CN201681960U - 路灯控制器光伏电池修复装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种路灯控制器光伏电池修复装置，包括单片机和充电模块；单片机的接口上设有脉冲修复模块，脉冲修复模块是由开关电路的输入输出端、光耦、推挽电路、MOS开关管和肖特基二极管组成，开关电路的输入、输出端分别通过电阻R12、三极管和电阻R19、电阻R3与光耦连接，开关电路的输出端与推挽电路的电阻R1和R18并联，推挽电路通过电阻R5和R10与MOS开关管连接，MOS开关管通过导线与肖特基二极管连接，肖特基二极管的正极与蓄电池的负极连接，蓄电池的正极与太阳能电池板的正极连接，肖特基二极管的负极通过MOS开关管和太阳能电池板负极相连。本实用新型解决了现有技术光伏电池存在维护成本高、修复难的技术问题。

Description

路灯控制器光伏电池修复装置

技术领域本实用新型属于光伏电池硫化修复技术领域，涉及一种路灯控制器光伏电池修复装置。

背景技术正常的铅蓄电池在放电时形成硫酸铅结晶，充电时比较容易地还原为铅。如果电池的使用和维护不善，例如经常充电不足或过放电，负极上就会逐渐形成一种粗大坚硬的硫酸铅，这就是硫酸盐化，简称为“硫化”。这种硫酸铅用常规的方法充电很难还原，它引起蓄电池容量下降，甚至成为蓄电池寿命终止的原因。轻微的电池硫化，会降低电池的容量，电池内阻增加，严重时则电极失效，充不进电。轻微的电池硫化，尚可用一些方法使它恢复，严重时采用一般的充电方法是不能够恢复容量的。硫化的电池最明显的外特征是电池容量下降，内阻增加。当然，如果电池失水和正极板软化也具有这个外特性。鉴别电池是否硫化的方法，往往是采用脉冲修复仪对电池进行脉冲修复，如果容量上升，就是硫化，如果没有一点点容量上升，电池容量下降可能是其它原因产生。目前，电池硫化修复的方法主要有水疗法和大电流充电法。水疗法即在电池硫化不太严重，可以使用较稀的电解液，也就是向电池中加水稀释电解液，以提高硫酸铅的溶解度，然后进行较长时间充电，可能得以恢复；大电流充电法即在认为吸附是造成硫酸盐化的主要原因，则可以用高电流密度充电(达100mA./cm²)，在这样的电流密度下，负极可以达到很负的电势值，这时远离零电荷点，使φ-φ(0)＜0，改变了电极表面带电的符号，表面活性物质会发生脱附，特别是对阴离子型的表面活性物质，这种有害的表面活性物质从电极表面上脱附以后，就可以使充电顺利进行，目前国内几乎没有人使用这种方法处理不可逆硫酸盐化，可能出于以下考虑：高电流密度下极化和欧姆压降增加，这部分能量转化为热，使蓄电池内部温度升高，同时又有大量的气体析出，尤其是正极大量气析出气体，其冲刷作用易使活性物质脱落。现有技术的路灯控制装置，主要由太阳能板、铅蓄电池、控制器和LED灯头组成，控制器在白天控制太阳能板向蓄电池充电，晚上控制蓄电池对LED灯头进行放电。在阳光充足的情况下，一次充电可以维持路灯工作一个礼拜以上。其中，铅蓄电池是整个控制系统中最薄弱的环节，它的好坏直接影响了控制系统能否正常的工作，由于铅蓄电池深埋地下，虽然在地底经过了隔离，但工作条件仍然很恶劣，温度、湿度，再加上在阴雨天出现的充电不足和由此引起的过放，这些都很容易引起蓄电池的硫化。这样大大影响了蓄电池的寿命和增加了维护成本。由于蓄电池深埋地下，取出来维修也是极其不便的，很多修复方法都很难对地底密封的电池进行有效的修复。所述的水疗法并不能应用，而大电流充电法对供电电源有很高的要求，路灯控制系统的供电电源是太阳能板，它在一天中的电压是变化的，并不能长时间稳定的提供大电流，因此这种方法也受到限制。

实用新型内容本实用新型的目的是解决现有技术存在维护成本高、修复难的技术问题，提供一种路灯控制器光伏电池修复装置，以克服现有技术的不足。

为了实现上述目的，本实用新型路灯控制器光伏电池修复装置，包括单片机和充电模块；其要点是单片机的接口上设有脉冲修复模块，所述脉冲修复模块是由开关电路的输入输出端、光耦、推挽电路、MOS开关管和肖特基二极管组成，开关电路的输入、输出端分别通过电阻R12、三极管和电阻R19、电阻R3与光耦连接，开关电路的输出端与推挽电路的电阻R1和R18并联，推挽电路通过电阻R5和R10与MOS开关管连接，MOS开关管通过导线与肖特基二极管连接，肖特基二极管的正极与蓄电池的负极连接，蓄电池的正极与太阳能电池板的正极连接，肖特基二极管的负极通过MOS开关管和太阳能电池板负极相连。

所述开关电路的输入端由电阻R17、R21、R15、R20、R9、R12和三极管Q11、Q9组成，电阻R17、R21、R15、R20、R9并联，电阻R21与三极管Q11的基极连接，三极管Q11的集电极与电阻R15、R20连接，三极管Q11的发射极与三极管Q9的发射极和光耦连接，三极管Q9的基极与电阻R20连接，三极管Q9的集电极与电阻R9、电阻R12连接。

所述开关电路的输出端由电阻R19、R3、R14、R13、R2和三极管Q10、Q3组成，电阻R19、R3、R14、R13、R2并联，电阻R14与三极管Q10的基极连接，三极管Q10的集电极与电阻R13连接，三极管Q10的发射极与三极管Q3的发射极和电阻R19连接，三极管Q3的基极与电阻R13连接，三极管Q3的集电极与电阻R2连接。

所述推挽电路由电阻R1、R18和三极管Q1、Q5组成，三极管Q1、Q5的基极分别和电阻R1、R18的一端连接，三极管Q1、Q5的集电极分别和电阻R1、R18的另一端连接，三极管Q1、Q5的发射极分别和电阻R5连接。

本实用新型脉冲修复模块是和充电模块集成在一起的，由程序来自动控制。当系统查知电池老化达到某一程度，系统会启动脉冲修复功能，来实现电池修复的功能。其工作原理是由单片机产生的PWM信号经开关电路输入端经光耦电位将PWM信号隔离，由开关电路的输出端通过推挽电路驱动MOS开关管，对蓄电池进行高电压脉冲充电，击碎蓄电池负极端积累的结晶体使其活化，实现修复。

本实用新型的特点是：

1、单片机采用的芯片是目前市场上功能最强大的MCU

这款IC能产生精确的PWM控制信号，信号参数：脉冲频率：40KHz；脉冲占空比：软件自动调节1～40％之间；充电电流：1～3A；工作电源：中午时分阳光最强烈时太阳能电池板供给的60V电源。

2、工作程序化

1)、每2个月准备进行修复；

2)、检测蓄电池损坏程度，判断是否需要修复；

3)、如果需要修复，则先使蓄电池充满电(如果当天没充满，当晚以及以后放电都以1/4功率放电，直至蓄电池充满电)；

4)、判断太阳能板电压是否足够高到能进行修复；

5)、如果满足条件，则进行修复。使控制芯片产生脉冲，开始修复；

6)、修复10小时，(每天修复2-5个小时，持续数天)；

7)、修复完毕后再次将蓄电池充满电(如果当天没充满，当晚以及以后放电都以1/4功率放电，直至蓄电池充满电)；

8)、整个过程修复完毕；

9)、系统复位，重新进入正常充电模式。

3、脉冲修复装置的实施提升了路灯控制系统的性能与寿命

目前在市场上出现的路灯控制器，基本上没有加入蓄电池修复这一技术环节，所以它所控制的太阳能路灯寿命相对而言短很多，一般的质保在1到2年左右，这些路灯控制器一般工作的环境都比较恶劣，出现硫化的几率比较大，当硫化情况比较严重时，蓄电池容量显然不能达到路灯正常的放电要求，此时，就必须更换电池，或者将硫化严重的电池从工作环境中(如地下)取出进行修复，显然，这是繁琐而不便的。我公司创新性地将蓄电池修复这一技术环节加入到了路灯控制器中，在中午阳光最强烈即电池板电压达到60V时实现对蓄电池的修复。这一创新很大程度上延长了系统的寿命，不必频繁地对蓄电池进行修复和保养。我公司凭借这一创新可以向客户郑重承诺本公司产品质量保证3年，这在行业界处于领先地位。它的优势在于：

第一：它可以对地底密封的蓄电池进行修复，而不需要取出蓄电池；

第二：脉冲修复法要求的充电电压要求不高，在50V以上即可，路灯控制系统上的太阳能板可以满足这个条件；

第三：脉冲修复法修复的原理在于击穿大的硫酸铅结晶，使其可以再度呈现导电状态，所以修复程度很高，在60％以上。

本实用新型相比起市面上其他的独立修复脉冲修复仪，集成在路灯控制器上的修复模块有自己的一些特点：

a.智能化

通过检测蓄电池的损坏程度，自动选择开启修复，不需要手动开启。开启之后，随着修复的进行，脉冲的占空比是自动调整的，从而保证对蓄电池进行最有效修复。

b.效率高

普通的修复仪的脉冲频率在10KHZ左右，修复模块的脉冲频率是40KHZ，也就是以更快的速度去冲击晶体，再加上脉冲占空比自动调节，所以修复模块的修复速度和修复效率都高于普通修复仪。

总之，本实用新型解决了现有技术存在维护成本高、修复难的技术问题。

附图说明附图是本实用新型脉冲修复模块电路原理示意图。

图中1、光耦2、接太阳能电池板的正极3、蓄电池4、肖特基二极管5、MOS开关管6、接太阳能电池板负极7、开关电路的输入端8、开关电路的输出端9、推挽电路

具体实施方式根据附图，本实用新型它包括单片机和充电模块；单片机的接口上设有脉冲修复模块，脉冲修复模块是由开关电路的输入输出端7、8、光耦1、推挽电路9、MOS开关管5和肖特基二极管4组成，开关电路的输入、输出端7、8分别通过电阻R12、三极管和电阻R19、电阻R3与光耦1连接，开关电路的输出端8与推挽电路9的电阻R1和R18并联，推挽电路9通过电阻R5和R10与MOS开关管5连接，MOS开关管5通过导线与肖特基二极管4连接，肖特基二极管4的正极与蓄电池3的负极连接，蓄电池3的正极与太阳能电池板的正极2连接，肖特基二极管4的负极通过MOS开关管5和太阳能电池板负极6相连；开关电路的输入端由电阻R17、R21、R15、R20、R9、R12和三极管Q11、Q9组成，电阻R17、R21、R15、R20、R9并联，电阻R21与三极管Q11的基极连接，三极管Q11的集电极与电阻R15、R20连接，三极管Q11的发射极与三极管Q9的发射极和光耦连接，三极管Q9的基极与电阻R20连接，三极管Q9的集电极与电阻R9、电阻R12连接；开关电路的输出端由电阻R19、R3、R14、R13、R2和三极管Q10、Q3组成，电阻R19、R3、R14、R13、R2并联，电阻R14与三极管Q10的基极连接，三极管Q10的集电极与电阻R13连接，三极管Q10的发射极与三极管Q3的发射极和电阻R19连接，三极管Q3的基极与电阻R13连接，三极管Q3的集电极与电阻R2连接；推挽电路由电阻R1、R18和三极管Q1、Q5组成，三极管Q1、Q5的基极分别和电阻R1、R18的一端连接，三极管Q1、Q5的集电极分别和电阻R1、R18的另一端连接，三极管Q1、Q5的发射极分别和电阻R5连接。

本实用新型脉冲修复法的原理：既是按照原子物理学和固体物理学的原理，硫离子具有5个不同的能级状态，通常处于亚稳定能级状态的离子趋向与迁落到最稳定的共价键能级而存在。在最低能级(即共价键能级状态)，硫以包含8个原子的环形分子形式存在，这8个原子的环形分子模式是一种稳定的组合，难以被打碎，形成电池的不可逆硫酸盐化即硫化，多次发生这样的情况，就形成了一层类似于绝缘层一样的硫酸铅结晶，要打碎这些硫酸盐层的束缚，就要提升原子的能级到一定的程度，这时候在外层原子加带的电子被激活到下一个更高的能带，使原子之间解除束缚，每一个特定的能级都有唯一的谐振频率，必须提供给一些能量，才能够使的被激活得分子迁移到更高的能级状态，太低得能量无法达到跃迁所需要的能量要求，但是，过高的能量会使已经脱离了束缚而跃迁的原子处于不稳定状态，又回落到原来的能级，这样，必须通过多次谐振，使得其中一次脱离了束缚，达到最活跃的能级状态而又没有回落的原来的能级，这样，就转化为溶解于电解液的自由离子，而参与电化学反应，很高的电压可以实现，就是大电流高电压充电的方法，谐振也可以实现，就是脉冲谐波谐振的方法，从固体物理上来讲，任何绝缘层在足够高的电压下都可以击穿，一旦绝缘层被击穿，粗大的硫酸铅就会呈现导电状态，如果对高电阻率的绝缘施加瞬间的高电压，也可以击穿大的硫酸铅结晶，如果这个高电压足够短，并且进行限流，在打穿绝缘层的条件下，充电电流不大，也不至于形成大量析气，如果脉冲宽度足够短，占空比足够大，就可以在保证击穿粗大硫酸铅结晶的条件下，同时发生的微充电来不及形成析气，这样，实现了脉冲消除硫化。

Claims (4)

1.一种路灯控制器光伏电池修复装置，包括单片机和充电模块；其特征是单片机的接口上设有脉冲修复模块，所述脉冲修复模块是由开关电路的输入输出端、光耦、推挽电路、MOS开关管和肖特基二极管组成，开关电路的输入、输出端分别通过电阻R12、三极管和电阻R19、电阻R3与光耦连接，开关电路的输出端与推挽电路的电阻R1和R18并联，推挽电路通过电阻R5和R10与MOS开关管连接，MOS开关管通过导线与肖特基二极管连接，肖特基二极管的正极与蓄电池的负极连接，蓄电池的正极与太阳能电池板的正极连接，肖特基二极管的负极通过MOS开关管和太阳能电池板负极相连。

2.根据权利要求1所述的路灯控制器光伏电池修复装置，其特征是所述开关电路的输入端由电阻R17、R21、R15、R20、R9、R12和三极管Q11、Q9组成，电阻R17、R21、R15、R20、R9并联，电阻R21与三极管Q11的基极连接，三极管Q11的集电极与电阻R15、R20连接，三极管Q11的发射极与三极管Q9的发射极和光耦连接，三极管Q9的基极与电阻R20连接，三极管Q9的集电极与电阻R9、电阻R12连接。

3.根据权利要求1所述的路灯控制器光伏电池修复装置，其特征是所述开关电路的输出端由电阻R19、R3、R14、R13、R2和三极管Q10、Q3组成，电阻R19、R3、R14、R13、R2并联，电阻R14与三极管Q10的基极连接，三极管Q10的集电极与电阻R13连接，三极管Q10的发射极与三极管Q3的发射极和电阻R19连接，三极管Q3的基极与电阻R13连接，三极管Q3的集电极与电阻R2连接。

4.根据权利要求1所述的路灯控制器光伏电池修复装置，其特征是所述推挽电路由电阻R1、R18和三极管Q1、Q5组成，三极管Q1、Q5的基极分别和电阻R1、R18的一端连接，三极管Q1、Q5的集电极分别和电阻R1、R18的另一端连接，三极管Q1、Q5的发射极分别和电阻R5连接。

Images