CN101894982B - 一种带告警提示的铅酸蓄电池维护器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用电子脉冲的方法抑制铅酸蓄电池极板内部生成硫酸铅结晶、恢复电池容量，并对该电池的工作状态进行实时检测的一种带告警提示的铅酸蓄电池维护器。本发明是按照以下技术方案方实施的：电源电路由被维护的铅酸蓄电池供电，供给单片机电路使之工作，电池状态检测电路实时监测蓄电池的电压，与电压基准电路做比较，蓄电池的电压在程序设定的范围时单片机输出特定脉冲信号经过脉冲功率放大电路后再反馈给蓄电池，通过脉冲扰动防止与消除电池形成的硫酸铅结晶，达到恢复电池容量延长电池寿命的目的。当蓄电池状态异常时单片机输出告警信号驱动状态显示电路，声音告警电路发出告警信号，方便使用者排除故障。本发明电路结构简单，工作可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种用电子脉冲的方法抑制铅酸蓄电池极板内部生成硫酸铅结晶、并逐渐恢复电池容量用的铅酸蓄电池维护器，特别是用于启动用铅酸蓄电池的带告警提示功能的铅酸电池维护器。属于铅酸蓄电池无损伤维修保养技术领域。
背景技术
随着经济不断发展，截至2010年3月我国机动车的保有量已达到1.92亿辆，而且增长比例在35％左右，每辆机动车均使用一块或二块铅酸蓄电池作为引擎启动、照明、车内电器供电之用。启动蓄电池的的设计寿命在3至4年，但大多数平均使用使用寿命大约为1～2年，我国每年需要报废的汽车启动电池多达5000万只，这些报废的蓄电池大多数经废旧物资回收渠道拆解回收再利用金属铅，在拆解过程中大量的有害重金属会污染环境，环保代价巨大。临近寿命年限的启动蓄电池往往故障频发，经常会因为容量不足而导致无法启动引擎，不但会给车主增加拖车费用的负担，还会给道路交通安全造成威胁，因为有故障的蓄电池往往连汽车信号灯都无法让其正常工作。
发明内容
本发明目的是提供一种带告警提示的铅酸蓄电池维护器，本发明除了持续产生脉冲谐振波可抑止硫酸铅生长，延长电池使用寿命以外，还能实时监测蓄电池的工作状态，当电池异常时能够发出声光警示，方便用户迅速排查故障。
本发明是一种带告警提示的铅酸蓄电池维护器，包括单片机电路，电源电路，电池状态检测电路，脉冲功率放大电路，状态显示电路声音告警电路电压基准电路；所述的电池状态检测电路的输出端接所述的单片机电路的输入端，所述的单片机电路的脉冲输出端接所述的脉冲功率放大电路脉冲信号输入端、告警信号输出端接所述的声音告警电路的告警信号输入端，状态显示输出端接状态显示电路的状态信号输入端，所述的基准电路的输出端分别接所述的单片机电路和声音告警电路的基准电压输入端，所述的电源电路的电源输出端分别接所述的单片机电路，电池状态检测电路，脉冲功率放大电路，状态显示电路声音告警电路电压基准电路电源输入端。
具体的，上述的一种带告警提示的铅酸蓄电池维护器中：所述的单片机电路包括单片机、复位电路和程序写入端口，所述的复位电路包括并联的复位电阻和复位二极管以及复位电容，所述的复位二极管的P极接所述的单片机的第4脚，所述的复位电容连接在所述的单片机的第4脚和地之间，所述的程序写入端口包括第一程序写入端口和第二及程序写入端口，所述的第一程序写入端口和第二及程序写入端口分别与所述的单片机的同名端连接。
更进一步的，上述的一种带告警提示的铅酸蓄电池维护器中：所述的电源电路包括低通滤波电路、稳压集成电路和输出整形电路，所述的低通滤波电路包括串连连接滤波电感、二极管、限流电阻和滤波电容器，所述的滤波电感的另一端接被维护的蓄电池正极，所述的滤波电容器另一端接地，所述的限流电阻和滤波电容器之间接所述的稳压集成电路的输入端，所述的稳压集成电路的输出端分别通过第一交流旁路电容和第二交流旁路电容接地。
更进一步的，上述的一种带告警提示的铅酸蓄电池维护器中：所述的电池状态检测电路包括串连的第一检测电阻和第二检测电阻，所述的检测输出端为所述的第一检测电阻和第二检测电阻之间，在所述的检测输出端连接交流旁路电容接地，在所述的交流旁路电容与检测输出端之间串连一个第二限流电阻。
更进一步的，上述的一种带告警提示的铅酸蓄电池维护器中：所述的脉冲功率放大电路包括整形电路，推挽放大器、开关场效应管和脉冲产生电路；
所述的整形电路包括并联连接的整形电阻和整形电容，其输入端接所述的单片机的第6脚，其输出端接所述的推挽放大器的基极；
所述的推挽放大器的输出接所述的开关场效应管的栅极；
所述的脉冲产生电路包括串联的第一储能电感和第二储能电感，第一储能电感的另一端接被维护电池的正极、第二储能电感的另一端与所述的开关场效应管的源极相连，在所述的第一储能电感)和第二储能电感的串联电路上并联第一开关二极管，第一开关二极管的P极接所述的开关场效应管的源极，所述的在第一储能电感和第二储能电感通过储能电容接地，所述的开关场效应管的漏极通过第二开关二极管接被维护电池的负极。
更进一步的，上述的一种带告警提示的铅酸蓄电池维护器中：所述的状态显示电路包括连接到所述的单片机的第10脚和第11上的第一发光二极管和第二和发光二极管，在所述的单片机的第10脚和第11与第一发光二极管和第二和发光二极管之间串连第一保护电阻和第二保护电阻。
更进一步的，上述的一种带告警提示的铅酸蓄电池维护器中：所述的声音告警电路放大电路和蜂鸣器，所述的放大电路包括放大三极管，所述的放大三极管的基极通过基极偏值电阻接所述的单片机的第2脚，发射极接地，集电极接所述的蜂鸣器的控制输入端。
更进一步的，上述的一种带告警提示的铅酸蓄电池维护器中：所述的电压基准电路包括并联的第三交流旁路电容和第四交流旁路电容和稳压器，在第三交流旁路电容和第四交流旁路电容和稳压器并联电路上串连分压电阻接所述的电源电路的输出端。
本发明的工作过程是：把本发明的铅酸蓄电池维护器按照正负极性连接到蓄电池的接线端子，维护器从充电装置或电池取得电能，经过所述的电源电路后稳定输出+5V电压供给所述的单片机电路，单片机U3的VCC端口得电，PB3端口获得高电平复位信号，PA0端口获得由所述的电压基准电路送来的精密基准电压，作为A/D输入PA1端口电压的参考比较用。所述的电池状态检测电路实时监测被维护蓄电池的端电压，当端电压在11.80V至15V之间时，单片机U3的PA7端口输出特定频率的脉冲信号，所述的脉冲功率放大电路后反馈到电池极板，具有可快速上升沿的脉冲能与蓄电池粗大硫酸铅结晶体产生谐振，溶解与还原该粗大的硫酸铅结晶体；当监测到被维护蓄电池的端电压低于11.80V时，单片机U3的PA7端口停止输出脉冲信号，使维护器的功耗减到最小，同时PB0端口输出持续的低频音频脉冲，通过Q3驱动蜂鸣器发出“嘀嘀—嘀嘀”告警声音提示车主及时对蓄电池进行充电。当所述的电池状态检测电路检测到15秒钟内蓄电池的端电压有3次低于9V，则单片机U3的PB0端口输出频率更快的低频音频脉冲，通过Q3驱动蜂鸣器发出“嘀嘀嘀—嘀嘀嘀”急促告警声音提示车主蓄电池已经性能严重劣化，需要及时更换或检修。
本发明的有益效果是综上所述，本发明除了具有脉冲防止和消除硫化功能逐渐恢复电池的容量外，还有具备电池性能劣化时的告警提示功能，且能耗较低。其防与治结合综合延长电池使用寿命。
附图说明
附图1是本发明实施例1的电路方框图。
附图2是本发明实施例1的电路原理图。
附图中：1、单片机电路，2、电源电路，3、电池状态检测电路，4、脉冲功率放大电路，5、状态显示电路，6、声音告警电路，7、电压基准电路，8、被维护的蓄电池，U1、稳压集成电路，U2、稳压器，U3、单片机，R1、限流电阻，R2、分压电阻，R3、第一检测电阻，R4、第二保护电阻，R5、第三保护电阻，R6、第一保护电阻，R7、复位电阻，R8、第二检测电阻，R9、第二限流电阻，R10、整形电阻，D1、二极管，D2、第二开关二极管，D3、第一开关二极管，D4、复位二极管，C1滤波电容器，C2、第一交流旁路电容，C3、第二交流旁路电容，C4、第三交流旁路电容，C5、第四交流旁路电容，C6、储能电容，C7、第五交流旁路电容，C8、复位电容，C9、整形电容，C10、交流旁路电容，J1、输出端口，J2、第一程序写入端口，J3、第二及程序写入端口，L1滤波电感、L2、第一储能电感，L3、第二储能电感，Q1、推挽放大器第一放大三极管，Q2、推挽放大器第二放大三极管，Q3、蜂鸣器放大三极管，Q4、开关场效应管，LED1、第一发光二极管，LED2、第二发光二极管，BL1、蜂鸣器。
具体实施方式：
实施例1：如图1为本发明的电路方框图，包括单片机电路1，电源电路2，电池状态检测电路3，脉冲功率放大电路4，状态显示电路5，声音告警电路6和电压基准电路7连接而成，本实施例的连接方式是：所述的电池状态检测电路3的输出端接所述的单片机电路1的输入端，所述的单片机电路1的脉冲输出端接所述的脉冲功率放大电路3脉冲信号输入端、告警信号输出端接所述的声音告警电路6的告警信号输入端，状态显示输出端接状态显示电路5的状态信号输入端，所述的基准电路7的输出端分别接所述的单片机电路1和声音告警电路6的基准电压输入端，所述的电源电路2的电源输出端分别接所述的单片机电路1，电池状态检测电路3，脉冲功率放大电路4，状态显示电路5声音告警电路6电压基准电路7电源输入端，本实施例中：所述的单片机电路1包括单片机U3、复位电阻R7，复位二极管D4和复位电容C8以及程序写入端口J2、J3；所述的单片机电路1与电源电路2、电池状态检测电路3、电压基准电路7的输出端相连；所述的单片机电路1的输出端与所述的脉冲功率放大电路4、状态显示电路5、声音告警电路6相连。
如图2为本发明的电路原理图，图中具有：
单片机电路1，包括单片机U3、复位电路和程序写入端口，复位电路包括并联的复位电阻R7和复位二极管D4以及复位电容C8，所述的复位二极管D4的P极接所述的单片机U3的第4脚，就是PB3，本实施例中采用的单片机是ATTINY24。该引脚是单片机U3的复位引脚，所述的复位电容C8连接在所述的单片机U3的第4脚和地之间，所述的程序写入端口包括第一程序写入端口(J2)和第二及程序写入端口J3，所述的第一程序写入端口J2和第二及程序写入端口J3分别与所述的单片机U3的同名端连接。J1是输出端口，具有三个针，第1针和第3针分别接单片机U3的第4、5脚，第2针接第三保护电阻R5和第五交流旁路电容C1接单片机U3的第1脚，也就是电源引脚。本实施例中，单片机U3的12脚是电池状态信号的输入口，当单片机U3接到同电池状态检测电路3输出的电池实时电压信号后，通过与13脚输入的由电压基准电路7产生的2.5V基准电压进行比较，获取当前电池的电压信息，通过对该信息进行处理，在10脚和11脚分别输出电池工作状态正常与不正常的信号，当电池工作异常时，在第2脚输出声音告警信号。单片机U3工作时，由第六脚输出脉冲信号。
电源电路2，本实施例产品的电源电路包括低通滤波电路、稳压集成电路U1和输出整形电路，所述的低通滤波电路包括串连连接滤波电感L1、二极管D1、限流电阻R1和滤波电容器C1，所述的滤波电感L1的另一端接被维护的蓄电池8正极，所述的滤波电容器C1另一端接地，所述的限流电阻R1和滤波电容器C1之间接所述的稳压集成电路U1的输入端Vin，本实施例采用的稳压集成电路为三端稳压LM7805，所述的稳压集成电路U1的输出端Vout分别通过第一交流旁路电容C2和第二交流旁路电容C3接地。本电源电路产生稳定的直流电源，前面使用低通滤波电路将交流成分滤波，后面使用交流旁路电容将交流接地。
电池状态检测电路3检测蓄电池的输出电压，并将电压数输入到单片机U3，由单片机U3决定下一步的工作，本实施例中的电池状态检测电路3包括串连的第一检测电阻R3和第二检测电阻R8，所述的检测输出端为所述的第一检测电阻R3和第二检测电阻R8之间，在所述的检测输出端连接交流旁路电容C10接地，在所述的交流旁路电容C10与检测输出端之间串连一个第二限流电阻R9。输入到单片机U3内的电压是通过第一检测电阻R3和第二检测电阻R8分压的电压。
脉冲功率放大电路4包括整形电路，推挽放大器、开关场效应管Q4和脉冲产生电路；
所述的整形电路包括并联连接的整形电阻R10和整形电容C9，其输入端接所述的单片机U3的第6脚，其输出端接所述的推挽放大器的基极；
本实施例中，推挽放大器由推挽放大器第一放大三极管Q1和推挽放大器第二放大三极管Q2组成。
所述的推挽放大器的输出接所述的开关场效应管Q4的栅极；
所述的脉冲产生电路包括串联的第一储能电感L2和第二储能电感L3，第一储能电感L2的另一端接被维护电池8的正极、第二储能电感L3的另一端与所述的开关场效应管Q4的源极相连，在所述的第一储能电感L2和第二储能电感L3的串联电路上并联第一开关二极管D3，第一开关二极管D3的P极接所述的开关场效应管Q4的源极，所述的在第一储能电感L2和第二储能电感L3通过储能电容C6接地，所述的开关场效应管Q4的漏极通过第二开关二极管R2接被维护电池8的负极。
状态显示电路5包括连接到所述的单片机U3的第10脚和第11脚上的第一发光二极管LED1和第二发光二极管LED2，在所述的单片机U3的第10脚和第11脚与第一发光二极管LED1和第二和发光二极管LED2之间串连第一保护电阻R6和第二保护电阻R4。
声音告警电路6包括蜂鸣器放大三极管Q3和蜂鸣器BL1，所述的放大电路包括放大三极管Q3，所述的放大三极管Q3的基极通过基极偏值电阻R14接所述的单片机U3的第2脚，发射极接地，集电极接所述的蜂鸣器BL1的控制输入端。
电压基准电路7包括并联的第三交流旁路电容C4和第四交流旁路电容C5和稳压器U2，在第三交流旁路电容C4和第四交流旁路电容C5和稳压器U2并联电路上串连分压电阻R2接所述的电源电路2的输出端。
本实施例工作过程为：将本发明实施例的铅酸蓄电池维护器的接线端子按极性接到被维护的铅酸蓄电池8的两端，电池电压经由滤波电感L1滤波、二极管D1整流、限流电阻R1限流、滤波电容C1等的低通滤波器滤波消除脉动电压后送到三端稳压器U1(LM7805)的输入端，输出稳定的5V直流电压经过第一、第二交流旁路电容C2、C3滤波后，一路到达单片机U3的供电脚Vcc及单片机的复位端PB3；单片机U3自检后开始工作；另一路经由分压电阻R2分压限流，第三和第四交流旁路电容C4、C5滤波和稳压器U2组成的电压基准电路；给予单片机U3的端口PA0精密的2.50V基准电压；电池8的端电压经第一检测电阻R3和第二检测电阻R8组成的检测分压器，第二限流电阻R9和交流旁路电容C10组成的电压监测电路，送到单片机U3的A/D转换输入口PA1，以实时监测电池8的状态，当电池端电压在正常范围时(本案例设置为11.80V～15.00V)单片机U3的端口PA3输出高电平，经第一保护电阻R6限流后送到LED1的正极，绿色发光二极管点亮，表示本维护器正常工作；同时单片机U3的端口PA7输出一个周期为120uS、幅值5V、脉宽小于5uS的振荡脉冲，经整形电阻R10和整形电容C9整形加速后，送到由三极管Q1、Q2等组成的推挽放大器的基极，偏值电阻R11、R13组成的推挽放大器的基极，经过加速和放大后的脉冲信号驱动场效应管Q4，控制其通断。在Q4导通期间，电池电压经第一电感L2给储能电容C6充电。电流经自恢复保险丝、第一、第二储能电感L2、L3、场效应管的D-S极后到达电池8的负极，给电池一个急速的放电，由于电流较大，第二储能电感L3很快磁饱和，在场效应管Q4截止期间，储能电容C6放电，由于第二储能电感L3的自感作用，在电感L3上产生下正上负的自感电动势，因为第一储能电感L2的感抗很大，所以该自感电动势经二极管D3单向整流成频率8.33KHz、宽度小于5μS、前沿小于800nS和约1A的高压脉冲直流电，经F1加到电池8两端。在持续不断的脉冲扰动下，破坏了硫酸铅结晶形成的条件，并将已生成的硫酸铅结晶逐渐清除。达到增加蓄电池8的荷电容量，延长寿命的目的。当检测到电池8的端电压高于程序设定的电压15.00V时，单片机U3的端口PB0输出持续的低频音频脉冲，通过R14限流后驱动Q3的导通与截止，与Q3的E-C极串联的蜂鸣器发出“嘀—嘀嘀嘀”告警声音，同时单片机U3的PA2端口输出持续的高低电平信号驱动LED2的导通与截止，LED2闪烁发出红色光提示车主此时蓄电池的充电电压过高，需要检修或调整蓄电池的整流充电装置的电压，以保障蓄电池不会因为过度充电而损坏。由于机动车辆有时候会处于长期停放待用状态，蓄电池的自放电特性与车内电器的消耗会使蓄电池容量逐步降低，电压逐渐下降，当检测到电池8的端电压低于程序设定的电压11.80V时，单片机U3的PA7端口关闭输出脉冲信号，使本维护器的功耗减到最小，保护被维护的蓄电池8不会因为过度放电而损坏，同时单片机U3的端口PB0输出持续的低频音频脉冲，通过R14限流后驱动Q3的导通与截止，与Q3的E-C极串联的蜂鸣器发出“嘀嘀—嘀嘀”告警声音，同时单片机U3的PA2端口输出持续的高低电平信号驱动LED2的导通与截止，LED2闪烁发出红色光提示车主此时蓄电池的电压过低，需要对蓄电池充电后再使用，防止汽车引擎无法启动，或半路抛锚。铅酸蓄电池是一个容易损耗的部件，当它的使用年限到达设计寿命的时候就需要及时更换，当所述的电池状态检测电路检测到15秒钟内蓄电池的端电压有3次低于9V，则单片机U3的PB0端口输出频率更快的低频音频脉冲，通过Q3驱动蜂鸣器发出“嘀嘀嘀—嘀嘀嘀”急促告警声音提示车主蓄电池已经性能严重劣化，需要及时更换或检修。
Claims (8)
1.一种带告警提示的铅酸蓄电池维护器，其特征是：包括单片机电路(1)、电源电路(2)、电池状态检测电路(3)、脉冲功率放大电路(4)、状态显示电路(5)、声音告警电路(6)和电压基准电路(7)；所述的电池状态检测电路(3)的输出端接所述的单片机电路(1)的输入端，所述的单片机电路(1)的脉冲输出端接所述的脉冲功率放大电路(3)脉冲信号输入端、告警信号输出端接所述的声音告警电路(6)的告警信号输入端、状态显示输出端接状态显示电路(5)的状态信号输入端，所述的基准电路(7)的输出端分别接所述的单片机电路(1)和声音告警电路(6)的基准电压输入端，所述的电源电路(2)的电源输出端分别接所述的单片机电路(1)、电池状态检测电路(3)、脉冲功率放大电路(4)、状态显示电路(5)、声音告警电路(6)和电压基准电路(7)的电源输入端。
2.根据权利要求1所述的一种带告警提示的铅酸蓄电池维护器，其特征是：所述的单片机电路(1)包括单片机(U3)、复位电路和程序写入端口，所述的复位电路包括并联的复位电阻(R7)和复位二极管(D4)以及复位电容(C8)，所述的复位二极管(D4)的P极接所述的单片机(U3)的第4脚，所述的复位电容(C8)连接在所述的单片机(U3)的第4脚和地之间，所述的程序写入端口包括第一程序写入端口(J2)和第二程序写入端口(J3)，所述的第一程序写入端口(J2)和第二程序写入端口(J3)分别与所述的单片机(U3)的同名端连接。
3.根据权利要求2所述的一种带告警提示的铅酸蓄电池维护器，其特征是：所述的电源电路(2)包括低通滤波电路、稳压集成电路(U1)和输出整形电路，所述的低通滤波电路包括串连连接的滤波电感(L1)、二极管(D1)、限流电阻(R1)和滤波电容器(C1)，所述的滤波电感(L1)的另一端接被维护的蓄电池(8)正极，所述的滤波电容器(C1)另一端接地，所述的限流电阻(R1)和滤波电容器(C1)之间接所述的稳压集成电路(U1)的输入端，所述的稳压集成电路(U1)的输出端分别通过第一交流旁路电容(C2)和第二交流旁路电容(C3)接地。
4.根据权利要求2所述的一种带告警提示的铅酸蓄电池维护器，其特征是：所述的电池状态检测电路(3)包括串连的第一检测电阻(R)和第二检测电阻(R8)，所述电池状态检测电路的检测输出端在所述的第一检测电阻(R3)和第二检测电阻(R8)之间，在所述的检测输出端连接的交流旁路电容(C10)接地，在所述的交流旁路电容(C10)与检测输出端之间串连一个第二限流电阻(R9)。
5.根据权利要求2所述的一种带告警提示的铅酸蓄电池维护器，其特征是：所述的脉冲功率放大电路(4)包括整形电路、推挽放大器、开关场效应管(Q4)和脉冲产生电路；
所述的整形电路包括并联连接的整形电阻(R10)和整形电容(C9)，其输入端接所述的单片机(U3)的第6脚，其输出端接所述的推挽放大器的基极；
所述的推挽放大器的输出端接所述的开关场效应管(Q4)的栅极；
所述的脉冲产生电路包括串联的第一储能电感(L2)和第二储能电感(L3)，第一储能电感(L2)的另一端接被维护电池(8)的正极、第二储能电感(L3)的另一端与所述的开关场效应管(Q4)的源极相连，在所述的第一储能电感(L2)和第二储能电感(L3)的串联电路上并联第一开关二极管(D3)，第一开关二极管(D3)的P极接所述的开关场效应管(Q4)的源极，所述的第一储能电感(L2)和第二储能电感(L3)通过储能电容(C6)接地，所述的开关场效应管(Q4)的漏极通过第二开关二极管(D2)接被维护电池(8)的负极。
6.根据权利要求2所述的一种带告警提示的铅酸蓄电池维护器，其特征是：所述的状态显示电路(5)包括连接到所述的单片机(U3)的第10脚和第11脚上的第一发光二极管(LED1)和第二发光二极管(LED2)，在所述的单片机(U3)的第10脚和第11脚与第一发光二极管(LED1)和第二发光二极管(LED2)之间串连第一保护电阻(R6)和第二保护电阻(R4)。
7.根据权利要求2所述的一种带告警提示的铅酸蓄电池维护器，其特征是：所述的声音告警电路(6)包括放大电路和蜂鸣器(BL1)，所述的放大电路包括放大三极管(Q3)，所述的放大三极管(Q3)的基极通过基极偏值电阻(R14)接所述的单片机(U3)的第2脚，发射极接地，集电极接所述的蜂鸣器(BL1)的控制输入端。
8.根据权利要求2所述的一种带告警提示的铅酸蓄电池维护器，其特征是：所述的电压基准电路(7)包括并联的第三交流旁路电容(C4)和第四交流旁路电容(C5)和稳压器(U2)，在第三交流旁路电容(C4)和第四交流旁路电容(C5)和稳压器(U2)的并联电路上串连的分压电阻(R2)接所述的电源电路(2)的电源输出端。
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