活性硫酸铅结晶会越来越多，最后使极板完全丧失活性，这是造成电池老化的最大原因。同时，过早的容量下降，一方面让用户使用的感觉越来越差，给出行造成不必要的麻烦，另一方面，较短的使用寿命也促使电池行业的产能增加，还造成过多的电池报废而给环境治理带来更大的压力。

因此，业内对如何修复电动车蓄电池硫化造成的容量下降，延长电动车蓄电池的寿命进行了卓有成效的工作，如采用高频电流脉冲谐振的方法来解决电动车铅酸蓄电池硫酸盐化导致电池老化是一种非常流行的铅酸蓄电池修复方法，效果也非常明显，但是目前，实现这种修复方法的设备一般采用有源设备修复，修复过程中需要供电，在有些情况下不方便。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种无需外加电源的家用小容量电动车铅酸蓄电池修复器，在铅酸蓄电池修复过程中直接采用蓄电池本身的电能进行修复。

本实用新型的技术方案是：一种家用小容量电动车铅酸蓄电池修复器，包括产生修复铅酸蓄电池的高频谐振脉冲的脉冲波形发生电路，连接在充电器与铅酸蓄电池之间，具有与充电器相连的第一接头和与铅酸蓄电池相连的第二接头；还包括将所述的充电器与铅酸蓄电池两端的电源转换为修复器供电的电源电路、将所述的脉冲波形发生电路输出的谐振脉冲电流与充电电流叠加输出到铅酸蓄电池的两端的输出接口。

本实用新型的家用小容量电动车铅酸蓄电池修复器采用充电器的输出或者铅酸蓄电池本身的电源，不需要外加能源。

进一步的，上述的家用小容量电动车铅酸蓄电池修复器中：脉冲波形发生电路包括产生PWM信号的单片机、开关管Q1、储能单元、续流二极管D1和续流二极管D25、限流电阻R3；

所述的单片机产生的PWM信号接开关管Q1的栅极，开关管Q1的漏极通过所述的储能单元接限流电阻R3的一端，限流电阻R3的另一端通过第二接头(P2)与铅酸蓄电池的阳极相连，所述的续流二极管D1和续流二极管D25连接在开关管Q1的漏极与铅酸蓄电池的阳极之间，续流二极管D1和续流二极管D25的阳极接开关管Q1的漏极；开关管Q1的源极接地。

进一步的，上述的家用小容量电动车铅酸蓄电池修复器中：所述的储能单元包括储能电感L1、储能电感L2、储能电感L6、储能电感L7，储能电容C2和储能电源C5；所述的储能电感L1和储能电感L2串连，储能电感L6和储能电感L7串连；所述的储能电感L1和储能电感L2的公共端与储能电感L6和储能电感L7的公共端相连并与储能电容C2和储能电源C5的一端相连，储能电容C2和储能电源C5的另一端接地；储能电感L2和储能电感L7的另一端接开关管Q1的漏极，储能电感L1和储能电感L6的另一端通过限流电阻R3接铅酸蓄电池的阳极。

进一步的，上述的家用小容量电动车铅酸蓄电池修复器中：还包括使所述的脉冲波形发生电路产生的谐振脉冲具有陡峭的上升沿的波形整形控制电路，所述的波形整形控制电路包括对单片机输出的PWM信号进行放大的放大器和六施密特触发器，所述的放大器的输出端接六施密特触发器的输入端，六施密特触发器的输出端接开关管Q1的栅极。

进一步的，上述的家用小容量电动车铅酸蓄电池修复器中：还包括对充电器的输出电压进行检测的电压采样检测电路，所述的单机根据电压采样检测电路检测到铅酸蓄电池的电压产生相应的PWM信号。

进一步的，上述的家用小容量电动车铅酸蓄电池修复器中：还包括反接告警保护电路，所述的反接告警保护电路设置在与充电器相连的第一接头(P1)和与铅酸蓄电池相连的第二接头(P2)中的+、-接线之间，包括反向保护电路和反向声光告警电路；

所述的反向保护电路包括反向保护二极管D8和自恢复保险F1；所述的自恢复保险F1连接到第二接头(P2)中的+接线与修复其它电路之间，反向保护二极管D8的负极接自恢复保险F1与修复其它电路相连处，正极接地；

所述的反向声光告警电路包括依次串联的反向输入保护二极管D23、滤波电容L8、限流电阻R4和声光电路，反向输入保护二极管D23的阳极接第二接头(P2)中的-接线；

所述的声光电路包括并联的稳压二极管Z1、滤波电容C25和滤波电容C8、蜂鸣器BL1、串联限流电阻R20的发光二极管D5；发光二极管D5的阳极和稳压二极管Z1阴极接限流电阻R4。

进一步的，上述的家用小容量电动车铅酸蓄电池修复器中：还包括输出脉冲抑制电路，所述的输出脉冲抑制电路设置在与充电器相连的第一接头(P1)和与铅酸蓄电池相连的第二接头(P2)之间，包括一个滤波电感L4和滤波电容C7，所述的滤波电感L4串联在第一接头(P1)和第二接头(P2)的+接线之间，滤波电容C7并联在第一接头(P1)+-线两端。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细地说明。

附图说明

图1为本实用新型实施例1修复器原理框图。

图2为本实用新型实施例1修复器电路原理图。

具体实施方式

本实施例提供一种家用小型电动车蓄电池修复器，如图1所示，电路系统由单片机、电源电路、电压采样检测电路、电压基准电路、波形整形控制电路、脉冲波形发生电路、输出脉冲抑制电路、反接告警保护电路和电压指示电路组成，用户使用时，把本实施例的修复器串接在充电器和电动车铅酸蓄电池组中间，充电器的输出接修复器的输入端形成第一接头P1，通过第一接头P1给修复器提供电能和充电电流，输入端经电源电路处理后给修复器内部电路供电，单片机根据电压采样检测电路测到的蓄电池组电压计算后输出合适的PWM信号给波形整形控制电路，波形整形控制电路控制脉冲波形发生电路产生高频谐振脉冲并与充电器输出的充电电流叠加以后通过第二接头P2接到铅酸蓄电池的两极，对铅酸蓄电池进行修复，在与充电器相这的第一接头P1和与铅酸蓄电池相接的第二接头之间通过输出脉冲抑制电路给输出端提供充电电流，电压指示电路由单片机控制输出电压状态，反接告警保护电路给修复器提供反向接入电池的声光报警信息。

图1所示为家用小型电动车蓄电池修复器的电路框图，其中与充电器相连的第一接头P1称为输入端，与铅酸蓄电池相接的二接头P2为修复器的输出端，在输出端连接输出脉冲抑制电路，输出脉冲抑制电路连接到电源电路和电压采样检测电路，输出脉冲抑制电路也和输出端、脉冲波形发生电路连接，电源电路连接到电压基准电路、单片机和电压指示电路，单片机连接电压基准电路、电压指示电路、电压采样检测电路、波形整形控制电路，波形整形控制电路连接到脉冲波形发生电路，脉冲波形发生电路连接输出端和输出脉冲抑制电路，反接告警电路连接到输出端。

单片机包括单片机芯片、复位电路和程序写入端口，可通过程序写入端口对单片机进行程序下载和升级，电源电路在输入端接入后，经降压转换为直流工作电压给单片机供电，电压采样检测电路连接到单片机给单片机提供电压采样信号，电压基准电路连接到单片机给单片机提供精密基准电压，单片机产生PWM信号，连接到波形整形控制电路，单片机计算后程序控制输出的波形信控制信号PWM输出到波形整形控制电路，单片机还连接到电压指示电路，通过10位笔段式LED数码管显示电压值范围。

电压基准电路通过串联型精密稳压芯片和电阻电容组成，给单片机提供精密基准电压，用来比较输入电压的大小。电压基准电路连接到单片机的模拟输入引脚。

电源电路由高压降压DC/DC转换电路和普通降压DC/DC转换电路组成，高压降压DC/DC转换电路接收来自输入端(充电器输出端)经过输出脉冲抑制电路滤波处理的充电直流电压，经过降压处理后再次经普通降压DC/DC转换电路降压稳压转换处理输出稳定的直流工作电压给单片机等各组成电路供电。

电压指示电路由显示驱动芯片、限流电阻和笔段式LED数码管组成，笔段式LED数码管是可以显示十段电平的LED管，显示驱动芯片采用普通多路CMOS集成电路驱动芯片，限流电阻接在LED数码管和驱动芯片中间，提供合适的电流给LED驱动显示之用。驱动芯片的输入口接单片机的显示输出端口，由单片机控制输出显示电压状态。

按图1所示，波形输入输出控制部分电路由电压采样检测电路、波形整形控制电路、脉冲波形发生电路、输出脉冲抑制电路、反接告警保护电路以及与充电器相连的第一接头P1和与铅酸蓄电池相接的二接头P2组成。

电压采样检测电路由输入滤波电路、分压电路组成，输入滤波电路包含为串联的整流二极管D2和滤波电感L3，整流二极管D2的正极接反接告警保护电路的自恢复保险F1，负极接滤波电感L3，滤波电感L3另一端接DC电源输入极，DC电源输入极经过分压电路分压后连接到单片机电压输入脚B_VIN，分压电路由两个分压电阻R31、R25、一个滤波电容C1和一个瞬态抑制二极管D4组成。

波形整形控制电路由三极管放大电路和六施密特触发器电路组成，其中的三极管放大电路有一个NPN三极管Q7和三个电阻R10、R11、R14构成，三个电阻分别为基极限流电阻R11、基极偏置电阻R14和集电极上拉电阻R10，基极限流电阻R11接单片机的PWM信号输出端和三极管Q7的基极，基极偏置电阻R14并联在三极管Q7基极和发射极，集电极上拉电阻R10接三极管Q7的集电极和12V直流电源正，三极管Q7的集电极作为三极管的反相输出接六施密特触发器U1的输入，施密特触发器的六个输入输出通道各自并联作为一个单元使用，施密特触发器的输出接跳线电阻JP1，跳线电阻JP1连接到脉冲波形发生电路中场效应管的栅极。

脉冲波形发生电路由MOS管开关电路和感容储能反激脉冲电路构成，MOS管Q1的栅极连接波形整形控制电路的跳线电阻，栅极和源极并联接地保护电阻，源极对地接2个限流保护电阻，感容储能反激脉冲电路由四个储能电感、两个滤波电容、两个续流二极管和一个功率限流电阻组成，功率限流电阻上接到反接告警保护电路的自恢复保险，下接2个并联的储能电感，2个并联的储能电感另接两个并联的储能电感，储能电感中间的公共端接两个并联的滤波电容到地，下端的储能电感接场效应管漏极，场效应管漏极同时接两个肖特基二极管的正极。

输出波形抑制电路包括一个滤波电感和滤波电容，滤波电感串联在输入端和输出端的正极之间，滤波电容并联在输入端正负极两端，输入端即充电器输入，输出端为电池组连接。

反接告警保护电路包括反向保护电路和反向声光告警电路，反相保护电路由一个反向保护二极管和自恢复保险组成，自恢复保险连接到电池输入端的正，反向保护二极管的负极接自恢复保险和脉冲波形发生电路，正极接地，反向声光告警电路包括由地串联依次连接的反向输入保护二极管、滤波电容、限流电阻和声光电路，声光电路由稳压二极管、两个滤波电容、蜂鸣器、串联限流电阻的发光二极管组成，并联后一端接电池组输入正极。反向声光告警电路的反向输入保护二极管的正连接到地。

用户使用时，把修复器的输入端和充电器的输出端对接，修复器的输出端和电动车电池组的充电口连接，充电器的输出接修复器的输入端给修复器提供电能和充电电流，修复器的输入端经电源电路处理后给修复器内部电路供电，内部电路供电后，单片机启动初始化后执行内置的程序，然后根据电压采样检测电路测到的电压计算后输出占空比可调的PWM脉冲波形控制信号给波形整形控制电路，波形整形控制电路对输出波形进行整形和处理后输出到脉冲波形发生电路，控制脉冲波形发生电路产生高频谐振脉冲并输出到输出端给电池进行修复，修复器的输入端通过输出脉冲抑制电路后给输出端提供充电电流，电压指示电路由单片机控制输出电压状态，反接告警保护电路给修复器提供反向接入电池的声光报警信息。

如图2为本实施例中，高频谐振脉冲信号发生器以及其它控制高频谐振脉冲信号使其形成比较陡峭的上升沿的控制电路，波形输入输出控制电路部分原理图，波形输入输出控制部分电路由电压采样检测电路、波形整形控制电路、脉冲波形发生电路、输出脉冲抑制电路、反接告警保护电路以及输入输出端组成。

电压采样检测电路由输入滤波电路、分压电路组成，输入滤波电路包含为串联的整流二极管D2和滤波电感L3，整流二极管D2的正极接反接告警保护电路的自恢复保险F1，负极接滤波电感L3，滤波电感L3另一端接DC供电端点，分压电阻R31、R25等组成分压电路，DC供电端点经过分压电路分压后连接到单片机电压输入脚，分压电路由两个分压电阻R31和R25、一个滤波电容C1和一个瞬态抑制二极管D4组成，分压电路用来把电池组输入的高电压转换为单片机AD端口识别的低电压。单片机通过识别这个电压，确认铅酸蓄电池的电压，在电压指示电路上指示，同时，根据这个电压产生合适于修复该电压的铅酸蓄电池的谐振脉冲的PWM信号，控制高频谐振脉冲信号产生。

波形整形控制电路由三极管放大电路和六施密特触发器电路组成，其中的三极管控制电路由一个NPN三极管Q7和三个电阻构成，三个电阻分别为基极限流电阻R11、基极偏置电阻R14和集电极上拉电阻R10，基极限流电阻R11接单片机输出和基极，基极偏置电阻R14并联在三极管Q7的基极和发射极，集电极上拉电阻R10接三极管Q7集电极和12V直流电源正，三极管Q7的集电极作为三极管的反相输出接六施密特触发器U1的输入，施密特触发器U1的六个输入输出通道各自并联作为一个单元使用，施密特触发器U1的输出接跳线电阻JP1，跳线电阻JP1连接到脉冲波形发生电路中场效应管Q11的栅极，三极管放大电路实现单片机的输出波形电平转换与放大，施密特触发器用于波形的反相整形输出。

脉冲波形发生电路由MOS管开关电路和感容储能反激脉冲电路构成，MOS管Q1的栅极连接波形整形控制电路的跳线电阻JP1，栅极和源极并联接地保护电阻R27，源极对地接2个限流保护电阻R1和R9，感容储能反激脉冲电路由四个储能电感L1、L6、L2、L7、两个滤波电容C2和C5、两个续流二极管D1和D25和一个功率限流电阻R3组成，功率限流电阻R3上接到反接告警保护电路的自恢复保险F1，下接2个并联的储能电感L1和L6，并联的储能电感L1和L6另接两个并联的储能电感L2和L7，储能电感中间的公共端接两个并联的滤波电容C2和C3到地，下端的储能电感L2和L7接场效应管Q1的漏极，场效应管Q1漏极同时接两个并联肖特基二极管D1和D25的正极，脉冲波形发生电路在储能电感和电容等元件的组成下构成不完整的BOOST升压电路，通过单片机控制开关脉冲，实现脉冲的瞬时升压输出。

输出波形抑制电路包括一个滤波电感L4和滤波电容C7，滤波电感L4串联在修复器输入端P1和输出端P2的正极之间，滤波电容C7并联在输入端P1正负极两端，输入端P2即充电器输入，输出端P2为电池组连接，输出波形抑制电路用于构成一个滤波电路，消除修复波形对充电器接入的影响。

反接告警保护电路包括反向保护电路和反向声光告警电路，反向保护电路由一个反向保护二极管D8和自恢复保险F1组成，自恢复保险F1连接到电池输入端P1的正，反向保护二极管D8的负极接自恢复保险F1和脉冲波形发生电路，正极接地，反向声光告警电路包括由地串联依次连接的反向输入保护二极管D23、滤波电容L8、限流电阻R4和声光电路，声光电路由稳压二极管Z1、两个滤波电容C25和C8、蜂鸣器BL1、串联限流电阻R20的发光二极管D5组成，并联后一端接电池组输入正极。反向声光告警电路的反向输入保护二极管D23的正连接到地，反接告警保护电路在输出端反接后起作用，如果电池反接，反接保护二极管D8导通，短时间电流上升较大，自恢复保险过流后阻值快速上升到无限大，使修复器后级电路断开连接，此时反向输入保护二极管D23导通，电流流过L8，经R4限流后给声光电路提供电压和电流，反向告警发光二极管D5导通，蜂鸣器BL1鸣响，通过声光报警提醒用户接错输出，需要马上更换连接。

本实施例的修复器的工作过程是：

把本实用新型的铅酸蓄电池修复器按照说明书要求把输入端(第一接头接头P1)连接到电动车充电器的输出接口上，注意连接的极性和可靠性，接好后，把修复器的输出端(第二接头P2)接到电动车电池组的充电口上，注意连接的极性是否正确，如果接错极性，反接告警保护电路会启动保护并发出声光告警信息，提醒用户更换极性，接好以后，用户的充电器连接到市电插座上进入充电状态，此时充电直流电能通过修复器的输出脉冲抑制电路连接到修复器的输出端即电池充电口对电池组进行充电。

充电器的直流电能同时可以进入修复器的电源电路，经过电源电路的降压转换以后形成内部直流供电电源，给内部执行元件和单片机电路等提供电能，单片机控制电路上电以后，复位电路首先工作对单片机进行复位操作，单片机复位后开始执行内部FLASH存储器预先写好的程序，首先对内部和外部资源进行初始化操作，完成后，单片机的模拟输入端口一直检测来自电压采样检测电路的电压信号，通过和电压基准电路比较后计算为实际的电池组电压，电池组电压可以通过电压指示电路进行显示，也作为单片机脉冲输出的输入计算参数。

单片机把输入的电压参数经过计算后输出固定值的PWM脉冲到波形整形控制电路，然后经过波形整形后驱动输出到脉冲波形发生电路的场效应管Q1，Q1在脉冲控制波形的高电平控制下导通，储能电感L1、L2、L6、L7进入储能模式，通过自恢复保险F1对输出端的电池正进行放电，此时就在输出端产生了叠加负脉冲的充电脉冲，适当消除了充电器充电过程中的极化现象，增强了电池充电的耐受力，最大负脉冲放电电流的大小受限流电阻R3、R1、R9和电感阻抗等回路电阻限制，滤波电容C2和C5上的电容不能突变，用于加速L2和L7的储能，当Q1受前级控制进入关断状态以后，L2和L7上的储存的电能要继续释放，电流不能突变，形成反向电动势通过续流二极管D1和D25回路并过自恢复保险F1向修复器输出端的电池正极释放，此时就产生了反激高频谐振脉冲，脉冲波形的频率和开关时间受单片机端口控制。对蓄电池正极板的高频谐振脉冲具有高电压高脉冲电流的特性，可以与蓄电池本身产品的粗大硫酸铅结晶体产生物理谐振，并参与电池内部复杂的电化学反应，逐步溶解与还原粗大的硫酸铅结晶，增加铅酸蓄电池极板微细电化学反应面积，恢复并增加了蓄电池的容量，延长了蓄电池的寿命。