CN1801566A - 大容量密封铅酸蓄电池无源保护器 - Google Patents

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黎勇昌
刘国兵
陆丕清
许凤山
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Abstract

一种大容量密封铅酸蓄电池无源保护器，其特征在于：包括欠压过压保护电路(1)，脉冲振荡与脉冲整形电路(2)，功率输出电路(3)，当被保护的电池(4)的电压处于保护电路(1)的工作电压范围内时，保护电路(1)从电池(4)取得电能，经脉冲振荡电路与脉冲整形电路(2)，使其中的振荡电路起振，输出整形加速振荡脉冲，送到功率输出电路(3)的控制端，使其将脉冲电流作用到电池(4)，以溶解与还原硫酸铅结晶体；当电池(4)的电压高于或低于所述的保护电路(1)的工作电压范围时，则保护器处于待机状态。本发明无需外部电源，利用被保护电池本身的直流电源，通过大电流可变振荡脉冲，安全、快速进行电池的保护；可多台同时在线无干扰工作，是抑制电池极板硫化，延长寿命的有效措施。

Description

大容量密封铅酸蓄电池无源保护器
技术领域
本发明涉及一种用电子脉冲的方法抑制并逐渐清除大容量密封式铅酸蓄电池极板内部生成硫酸铅结晶，恢复电池容量的无源保护器，特别是大容量密封铅酸蓄电池无源保护器。
背景技术
大容量密封式铅酸蓄电池通常作为各类大功率不间断电源(UPS)的后备电源，常年串联在浮充状态下工作，理论寿命应该是很长的，但是由于受气候环境、频繁停电而充电不足或充电不均衡的影响，在蓄电池极板内部会逐渐生成一种粗大坚硬的硫酸铅结晶体，堵塞了负极板海绵状Pb微孔，阻碍电能、化学能的互相转换，引起电池容量逐渐下降甚至报废。目前，对已生成硫酸铅结晶引起容量下降的电池，往往采取后期修复或更换的方法来解决。用于抑制硫酸铅结晶生成的小功率无源保护器由于脉冲电流及幅值较小，用于大容量密封式铅酸蓄电池上不能起到明显作用。另外，保护修复时，需使用外部直流电源，增加设备投资。
发明内容
本发明目的是提供一种大容量密封铅酸蓄电池的无源保护器，可无需外部电源，利用被保护电池本身的直流电源，通过大电流可变振荡脉冲，在安全工作电压范围下，快速进行电池的保护；有效防止极板生成的硫酸铅结晶体，本发明可利用轮流启动方式，进行多台同时在线互相没有干扰地工作，是抑制大容量密封式铅酸蓄电池极板产生硫化，延长电池使用寿命的有效方法。
本发明的目的是按如下的技术方案实现的。本发明为一种大容量密封铅酸蓄电池无源保护器，其特征在于：它包括欠压过压保护电路，脉冲振荡与脉冲整形电路，功率输出电路依次连接而成，当被保护的电池的电压处于所述的欠压过压保护电路的工作电压范围内时，所述的欠压过压保护电路从所述的电池取得电能，经所述的脉冲振荡电路与脉冲整形电路，使其中的振荡电路起振，输出振荡脉冲，经整形加速后，送到所述的功率输出电路的控制端，使其中的电子开关导通，将脉冲电流作用到电池，以溶解与还原硫酸铅结晶体；当所述的电池的电压高于或低于所述的欠压过压保护电路的工作电压范围时，将使所述的脉冲振荡与脉冲整形电路中的振荡电路停止振荡，无脉冲输到功率输出电路，则保护器处于待机状态。
所述的欠压过压保护电路包括：稳压二极管Z2、Z3；开关二极管D4、D7；三极管Q2、Q3；施密特触发器U1A以及电阻R4、R5、R8、R9、R10、R11、R12；所述的欠压过压保护电路的输入端与电池的正极相连，输出端与脉冲振荡与脉冲整形电路的振荡部分相连。
所述的脉冲振荡与脉冲整形电路包括电容C1、电阻R6、R7、二极管D3；施密特触发器U1B-U1F，所述的脉冲振荡与脉冲整形电路的输出端与功率输出电路的输入端相连。
所述的功率输出电路包括电感L1、L3、电容C2、二极管D2、开关管Q1、电阻R1；所述的功率输出电路的输出端与被修复电池4相连。
本发明利用被保护的蓄电池本身的电能进行工作，无需使用外部直流电源。通过振荡电路产生一个特定频率的脉冲波形。经脉冲波形整形电路整形后供给电子开关，通过储能电感产生具有快速上升沿的电子脉冲，再反馈输送到蓄电池，在脉冲扰动下破坏了硫酸铅结晶形成的条件，使电池极板始终呈现全新的状态，延长电池的使用寿命。
本发明的工作过程是：当被保护的电池的电压在欠压过压保护电路的工作电压范围内时，从电池取得电能，脉冲振荡电路中的触发器U1B起振工作，输出振荡脉冲，经触发器U1C～U1F整形加速后，送到受控功率输出电路中的电子开关的控制端，使在电子开关的导通于截止期间具有快速上升沿的开关脉冲中的谐波成分与电池内部粗大的硫酸铅结晶谐振，在瞬间脉冲电流的作用下，溶解与还原粗大的硫酸铅结晶体。在被保护电池的电压高于或低于欠压过压保护电路的工作电压范围时，将迫使振荡电路停止振荡，无脉冲输到开关管控制极，开关关断，保护器处于待机状态，不再消耗电池的电能，保护电池不会过放电。
综上所述，本发明采用欠压过压保护电路、脉冲振荡与脉冲整形电路、功率输出电路，无需外部电源，利用被保护电池本身的直流电源，通过大电流可变振荡脉冲，在安全工作电压范围下，快速进行电池的保护；有效防止极板生成的硫酸铅结晶体，使电池极板始终呈现全新的状态，延长电池的使用寿命。本发明可以多台同时在线工作，互相没有干扰，所产生的修复脉冲也在后备电源系统允许的安全范围之内，不会对系统产生干扰。本发明是抑制大容量密封式铅酸蓄电池极板产生硫化，延长电池使用寿命的有效方法。
附图说明
图1是本发明的电路方框图。
图2是本发明的电路原理图。
图中代号说明
1欠压过压保护电路      2脉冲振荡与脉冲整形电路
3功率输出电路          4被修复的电池
C1～C4电容             D2快恢复二极管
D3、D4、D7二极管       F1热敏电阻
L1、L3电感             L2色环电感
LED1发光二极管         Q1开关管(电子开关)      Q2、Q3三极管
R1～12电阻             U1施密特触发器          Z1～Z3稳压二极管
具体实施方式：
图1所示是本发明大容量密封铅酸蓄电池无源保护器的电路方框图，图中示有欠压过压保护电路1，脉冲振荡与脉冲整形电路2，功率输出电路3依次连接而成，当被保护的电池4的电压处于所述的欠压过压保护电路1的工作电压范围内时，所述的欠压过压保护电路1从所述的电池4取得电能，经所述的脉冲振荡电路与脉冲整形电路2，使其中的振荡电路起振，输出振荡脉冲，经整形加速后，送到所述的功率输出电路3的控制端，使其中的电子开关导通，将脉冲电流作用到被保护的电池4，以溶解与还原硫酸铅结晶体；当所述的电池4的电压高于或低于所述的欠压过压保护电路1的工作电压范围时，将使所述的脉冲振荡与脉冲整形电路2中的振荡电路停止振荡，无脉冲输到功率输出电路3，则本无源保护器处于待机状态。
图2是本发明的电路原理图，图中所示的欠压过压保护电路1包括：稳压二极管Z2、Z3；开关二极管D4、D7；三极管Q2、Q3；施密特触发器U1(本实施例采用CD40106)中的触发器U1A，以及电阻R4、R5、R8、R9、R10、R11、R12；所述的欠压过压保护电路1的输入端与电池4的正极相连，输出端与脉冲振荡与脉冲整形电路2的振荡部分相连。触发器U1A的1、2脚(即CD40106的A、G A脚)位于三极管Q2集电极与二极管D4之间。
所述的脉冲振荡与脉冲整形电路2包括电容C1、电阻R6、R7、开关二极管D3；施密特触发器U1中的触发器U1B-U1F，所述的脉冲振荡与脉冲整形电路2的输出端8脚(即CD40106的J.D脚)与功率输出电路3的输入端相连。
所述的功率输出电路3包括电感L1、L3、电容C2、二极管D2、开关管Q1、电阻R1；所述的功率输出电路3的输出端与被修复电池4相连。
其工作过程为：将本无源保护器的接线端子按极性接到电池4的两端，电池电压一路经由电感L2、电容C4滤波后到达欠压过压保护电路1；另一路经过电感L2、电容C4、电阻R2、稳压二极管Z1、电容C3组成的滤波稳压装置滤波稳压后供给施密特触发器U1；当电池4的电压低于稳压二极管Z2、Z3的稳压值时，无电压到三极管Q2、Q3的基极，三极管截止，触发器U1A的1脚为高电位，2脚低电位，二极管D4正偏导通将振荡器U1B的输入端拉为低电位，触发器U1B停振无波形送到驱动电路及电子开关管Q1(场效应管VTI630)的控制极，开关管Q1截止，整机处于待机状态，这是欠压保护的工作过程。当电池4的电压高于稳压二极管Z2稳压值时，稳压二极管Z2反向击穿，电压经R9、R10分压后使三极管Q2导通，把触发器U1A的1脚拉为低电位，2脚高电位。二极管D4不能导通，电池电压通过R6、电容C1网络使振荡器产生一个周期为120uS，幅值≥5V的振荡脉冲经驱动整形电路U1C～U1F整形后，送到开关管Q1的控制极，控制电子开关的通断。在电子开关导通期间，电源经电感L3给储能电容C2充电。电流经L3、L1、K1、R1到负极，给电池一个短速的放电，LED1点亮。由于电流较大，电感L1很快磁饱和，在开关管Q1截止期间，储能电容C2放电，在开关管Q1截止时由于电感L1的自感作用在电感L1上产生下正上负的自感电动势，因为电感L3的感抗很大，经二极管D2单向整流成频率8.33KHz、宽度小于5μS、前沿小于800nS和约3A(视电池容量有不同规格)的高压脉冲直流电经F1加到电池两端。在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。当电池电压高于稳压二极管Z3的稳压值时，稳压二极管Z3反向击穿，电压经R11、R12分压后使三极管Q3导通，把三极管Q2基极拉为低电位，三极管Q2截止，触发器U1A的1脚为高电位，2脚低电位。二极管D4导通迫使振荡电路停振，保护器也处于待机状态，这是过压保护的工作过程。

Claims (4)

1、一种大容量密封铅酸蓄电池无源保护器，其特征在于：它包括欠压过压保护电路(1)，脉冲振荡与脉冲整形电路(2)，功率输出电路(3)依次连接而成，当被保护的电池(4)的电压处于所述的欠压过压保护电路(1)的工作电压范围内时，所述的欠压过压保护电路(1)从所述的电池(4)取得电能，经所述的脉冲振荡电路与脉冲整形电路(2)，使其中的振荡电路起振，输出振荡脉冲，经整形加速后，送到所述的功率输出电路(3)的控制端，使其中的电子开关导通，将脉冲电流作用到电池(4)，以溶解与还原硫酸铅结晶体；当所述的电池(4)的电压高于或低于所述的欠压过压保护电路(1)的工作电压范围时，将使所述的脉冲振荡与脉冲整形电路(2)中的振荡电路停止振荡，无脉冲输到功率输出电路(3)，则保护器处于待机状态。
2、根据权利要求1所述的大容量密封铅酸蓄电池无源保护器，其特征是所述的欠压过压保护电路(1)包括：稳压二极管(Z2、Z3)；开关二极管(D4、D7)；三极管(Q2、Q3)；施密特触发器(U1A)以及电阻R4、R5、R8、R9、R10、R11、R12)；所述的欠压过压保护电路(1)的输入端与电池(4)的正极相连，输出端与脉冲振荡与脉冲整形电路(2)的振荡部分相连。
3、根据权利要求1所述的大容量密封铅酸蓄电池无源保护器，其特征是：所述的脉冲振荡与脉冲整形电路(2)包括电容(C1)、电阻(R6、R7)、二极管(D3)；施密特触发器(U1B-U1F)，所述的脉冲振荡与脉冲整形电路(2)的输出端与功率输出电路(3)的输入端相连。
4、根据权利要求1所述的大容量密封铅酸蓄电池无源保护器，其特征是：所述的功率输出电路(3)包括电感(L1、L3)、电容(C2)、二极管(D2)、开关管(Q1)、电阻(R1)；所述的功率输出电路(3)的输出端与被修复电池(4)相连。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102088119A (zh) * 2010-12-29 2011-06-08 奇瑞汽车股份有限公司 一种蓄电池伴侣装置
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