CN111014084A - 一种电容或电池内部闪火的检测电路及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电容或电池内部闪火的检测电路及其检测方法，包括检测单元和待测单元，所述检测单元和待测单元串联后连接到充电电源的两端所述待测单元为待测电容和/或待测电池；所述检测单元包括与待测单元串联的分压模块，与所述分压模块并联的触发模块，当待测单元两端的电压突然降低时，所述分压模块两端的电压突然升高，使触发模块导通。利用电容器闪火时的电压变化触发可控硅或带有锁存功能的元器件，使之保持被触发的状态，供单片机或数据锁存器或数据传输模组读取状态后进行指示或排掉不良器等动作。本发明电路简单且功能非常可靠，能准确识别内部闪火或爆炸的电容器及电池，防止因电容器瑕疵流入到市场而发生更严重的事故。
Description
技术领域
本发明涉及一种电容或电池内部闪火的检测电路，尤其是一种电容或电池内部闪火的检测电路及其检测方法。
背景技术
目前，由于电容器与电池生产工艺及原理相同，因此本专利可同时应用于电容器及电容的老化及测试，以下说明中均表达成电容器。电容器在生产过程中有时会存在一些工艺问题，例如，电极箔在切边时会产生毛刺，或者电解液及电解纸含有杂质等；随着电容器充电电压升高以及电容器内部温度升高，电容器内的毛刺或杂质会刺破电解纸发生瞬间放电，同时会产生大量的热能，轻则将电解纸碳化，重则发生电容器起火爆炸。发生短路点的位置由于高温会将电解液气化，电解纸干涸而暂时变成绝缘状态，但是会再次被电解液浸渍而发生重复的闪火。闪火会消耗电容器内部的电量，由于电容器内部存在阻抗，电容器两端的电压会随之下降，并且电容器会很快恢复到闪火前的电压，这也就需要很高的采集速率才能捕捉到。由于发生过微短路的产品再次出现微短路现象的不确定性，因此，很难检测到电池的微短路现象。
现有的检测方式都是通电容或电池组的状态变化来进行判断，包括电流、温度、电压以及内阻等，但是目前的这些检查方式都是不够及时和灵敏的，检测的结果不够准确。
发明内容
针对以上现有技术的不足，本发明提出一种电容或电池内部闪火的检测电路，其特征在于：包括检测单元和待测单元，所述检测单元和待测单元串联后连接到充电电源的两端；
所述待测单元为待测电容和/或待测电池；
所述检测单元包括与待测单元串联的分压模块，与所述分压模块并联的触发模块，当待测单元两端的电压突然降低时，所述分压模块两端的电压突然升高，使触发模块导通。
所述触发模块包括可控硅，所述可控硅的阳极通过警示器与供电电源VCC相连，阴极接地，控制极通过电阻连接分压模块的一端，通过另一电阻连接分压模块的另一端。
所述电阻R3通过运算放大器连接分压模块的一端，所述运算放大器的正相端连接分压模块的一端，所述分压模块的另一端通过电阻连接运算放大器的反相端，所述运算放大器的反相端还通过电阻连接其输出端。
所述电阻依次通过串联的隔离电容和二极管与分压模块的一端连接。
所述触发模块包括运算放大器，所述运算放大器的正相端依次通过电阻、隔离电容和二极管与分压模块的一端连接，通过电阻与分压模块的另一端连接，还通过电阻与输出端连接，反相端接地，输出端通过LED灯与供电电源相连。
所述分压模块包括串联在一起的两个分压电阻。
所述触发模块的输出端通过锁存器与处理器或者直接与处理器相连。
一种电容或电池内部闪火的检测电路的检测方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤A，通过充电电源对待测单元连接进行检测，即：将待测电池或待测电容的正极接充电电源的正极；
步骤B，通过电阻采样，将电流变化转换成电压变化；
步骤C，通过二极管整流电压信号，阻止反向电压通过；
步骤D，通过隔直电容阻止直流电压，只允许快速变化的电压通过；
步骤E，通过电阻分压调节触发电路装置，同时挑选出不良待测单元，输出数据到外接检测输出装置。
当步骤A中对多个待测单元进行充电检测时，外接检测输出装置为通过锁存器对多个待测单元对应的触发模块的输出结果进行保存，并传输至处理器。
步骤E中，所述处理器根据接收的输出结果，控制打料机构将不良的待测单元挑选出来。
本发明是利用电容器闪火时的电压变化触发可控硅或带有锁存功能的元器件，使之保持被触发的状态，供单片机或数据锁存器或数据传输模组读取状态后进行指示或排掉不良器等动作。
本发明电路简单且功能非常可靠，能准确识别内部闪火或爆炸的电容器及电池，防止因电容器瑕疵流入到市场而发生更严重的事故，对终端用户使用电容器提供了安全的保障，特别是动力电池及高压电容器的安全性可得到进一步的提升。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，附图中：
图1是本发明的方案1的检测电路原理图；
图2是本发明的方案2的检测电路原理图；
图3是本发明的方案3的检测电路原理图；
图4是本发明的方案4的检测电路原理图；
图5是为本发明同时监测多个电容器的方案原理图；
图6是本发明的检测方法流程框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下文将要描述的各种实施例将要参考相应的附图，这些附图构成了实施例的一部分，其中描述了实现本发明可能采用的各种实施例。应明白，还可使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本发明的范围和实质。
由于电容器与电池生产工艺及原理相同，以下实施例均采用电容的检测做原理说明，在待测电容的老化过程中电容器内部温度升高，压力会随温升而增加，毛刺或杂质会因压力刺穿电解纸，引发瞬间短路或爆炸。由于电容器的容量可能非常大，在出现内部毛刺或杂质引起的微短路时会将微短路点瞬间烧化，电容器两端的电压也会随着电量的损失而降低，然后又会迅速的回升到出现微短路之前的电压，因此采集这些电压变化需要很快的速度，所以本发明采用了触发可控硅的方式，即使电压变化的时间小于1uS也能准确捕捉到。
所以我们提出一种方案：
参照图1，是本发明的方案1的检测电路原理图；如图1所示，充电电源通过电阻R2对待测电容器Cx进行充电，即充电电源的正极连接电容器Cx的正极，充电电源的负极通过R2连接充电电源的负极并接地；电阻R3、R4串联后与电阻R2并联；当电容器Cx内部闪火或爆炸时电容两端的电压会降低，充电电源的电压会保持不变，这时变化电压会施加在与电阻R2并联的电阻R3和电阻R4上，电阻R4分得的电压给可控硅Q1提供触发电流，可控硅Q1被触发后处于导通状态，外接电源VCC的电流通过电阻R5和可控硅Q1流向地，其中电阻R5和可控硅Q1之间连接处的电压信号也可以提供给单片机或数据锁存器或数据传输模块等；电阻R5和可控硅Q1这工作在串联模式，位置也可以互换。
图2是本发明的方案2的检测电路原理图；如图2中所示，充电电源通过电阻R1、电阻R2对待测电容器Cx进行充电，当电容器内部闪火或爆炸时电容两端的电压会降低，充电电源的电压会保持不变，这时变化电压会施加在电阻R1及电阻R2上，电阻R2两端分得的电压会通过二极管D1、电容器C1、电阻R3、电阻R4给可控硅Q1提供触发电流，可控硅Q1被触发后处于导通状态，外接电源VCC的电流通过LED、电阻R5和可控硅Q1流向地，LED也会随着可控硅的导通而一直发光。其中电阻R5和可控硅Q1连接处的电压信号也可以提供给单片机或数据锁存器或数据传输模块等；LED、电阻R5和可控硅Q1这三个元件工作在串联模式，改变元件在串联中的位置不改变其功能。
以上所述，电阻R1的作用是为了与R2串联分压，目的是为了调整合适的触发电压；二极管D1的作用是将正向电压通过，对于反向电压进行截止；电容C1的作用是将直流电进行隔离，防止电容器短路时长时间过高的电压损坏后面的元件，同时又能通过快速变化的电压给可控硅提供触发电流，应用于高压环境中，一般可以应用到大于100V的电压环境。发光二极管LED的作用是指示可控硅的导通状态，当使用其他元件做输出指示时，也是可以的。
图3是本发明的方案3的检测电路原理图，如图3所示，充电电源通过电阻R2对待测电容器Cx进行充电，当电容器内部闪火或爆炸时电容两端的电压会降低，充电电源的电压会保持不变，这时变化电压会施加在电阻R2上，电阻R2两端分得的电压会通过放大器UIB和电阻R3连接可控硅Q1的控制极，电阻R2与电容器Cx的之间连接点连接放大器UIB的同相输入端5，反相输入端6通过电阻R7接地，输出端7通过电阻R6连接反相输入端6，输出端7通过R3接可控硅Q1的控制极，再通过电阻R4接地，电阻R3与电阻R4实现并联；外接电源VCC的电流通过电阻R5和可控硅Q1流向地。其中电阻R5和可控硅Q1连接处的电压信号也可以提供给单片机或数据锁存器或数据传输模块等；电阻R5和可控硅Q1工作在串联模式，改变元件在串联中的位置不改变其功能。此原理图为应用于低压时将电压变化信号进行一级放大后给可控硅Q1提供触发的电流。也可进行多级放大将微弱的电压变化信号放大后触发可控硅Q1导通。
如图4是本发明的方案4的检测电路原理图，此图是在方案2的基础上将可控硅换成由运算放大器组成的史密特触发器，其中，充电电源通过变阻器R1、电阻R2对待测电容器Cx进行充电，当电容器内部闪火或爆炸时电容两端的电压会降低，充电电源的电压会保持不变，这时变化电压会施加在变阻器R1及电阻R2上，电阻R2两端分得的电压会通过二极管D1、电容器C1、电阻R3连接放大器UIB的同相输入端5并通过电阻R4接地，放大器UIB的输出端7通过电阻R6接回同相输入端5，反相输入端6直接接地；外接电源VCC的电流通过LED、电阻R5连接输出端7，其中电阻R5和输出端7连接处的电压信号也可以提供给单片机或数据锁存器或数据传输模块等；LED、电阻R5和史密特触发器这三个元件工作在串联模式，改变元件在串联中的位置不改变其功能。使用其他带触发器功能的电路或元件同样属于本发明的应用范畴。
图5是为本发明同时监测多个电容器的方案原理图，如图5所述，为本发明同时监测多个电容器的应用情况下，在检测单个待测单元的基础上还可以拓展出同时监测更多电容器的电路，每一个电容器监测都有独立的触发电路及保持导通功能，图中U1为并入串出移位锁存器74HC165，总共将8个单元的监测结果通过串行的方式输出到下一个模组，同样的输出数据也可以提供给单片机或数据锁存器或数据传输模块等；这里的并入串出移位锁存器也可以是其他型号的锁存器，也可以用单片机或数传模组代替，均属于本发明的应用范畴。其中8个单元可以分别是方案1至方案4中的一种；这里进行串并联后得到同时监测多个电容器或者电池的方案。
图6，是本发明的检测方法流程框图，
一种电容或电池内部闪火的检测装置的检测方法，包括以下步骤：
步骤A，通过充电电源对多个待测单元进行充电；
步骤B，通过锁存器对多个待测单元对应的触发模块的输出结果进行保存，并传输至处理器；
步骤C，所述处理器根据接收的输出结果，控制打料机构将不良的待测单元挑选出来。
本发明利用电容器内部闪火时瞬间变化的电压去触发可控硅或其他具有锁存或保持的电路，即使电压变化的周期小于1uS也能瞬间触发可控硅或其他具有锁存或保持的电路，为单片机或其他后级处理模块提供了稳定可靠的监测结果，该电路也可单独使用，电路中的LED指示灯直观显示监测结果。
本发明能非常准确的将有隐患的电容器筛选出来，防止流入到市场。有效解决电容器内部短路品流入到终端市场应用时出现起火爆炸等危险。
本发明的重点是利用电容器电压变化触发可控硅，利用可控硅的导通保持特性让可控硅保持导通状态，供外部单片机等器件随时读取。本发明中所描述的可控硅可以用其他能保持的电路替代，例如运放组成的触发器、史密特触发器、锁存器、单片机等均属于本发明的应用范畴。在应用于低压的电池检测时，会将电池两端的变化信号进行一级或多级的放大，同样属于本发明的应用范畴。
本发明是利用电容器闪火时的电压变化触发可控硅或带有锁存功能的元器件，使之保持被触发的状态，供单片机或数据锁存器或数据传输模组读取状态后进行指示或排掉不良器等动作。
本发明电路简单且功能非常可靠，能准确识别内部闪火或爆炸的电容器及电池，防止因电容器瑕疵流入到市场而发生更严重的事故，对终端用户使用电容器提供了安全的保障，特别是动力电池及高压电容器的安全性可得到进一步的提升。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种电容或电池内部闪火的检测电路，其特征在于：包括检测单元和待测单元，所述检测单元和待测单元串联后连接到充电电源的两端；
所述待测单元为待测电容和/或待测电池；
所述检测单元包括与待测单元串联的分压模块，与所述分压模块并联的触发模块，当待测单元两端的电压突然降低时，所述分压模块两端的电压突然升高，使触发模块导通。
2.根据权利要求1所述的一种电容或电池内部闪火的检测电路，其特征在于：所述触发模块包括可控硅，所述可控硅的阳极通过警示器与供电电源VCC相连，阴极接地，控制极通过电阻连接分压模块的一端，通过另一电阻连接分压模块的另一端。
3.根据权利要求2所述的一种电容或电池内部闪火的检测电路，其特征在于：所述电阻R3通过运算放大器连接分压模块的一端，所述运算放大器的正相端连接分压模块的一端，所述分压模块的另一端通过电阻连接运算放大器的反相端，所述运算放大器的反相端还通过电阻连接其输出端。
4.根据权利要求2所述的一种电容或电池内部闪火的检测电路，其特征在于：所述电阻依次通过串联的隔离电容和二极管与分压模块的一端连接。
5.根据权利要求1所述的一种电容或电池内部闪火的检测电路，其特征在于：所述触发模块包括运算放大器，所述运算放大器的正相端依次通过电阻、隔离电容和二极管与分压模块的一端连接，通过电阻与分压模块的另一端连接，还通过电阻与输出端连接，反相端接地，输出端通过LED灯与供电电源相连。
6.根据权利要求1所述的一种电容或电池内部闪火的检测电路，其特征在于：所述分压模块包括串联在一起的两个分压电阻。
7.根据权利要求1所述的一种电容或电池内部闪火的检测电路，其特征在于：所述触发模块的输出端通过锁存器与处理器或者直接与处理器相连。
8.一种基于权利要求1所述一种电容或电池内部闪火的检测电路的检测方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤A，通过充电电源对待测单元连接进行检测，即：将待测电池或待测电容的正极接充电电源的正极；
步骤B，通过电阻采样，将电流变化转换成电压变化；
步骤C，通过二极管整流电压信号，阻止反向电压通过；
步骤D，通过隔直电容阻止直流电压，只允许快速变化的电压通过；
步骤E，通过电阻分压调节触发电路装置，同时挑选出不良待测单元，输出数据到外接检测输出装置。
9.根据权利要求8所述的一种电容或电池内部闪火的检测电路的检测方法，其特征在于，当步骤A中对多个待测单元进行充电检测时，外接检测输出装置为通过锁存器对多个待测单元对应的触发模块的输出结果进行保存，并传输至处理器。
10.根据权利要求8所述的一种电容或电池内部闪火的检测电路的检测方法，其特征在于，步骤E，所述处理器根据接收的输出结果，控制打料机构将不良的待测单元挑选出来。
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