CN112968225B - 一种锌银电池充、放电电流波形生成方法及控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锌银电池充、放电电流波形生成方法及控制装置，采用充电直流电子负载和放电直流电子负载分别对锌银电池充、放电的正负半周进行电流控制，并通过对锌银电池输出回路的电压和电流取样后，反馈至数据采集器，数据采集器对整个化成电路进行闭环控制，闭环自动调节输出充、放电流的大小以及生成充、放电流波形。通过数据采集器采用数学方式生成所需的充、放电电流波形的模拟信号去分别控制充、放电的电子负载，精确输出相应要求的化成电流值，对锌银电池进行充、放电；充、放电电流波形光滑、完整，导通时间控制准确、可靠，确保锌银电池的高稳定性和安全性。装置接线简单，控制可靠、方便。

Description

一种锌银电池充、放电电流波形生成方法及控制装置

技术领域

本发明涉及锌银电池制备生产技术领域，尤其是一种锌银电池充、放电电流波形生成方法。

背景技术

锌银电池作为一种化学电池，具有比能量高、比功率大、放电电流大、放电电压平稳、可靠性高、安全性好、无噪声污染等优点，作为配套电源，广泛应用于航空、航天、军工装备（如火箭及导弹的制导和遥测）等领域。锌银电池的生产过程中，必须对锌银电池的电极进行活化，以保证锌银电池的使用寿命和输出稳定的电压。生产中，锌银电池充、放电的作用是使电池中活性物质借助于充、放电转化成具有正常电化学作用的物质。充、放电电流的波形和电流大小直接影响锌银电池的质量，传统的锌银电池的充、放电方式主要有两种：

（1）直流充电法：将直流电源与直流负载串接后加在电池上，只能对电池进行恒流充电。该方法线路简单，但控制电流输出的精度低，无法实现电池的放电。

该方法的充电电流波形主要是通过设置直流电子负载来实现，能进行恒定值电流充电，最多可进行高、低电流值（类似方波波形）的充电，无法进行其它波形的设置，且设置方法复杂，对操作人员的技术要求较高。

（2）不对称交流充电法：将交流电源与交直流充电器连接后加在电池上，对电池进行充、放电。该方法为在一个周期内，正半波充电，负半波放电，要求充电电流大于放电电流。

该方法的充电电流波形为固定波形（取决于交流电源输出波形的）充、放电，为使正负半波电流大小不对称，需要一个专门能产生不对称波形的充、放电装置，该装置制造相当困难，国内能生产不对称充、放电设备的极少，目前主要是通过在充、放电回路中分别串接滑线变阻器来手动调节不对称的充、放电电流的大小，其正负半波导通的选择是通过接入在正负半波回路中的两个大功率二极管来实现，造成电流控制精度差，波形杂乱不完整。充、放电波形取决于交流电源的输出波形，该方法线路接线较复杂，控制较繁琐，其波形导通时间无法调节。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锌银电池充、放电电流波形生成方法，以解决上述技术问题，并提出一种用于实施该方法的锌银电池充、放电的控制装置。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锌银电池充、放电电流波形生成方法，该方法采用充电直流电子负载和放电直流电子负载分别对锌银电池充、放电的正负半周进行电流控制，并通过对锌银电池输出回路的电压和电流取样后，反馈至数据采集器，数据采集器对整个化成电路进行闭环控制，闭环自动调节输出充、放电流的大小以及生成充、放电流波形。

上述方案进一步是，所述数据采集器是多功能模拟量数据采集器，该数据采集器对整个化成电路进行闭环控制包括：

（1）根据用户充、放电工艺要求的电流波形，在数据采集器的存储器中，在一个周期内取N个点，合成生成1∶1的各种所需交变电流波形；波形的正值为充电电流波形，负值为放电电流波形；N值是由用户要求的导通角控制精度决定；

（2）根据用户充电电流值A的大小及放电电流值B的大小，以A、B为系数，分别乘以上述N个点后，输出一交变的模拟信号去分别控制充电直流电子负载和放电直流电子负载；当模拟信号值为正值时，需打开充电直流电子负载，同时关闭放电直流电子负载；当模拟信号值为负值时，需打开放电直流电子负载，同时关闭充电直流电子负载，充电直流电子负载和放电直流电子负载需在模拟信号过零点时切换；

（3）通过充、放电电流回路中的电流传感器取样输出的充、放电的电流，并经信号调理后，送入数据采集器，然后根据其值的大小，对输出至充电直流电子负载和放电直流电子负载的模拟信号进行调节，使输出电流与设定电流相同，实现充、放电电流的闭环控制。

上述方案进一步是，所述充电时，直流稳压电源串接充电直流电子负载后对锌银电池进行充电；放电时，锌银电池直接对放电直流电子负载进行放电，如果放电时，锌银电池两端总的电压低于放电直流电子负载拉电流所需的电压，此时化成线路中必须加入陪放电源。

上述方案进一步是，所述充、放电流波形包括全波充电波形、半波充电波形、脉冲充放电波形、恒流放电波形，且波形的导通时间可调节。

一种锌银电池充、放电的控制装置，用于实施上述锌银电池充、放电电流波形生成方法，其具有：

工控电脑，该工控电脑提供人机界面；

数据采集器，该数据采集器是多功能模拟量数据采集器并与工控电脑双向连通，数据采集器至少具有模拟量采集端口、模拟量输出端口及I/O端口，其中，数据采集器通过模拟量采集端口分别连接电压传感器及电流传感器，该电压传感器及电流传感器连接于锌银电池输出回路中；数据采集器通过模拟量输出端口分别连接充电直流电子负载和放电直流电子负载，该充电直流电子负载与锌银电池连接构成充电回路，该放电直流电子负载与锌银电池连接构成放电回路，该充电回路和放电回路之间通过切换开关KO1、KO2控制转换工作；所述数据采集器的I/O端口通过继电器驱动模块控制切换开关KO1、KO2。

本发明通过数据采集器采用数学方式生成所需的充、放电电流波形的模拟信号去分别控制充、放电的电子负载，精确输出相应要求的化成电流值，对锌银电池进行充、放电；充、放电电流波形光滑、完整，导通时间控制准确、可靠，确保锌银电池的高稳定性和安全性。装置接线简单，控制可靠、方便。

附图说明：

附图1为本发明原理方框图；

附图2为本发明充电时的原理方框图；

附图3为本发明放电时的原理方框图（无陪放电源）；

附图4为本发明放电时的原理方框图（有陪放电源）；

附图5、6、7、8、9为本发明生成的电流波形示意图。

具体实施方式：

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

参阅图1、2、3、4所示，是本发明的原理示意图，本发明有关一种锌银电池充、放电电流波形生成方法，该方法采用充电直流电子负载和放电直流电子负载分别对锌银电池充、放电的正负半周进行电流控制，并通过对锌银电池输出回路的电压和电流取样后，反馈至数据采集器，数据采集器对整个化成电路进行闭环控制，闭环自动调节输出充、放电流的大小以及生成充、放电流波形。具体地，所述数据采集器是多功能模拟量数据采集器，该数据采集器对整个化成电路进行闭环控制包括：

（1）根据用户充、放电工艺要求的电流波形，在数据采集器的存储器中，在一个周期内取N个点，合成生成1∶1的各种所需交变电流波形；波形的正值为充电电流波形，负值为放电电流波形；N值是由用户要求的导通角控制精度决定；

（2）根据用户充电电流值A的大小及放电电流值B的大小，以A、B为系数，分别乘以上述N个点后，输出一交变的模拟信号去分别控制充电直流电子负载和放电直流电子负载；当模拟信号值为正值时，需打开充电直流电子负载，同时关闭放电直流电子负载；当模拟信号值为负值时，需打开放电直流电子负载，同时关闭充电直流电子负载，充电直流电子负载和放电直流电子负载需在模拟信号过零点时切换；

（3）通过充、放电电流回路中的电流传感器取样输出的充、放电的电流，并经信号调理后，送入数据采集器，然后根据其值的大小，对输出至充电直流电子负载和放电直流电子负载的模拟信号进行调节，使输出电流与设定电流相同，实现充、放电电流的闭环控制。

本发明通过巧妙构思，通过利用数据采集器的方式，简易生成各种不同的充、放电电流波形的模拟信号去控制充、放电的充电直流电子负载和放电直流电子负载，对锌银电池进行恒流充电、脉冲充放电、恒流放电等。根据锌银电池生产厂商的工艺要求，输出不同的导通时间可调节的充、放电电流波形（全波、半波、脉冲波）和额定值。并可依据厂商预先设定的有关参数对单体电池进行投入和切除。通过优化充、放电工艺，选择不同的充、放电电流波形和大小，生产出高质量的锌银电池。

参阅图1、2、3、4所示，本发明中，充电时，直流稳压电源串接充电直流电子负载后对锌银电池进行充电；放电时，锌银电池直接对放电直流电子负载进行放电，如果放电时，锌银电池两端总的电压低于放电直流电子负载拉电流所需的电压，此时化成线路中必须加入陪放电源。采用工控电脑控制数据采集器，利用数据采集器的特点，通过数学方式产生锌银电池生产制备过程中所需要的充、放电电流波形的模拟信号，利用该信号分别去控制充、放电的充电直流电子负载和放电直流电子负载输出对应的充、放电电流。充、放电电流波形光滑完整，导通时间控制准确可靠，并可设置不相同的电流充、放电时间段（变电流充、放电），对锌银电池进行充、放电。其充、放电电流的大小可任意设定，通过数据采集器生成充、放电流波形的方式在理论上也可生成任意波形，且生成方法简单，并可根据对测量输出回路的充、放电流的取样，闭环自动调节输出充、放电流的大小，达到输出充、放电流的高准确性。本发明生成的充、放电流波形包括全波充电波形、半波充电波形、脉冲充放电波形、恒流放电波形，且波形的导通时间可调节。如附图5、6、7、8、9所示，本发明生成的电流波形有全波全导通充电波形、全波导通6ms充电波形、半波全导通充电波形、半波导通5ms充电波形、正负半波不对称脉冲充放电波形，当然还可以根据用户任意设定的充、放电工艺有关要求，方便、简单地生成有关的充、放电电流波形和电流大小。

本发明还提供一种锌银电池充、放电的控制装置，用于实施上述的锌银电池充、放电电流波形生成方法，其具有工控电脑1及数据采集器2，该工控电脑1提供人机界面，方便用户任意设定充、放电工艺有关要求。该数据采集器2是多功能模拟量数据采集器并与工控电脑双向连通，达到数据交换。数据采集器2至少具有模拟量采集端口21、模拟量输出端口22及I/O端口23，其中，数据采集器2通过模拟量采集端口21分别连接电压传感器3及电流传感器4，该电压传感器3及电流传感器4连接于锌银电池输出回路中，以便对锌银电池输出回路的电压和电流取样。数据采集器通过模拟量输出端口22分别连接充电直流电子负载5和放电直流电子负载6，该充电直流电子负载5与锌银电池连接构成充电回路，该放电直流电子负载6与锌银电池连接构成放电回路，该充电回路和放电回路之间通过切换开关KO1、KO2控制转换工作；所述数据采集器的I/O端口23通过继电器驱动模块7控制切换开关KO1、KO2，达到充电回路和放电回路切换工作，实现当模拟信号值为正值时，充电回路工作，同时放电回路断开；当模拟信号值为负值时，放电回路工作，同时充电回路断开。充电时，高精度直流稳压电源8串接充电直流电子负载5后对锌银电池100进行充电；放电时，锌银电池100直接对放电直流电子负载6进行放电，当锌银电池100两端总的电压低于放电直流电子负载6拉电流时所需的电压时，此时放电回路中必须加入陪放电源9，闭环自动调节输出充、放电流的大小，达到输出充、放电流的高准确性。

本发明接线简单，控制可靠、方便；实现充、放电过程的全自动化，极大地减轻了操作人员的劳动强度和提高了产品的质量。化成电流控制精度小于±0.5%读数±0.1%量程：波形导通角控制精度为±0.5ms。

本申请人也采用本技术方案生产出多台自动生产设备并投入到有关军工企业的锌银电池的生产制备中，各项技术指标均符合用户要求，提高了企业的生产效率，减轻了操作人员的劳动强度，获得用户的好评，极大保证了军工企业生产的各类军用锌银电池的产品质量。工作时，本发明提供的锌银电池充、放电的控制装置，可按设定的电流、波形、时序对锌银电池自动充、放电，也可人工干预时序。通过预先设置的电池的电压或充、放电时间的设定值，可自动切除某单体电池，也可人工进行单体电池的接入或切除。同时可自动监测并记录工作参数，如电池的电压、电流、波形、充放电间温度等，监测数据可打印输出。

当用户需要更改充、放电电流波形时，只需在数据采集器中生成要求的波形就可实现用户的要求；而且可以很方便地实现各种波形导通角的设置，并可保证设置的导通角的精度。由于采用的正负半波对应控制充、放电电子负载，其正负半波的很容易实现不对称的充、放电电流波形（通过正负半波乘以不相同的系数A/B生成相应的模拟控制信号，A为充电电流值，B为放电电流值），能方便、可靠、简易的实现用户不同充、放电的工艺要求。通过对充、放电回路上的总的电压的取样，控制直流电源随着单体电池的增减而改变输出的电压，维持直流电子负载两端的电压降在一个合理的范围内，保证直流电子负载不会出现功率保护状态。通过对充、放电回路上的电流的取样，控制直流电子负载输出一个准确的与设定值一致的化成电流。整个化成电路进行闭环控制，极大地提高了化成电流控制精度。

当然，以上结合实施方式对本发明做了详细说明，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了解本发明的内容并加以实施，因此，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种锌银电池充、放电电流波形生成方法，其特征在于，该方法采用充电直流电子负载和放电直流电子负载分别对锌银电池充、放电的正负半周进行电流控制，并通过对锌银电池输出回路的电压和电流取样后，反馈至数据采集器，数据采集器对整个化成电路进行闭环控制，闭环自动调节输出充、放电流的大小以及生成充、放电流波形；所述数据采集器是多功能模拟量数据采集器，该数据采集器对整个化成电路进行闭环控制包括：

（1）根据用户充、放电工艺要求的电流波形，在数据采集器的存储器中，在一个周期内取N个点，合成生成1∶1的各种所需交变电流波形；波形的正值为充电电流波形，负值为放电电流波形；N值是由用户要求的导通角控制精度决定；

（2）根据用户充电电流值A的大小及放电电流值B的大小，以A、B为系数，分别乘以上述N个点后，输出一交变的模拟信号去分别控制充电直流电子负载和放电直流电子负载；当模拟信号值为正值时，需打开充电直流电子负载，同时关闭放电直流电子负载；当模拟信号值为负值时，需打开放电直流电子负载，同时关闭充电直流电子负载，充电直流电子负载和放电直流电子负载需在模拟信号过零点时切换；

（3）通过充、放电电流回路中的电流传感器取样输出的充、放电的电流，并经信号调理后，送入数据采集器，然后根据其值的大小，对输出至充电直流电子负载和放电直流电子负载的模拟信号进行调节，使输出电流与设定电流相同，实现充、放电电流的闭环控制。

2.根据权利要求1所述的一种锌银电池充、放电电流波形生成方法，其特征在于，所述充电时，直流稳压电源串接充电直流电子负载后对锌银电池进行充电；放电时，锌银电池直接对放电直流电子负载进行放电，如果放电时，锌银电池两端总的电压低于放电直流电子负载拉电流所需的电压，此时化成线路中必须加入陪放电源。

3.根据权利要求1所述的一种锌银电池充、放电电流波形生成方法，其特征在于，所述充、放电流波形包括全波充电波形、半波充电波形、脉冲充放电波形、恒流放电波形，且波形的导通时间可调节。

4.一种锌银电池充、放电的控制装置，用于实施上述权利要求1~3中任意一项的锌银电池充、放电电流波形生成方法，其特征在于，具有：

工控电脑，该工控电脑提供人机界面；

数据采集器，该数据采集器是多功能模拟量数据采集器并与工控电脑双向连通，数据采集器至少具有模拟量采集端口、模拟量输出端口及I/O端口，其中，数据采集器通过模拟量采集端口分别连接电压传感器及电流传感器，该电压传感器及电流传感器连接于锌银电池输出回路中；数据采集器通过模拟量输出端口分别连接充电直流电子负载和放电直流电子负载，该充电直流电子负载与锌银电池连接构成充电回路，该放电直流电子负载与锌银电池连接构成放电回路，该充电回路和放电回路之间通过切换开关KO1、KO2控制转换工作；所述数据采集器的I/O端口通过继电器驱动模块控制切换开关KO1、KO2。

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