CN111323720A - 蓄电池老化状态诊断装置和蓄电池老化状态修复装置 - Google Patents

蓄电池老化状态诊断装置和蓄电池老化状态修复装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种蓄电池老化状态诊断装置，包括向蓄电池的电解液中发射超声波的超声波换能器、接收经过蓄电池的电解液的超声波的超声波接收器、为超声波换能器提供电源的超声波电源、由超声波接收器获得其接收的超声波波形信号的超声波接收电路、分析超声波波形信号而得出蓄电池的老化状态和预期寿命并输出分析结果信号的分析运算模块、控制超声波电源和分析运算模块的控制模块。本发明还涉及一种蓄电池老化状态修复装置，包括超声波换能器、超声波电源和控制模块。本发明通过蓄电池老化状态超声波诊断与修复，使蓄电池老化状态可控、寿命更长，具有显著的经济效益和环境保护意义。

Description

蓄电池老化状态诊断装置和蓄电池老化状态修复装置
技术领域
本发明属于蓄电池老化状态诊断和修复领域，具体涉及一种蓄电池老化状态诊断装置和蓄电池老化状态修复装置。
背景技术
蓄电池的老化，主要是活性物质失去活性的过程。宏观上表现为内阻增大、容量降低、发热等。微观上，活性物质（如硫酸铅等）晶体颗粒增大、絮状结晶。
现阶段，对于蓄电池老化状态的诊断，通常采用检测内阻、容量、温升等参数的方式来实现，即利用了蓄电池老化的宏观变化来实现
而蓄电池在满电态下，电解液的浓度（比重、密度）和电解液中不溶解的结晶物质的量，也可以表征蓄电池的老化状态。但目前尚未有利用蓄电池老化过程中电解液的微观变化来实现蓄电池老化状态诊断装置，也没有基于蓄电池电解液的微观变化来修复老化蓄电池的装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用蓄电池电解液的状态来实现对其的老化状态诊断的装置。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种蓄电池老化状态诊断装置，用于诊断蓄电池的老化状态，所述蓄电池老化状态诊断装置包括：
超声波换能器，所述超声波换能器用于向所述蓄电池的电解液中发射超声波；
超声波接收器，所述超声波接收器用于接收经过所述蓄电池的电解液的超声波；
超声波电源，所述超声波电源与所述超声波换能器相连接，用于为所述超声波换能器提供电源；
超声波接收电路，所述超声波接收电路与所述超声波接收器相连接，用于由所述超声波接收器获得其接收的超声波波形信号；
分析运算模块，所述分析运算模块与所述超声波接收电路相连接，用于分析所述超声波波形信号而得出所述蓄电池的老化状态和预期寿命，并输出分析结果信号；
控制模块，所述控制模块分别与所述超声波电源、所述分析运算模块相连接，用于控制所述超声波电源的启停和输出参数、控制所述分析运算模块。
优选的，所述蓄电池老化状态诊断装置还包括显示模块，所述显示模块与所述分析运算模块相连接，用于根据所述分析结果信号显示所述蓄电池老化状态和预期寿命。
优选的，所述超声波换能器、所述超声波接收器分别紧密设置于所述蓄电池外壳的两侧。
优选的，所述超声波换能器、所述超声波接收器集成为一个集成换能器并接收所述蓄电池的电解液反射的超声波。
所述蓄电池老化状态诊断装置采用的蓄电池老化状态诊断方法为：利用所述超声波换能器向所述蓄电池的电解液中发射超声波，所述超声波的功率由所述控制模块控制下的所述超声波电源的输出参数决定并与蓄电池老化状态诊断功能相匹配，利用所述超声波接收器接收经过所述蓄电池的电解液的超声波，并利用所述超声波接收电路由所述超声波接收器获得其接收的超声波波形信号，利用所述分析运算模块分析所述超声波波形信号而得出所述蓄电池的老化状态和预期寿命，并输出分析结果信号。
所述分析运算模块分析所述超声波波形信号而得出所述蓄电池的老化状态和预期寿命的方法为：所述分析运算模块由所述超声波波形信号中提取其特征参数，并基于所提取的特征参数换算出所述蓄电池的电解液的浓度和结晶量，从而结合先期建立的蓄电池寿命模型得出所述蓄电池的老化状态和预期寿命。
所述分析运算模块将所述蓄电池的电解液的浓度和结晶量与所述蓄电池寿命模型进行插值对比而得出蓄电池的老化状态和预期寿命。
本发明还提供一种基于蓄电池电解液的微观变化来修复老化蓄电池的装置，其方案为：
一种蓄电池老化状态修复装置，用于对蓄电池的老化状态进行修复，所述蓄电池老化状态修复装置包括：
超声波换能器，所述超声波换能器用于向所述蓄电池的电解液中发射超声波；
超声波电源，所述超声波电源与所述超声波换能器相连接，用于为所述超声波换能器提供电源；
控制模块，所述控制模块与所述超声波电源相连接，用于控制所述超声波电源的启停和输出参数。
所述蓄电池老化状态修复装置采用的蓄电池老化状态修复方法为：利用所述超声波换能器向所述蓄电池的电解液中发射超声波，所述超声波的功率由所述控制模块控制下的所述超声波电源的输出参数决定并与蓄电池老化状态修复功能相匹配，从而利用所述超声波分散、粉碎所述蓄电池的电解液中的结晶物而使其溶解到所述蓄电池的电解液中。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：1、本发明的蓄电池老化状态诊断装置利用超声波，基于蓄电池电解液的微观状态来实现对其的老化状态诊断，诊断结论较为准确，且装置简单易于实施；
2、本发明的蓄电池老化状态修复装置利用超声波对蓄电池的老化状态进行修复，可以缓解蓄电池的老化，回复其活性物质的活性，从而延长蓄电池的寿命。
附图说明
附图1为本发明的蓄电池老化状态诊断与修复装置的部分部件安装示意图。
附图2为本发明的蓄电池老化状态诊断与修复装置的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。
实施例一：超声波在液体中传播方向性好、穿透能力强，传播速度与液体的浓度正相关，同时，遇到杂质（结晶物）会发生散射，因此，可以利用透射超声波或反射超声波检测蓄电池电解液的浓度和结晶量，建立蓄电池的寿命模型，评估蓄电池的老化状态，并实现寿命预测。进一步地，增大超声波的功率，利用超声波在液体中的空化效应、机械力学效应和热效应，分散、粉碎并溶解电解液中的结晶物，可以缓解蓄电池的老化，恢复活性物质的活性，从而延长蓄电池的寿命。
基于上述原理，提出一种蓄电池老化状态诊断与修复装置，是蓄电池老化状态诊断装置和蓄电池老化状态修复装置的集成，其既具有蓄电池老化状态诊断功能，又具有蓄电池老化状态修复功能。
如附图2所示，该蓄电池老化状态诊断与修复装置包括超声波换能器、超声波接收器、超声波电源、超声波接收器、分析运算模块和控制模块，还可以包括显示模块。控制模块分别与超声波电源、分析运算模块相连接，超声波电源与超声波换能器相连接，超声波接收器与超声波接收电路相连接，分析运算模块还与超声波接收电路相连接，而显示模块则与分析运算模块相连接。
超声波换能器和超声波接收器成对使用。如附图1所述，在使用时，超声波换能器、超声波接收器分别紧密设置于蓄电池外壳的两侧的合适位置上。
超声波换能器用于向蓄电池的电解液中发射超声波，其安装位置需要确保蓄电池内部在超声波的传播路线上无极板或其他固体遮挡。超声波接收器用于接收经过蓄电池的电解液的超声波。需根据蓄电池的不同类型（原理）、不同电解液、不同结晶物的形态，选择合适频率和强度的超声波换能器和超声波接收器。超声波换能器、超声波接收器还可以集成为一个集成换能器，并接收蓄电池的电解液反射的超声波。
超声波电源用于为超声波换能器提供电源，其启停和输出参数由控制模块控制，即由控制模块控制超声波电源的频率和功率，并控制其启动和停止。则在超声波电源输出不同频率和功率的电源下，超声波换能器能够发出不同功率的超声波。
超声波接收电路用于由超声波接收器获得其接收的超声波波形信号，并向分析员算模块输出其采集的超声波波形信号。
分析运算单元则在控制模块的控制下分析超声波波形信号而得出蓄电池的老化状态和预期寿命，并输出分析结果信号。该分析结果信号可以上传到上位机，也可以传输给显示模块，从而显示模块根据分析结果信号显示蓄电池老化状态和预期寿命。
上述蓄电池老化状态诊断与修复装置在实现蓄电池老化状态诊断功能、相当于蓄电池老化状态诊断装置时，至少包括前述超声波换能器、超声波接收器、超声波电源、超声波接收器、分析运算模块和控制模块。而当其在实现蓄电池老化状态修复功能、相当于蓄电池老化状态修复装置时，至少包括超声波换能器、超声波电源和控制模块。
上述装置采用的蓄电池老化状态诊断方法为：利用超声波换能器向蓄电池的电解液中发射超声波，超声波的功率由控制模块控制下的超声波电源的输出参数决定并与蓄电池老化状态诊断功能相匹配，利用超声波接收器接收经过蓄电池的电解液的超声波，并利用超声波接收电路由超声波接收器获得其接收的超声波波形信号，利用分析运算模块分析超声波波形信号而得出蓄电池的老化状态和预期寿命，并输出分析结果信号。
分析运算模块分析超声波波形信号而得出蓄电池的老化状态和预期寿命的方法为：分析运算模块由超声波波形信号中提取其特征参数（如超声波的时域/频域特性，包括延时、强度、谐波分量等），并基于所提取的特征参数换算出蓄电池的电解液的浓度和结晶量，从而结合先期建立的蓄电池寿命模型（反映蓄电池的电解液的浓度、结晶量与蓄电池老化状态、预期寿命的对应关系）得出蓄电池的老化状态和预期寿命，即将蓄电池的电解液的浓度和结晶量与蓄电池寿命模型进行插值对比而得出蓄电池的老化状态和预期寿命。
上述装置采用的蓄电池老化状态修复方法为：利用超声波换能器向蓄电池的电解液中发射超声波，超声波的功率（大功率）由控制模块控制下的超声波电源的输出参数决定并与蓄电池老化状态修复功能相匹配，从而利用超声波分散、粉碎蓄电池的电解液中的结晶物而使其溶解到蓄电池的电解液中。在对蓄电池进行修复时，超声波换能器也需紧密设置于蓄电池外壳的合适位置上，并由控制模块设置超声波电源的频率、功率和工作时长，并控制其启动和停止。修复完成后，还可以在显示模块上提醒工作人员。
优选的，对蓄电池老化状态的诊断和修复也可以同时进行，在修复过程中实时测量蓄电池电解液的浓度和结晶量，监控修复的进程和效果，并在显示模块上实时显示。并且，本装置对于蓄电池老化状态的诊断也可以和其他检测手段（如内阻、容量、温升测量等）配合使用，使老化状态评估和寿命预测更为准确。
使用上述装置检测蓄电池老化状态时：
1）将超声波换能器、超声波接收器紧密置于蓄电池外壳的合适位置上，确保蓄电池内部在超声波传播路线上无极板或其他固体遮挡；
2）超声波换能器连接超声波电源；
3）超声波电源连接到控制模块；
4）由控制模块设置超声波电源的频率和功率，并控制其启动和停止；
5）超声波接收器连接超声波接收电路；
6）超声波接收电路连接到分析运算模块，向分析运算模块输出其采集的超声波形；
7）分析运算模块根据超声波形提取特征参数，如超声波的时域/频域特征（延时、强度、谐波分量等）；
8）分析运算模块计算蓄电池电解液的浓度和结晶量；
9）分析运算模块与先期建立的寿命模型进行插值对比，得出老化状态和预期寿命；
10）在显示模块上显示老化状态和预期寿命。
使用上述装置修复蓄电池时：
1）选择合适频率的超声波换能器（大功率）；
2）将超声波换能器紧密置于蓄电池外壳合适位置上；
3）超声波换能器连接超声波电源；
4）超声波电源连接到控制模块；
5）由控制模块设置超声波电源的频率、功率和时长，并控制其启动和停止；
6）修复完成后，在显示模块上提醒工作人员。
本方案通过蓄电池老化状态超声波诊断与修复，使蓄电池老化状态可控、寿命更长，具有显著的经济效益和环境保护意义。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种蓄电池老化状态诊断装置，用于诊断蓄电池的老化状态，其特征在于：所述蓄电池老化状态诊断装置包括：
超声波换能器，所述超声波换能器用于向所述蓄电池的电解液中发射超声波；
超声波接收器，所述超声波接收器用于接收经过所述蓄电池的电解液的超声波；
超声波电源，所述超声波电源与所述超声波换能器相连接，用于为所述超声波换能器提供电源；
超声波接收电路，所述超声波接收电路与所述超声波接收器相连接，用于由所述超声波接收器获得其接收的超声波波形信号；
分析运算模块，所述分析运算模块与所述超声波接收电路相连接，用于分析所述超声波波形信号而得出所述蓄电池的老化状态和预期寿命，并输出分析结果信号；
控制模块，所述控制模块分别与所述超声波电源、所述分析运算模块相连接，用于控制所述超声波电源的启停和输出参数、控制所述分析运算模块。
2.根据权利要求1所述的蓄电池老化状态诊断装置，其特征在于：所述蓄电池老化状态诊断装置还包括显示模块，所述显示模块与所述分析运算模块相连接，用于根据所述分析结果信号显示所述蓄电池老化状态和预期寿命。
3.根据权利要求1所述的蓄电池老化状态诊断装置，其特征在于：所述超声波换能器、所述超声波接收器分别紧密设置于所述蓄电池外壳的两侧。
4.根据权利要求1所述的蓄电池老化状态诊断装置，其特征在于：所述超声波换能器、所述超声波接收器集成为一个集成换能器并接收所述蓄电池的电解液反射的超声波。
5.根据权利要求1所述的蓄电池老化状态诊断装置，其特征在于：所述蓄电池老化状态诊断装置采用的蓄电池老化状态诊断方法为：利用所述超声波换能器向所述蓄电池的电解液中发射超声波，所述超声波的功率由所述控制模块控制下的所述超声波电源的输出参数决定并与蓄电池老化状态诊断功能相匹配，利用所述超声波接收器接收经过所述蓄电池的电解液的超声波，并利用所述超声波接收电路由所述超声波接收器获得其接收的超声波波形信号，利用所述分析运算模块分析所述超声波波形信号而得出所述蓄电池的老化状态和预期寿命，并输出分析结果信号。
6.根据权利要求5所述的蓄电池老化状态诊断装置，其特征在于：所述分析运算模块分析所述超声波波形信号而得出所述蓄电池的老化状态和预期寿命的方法为：所述分析运算模块由所述超声波波形信号中提取其特征参数，并基于所提取的特征参数换算出所述蓄电池的电解液的浓度和结晶量，从而结合先期建立的蓄电池寿命模型得出所述蓄电池的老化状态和预期寿命。
7.根据权利要求6所述的蓄电池老化状态诊断装置，其特征在于：所述分析运算模块将所述蓄电池的电解液的浓度和结晶量与所述蓄电池寿命模型进行插值对比而得出蓄电池的老化状态和预期寿命。
8.一种蓄电池老化状态修复装置，用于对蓄电池的老化状态进行修复，其特征在于：所述蓄电池老化状态修复装置包括：
超声波换能器，所述超声波换能器用于向所述蓄电池的电解液中发射超声波；
超声波电源，所述超声波电源与所述超声波换能器相连接，用于为所述超声波换能器提供电源；
控制模块，所述控制模块与所述超声波电源相连接，用于控制所述超声波电源的启停和输出参数。
9.根据权利要求8所述的蓄电池老化状态修复装置，其特征在于：所述蓄电池老化状态修复装置采用的蓄电池老化状态修复方法为：利用所述超声波换能器向所述蓄电池的电解液中发射超声波，所述超声波的功率由所述控制模块控制下的所述超声波电源的输出参数决定并与蓄电池老化状态修复功能相匹配，从而利用所述超声波分散、粉碎所述蓄电池的电解液中的结晶物而使其溶解到所述蓄电池的电解液中。
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