CN202395112U

CN202395112U - 基于硫化失效的铅酸蓄电池智能修复装置

Info

Publication number: CN202395112U
Application number: CN2011205241773U
Authority: CN
Inventors: 陈溪金; 何其敏
Original assignee: HANGZHOU TAIDING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HANGZHOU TAIDING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2021-12-15

Abstract

本实用新型涉及一种基于硫化失效的铅酸蓄电池智能修复装置。该修复装置与待修复电池相连，包括电压采集模块、电流采集模块、微处理器、A/D模数转换模块、D/A数模转换模块、充电电流/电压控制模块、充电功率模块、放电电流控制模块、放电功率模块、操作模块、显示模块、存储模块。本实用新型通过智能软件对电池容量进行精确测试和充电，可以对铅酸蓄电池硫化程度的自动检测；通过对电池硫化程度进行逻辑判断，可以对因硫化失效的铅酸蓄电池智能修复；通过模块化控制，可以对充放电和修复路数进行随机组合，能满足不同用户的个性化需求。

Description

基于硫化失效的铅酸蓄电池智能修复装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于硫化失效的铅酸蓄电池智能修复装置。

背景技术

铅酸蓄电池一直是化学能源的行业龙头，迄今占据市场电池总功率的95%以上。但铅酸蓄电池存在使用寿命短这一致命弱点，而硫酸铅结晶盐化（常称为硫化）和活性物质浆化则是导致这一致命弱点的主要原因。其中，因硫酸铅结晶盐化而使寿命缩短的占了80%以上，业内甚至将之称为“铅蓄电池癌症”。但对于这一故障，可以通过去硫化的方法来实现一定程度修复，而对于活性物质浆化以及电池短路和断路这类硬故障则是无法修复的。

我国是铅蓄电池生产大国，生产总功率数约占全球2/3，08年国内工业产值超过1000亿元，预测今后若干年仍以大于14%的速率增长。铅蓄电池的寿命，按使用类型一般为: UPS电池3-5年，起动电池2-3年，电动车电池1年。电池寿命终止的主要原因，是极板形成硫酸铅结晶，传统理论认为结晶不可逆转，被称之铅蓄电池的癌症，因此电池寿命终止后作为废弃物资处理。

废弃电池的作价，行业惯例一般按市场铅价的50%称重收购。例如当市场铅价为每吨1.5万元时，废弃电池作价为每吨7500元。现常规工业处理途径:破解废弃电池，分离出铅和塑料两大基材后，分别回炉处理制成二次冶炼铅和二次翻新塑料，缺点为1. 经济价值低，2.耗能高，3污染大。

目前市场上去硫化的常用方法是先加入稀酸或修复液、然后通过放电和充电来实现修复。其中，充电的方法采用大电流激活、负脉冲激活和小电流长时间充电。由于这种方法缺乏对失效电池的硫化或活性物质浆化作个性化检测，因而未从根本上解决硫酸铅结晶盐化问题，结果造成所修复的电池容量衰减速度快，再生使用寿命短。据统计，按标称容量的80%为衡量标准，此方法修复成功率远低于20%。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种基于硫化失效的铅酸蓄电池智能修复装置的技术方案。

所述的基于硫化失效的铅酸蓄电池智能修复装置，该修复装置与待修复电池相连，其特征在于包括电压采集模块、电流采集模块、微处理器、A/D模数转换模块、D/A数模转换模块、充电电流/电压控制模块、充电功率模块、放电电流控制模块、放电功率模块、操作模块、显示模块、存储模块，电压采集模块输入端和电流采集模块输入端分别与待修复电池相连，电压采集模块输出端和电流采集模块输出端分别与A/D模数转换模块输入端、充电电流/电压控制模块输入端相连，且电流采集模块输出端还与放电电流控制模块输入端相连；所述的A/D模数转换模块输出端与微处理器相连，D/A数模转换模块输入端与微处理器相连，D/A数模转换模块输出端分别与充电电流/电压控制模块输入端、放电电流控制模块输入端相连；所述的充电电流/电压控制模块输出端与充电功率模块相连，放电电流控制模块输出端与放电功率模块相连，充电电流/电压控制模块输出端、放电电流控制模块输出端分别与待修复电池相连；微处理器上还连接设置操作模块、显示模块和存储模块。

所述的基于硫化失效的铅酸蓄电池智能修复装置，其特征在于所述的微处理器经三极管Q1与充电电流/电压控制模块相连，微处理器经三极管Q3与放电电流控制模块相连，充电电流/电压控制模块经三极管Q2与待修复电池相连。

所述的基于硫化失效的铅酸蓄电池智能修复装置，其特征在于所述的电压采集模块由低漂移的差分运放组成，待修复电池的电压经差分降压电路处理后输入A/D模数转换模块和充电电流/电压控制模块；电流采集模块由低漂移的差分运放组成差分放大电路，待修复电池的电流经差分放大电路处理后输入A/D模数转换模块、充电电流/电压控制模块和放电电流控制模块。

所述的基于硫化失效的铅酸蓄电池智能修复装置，其特征在于所述的A/D模数转换模块主要由串行A/D集成电路TLC2543构成，A/D模数转换模块将电压采集模块采集到的电压模拟信号和电流采集模块采集到的电流模拟信号实时转换为数字信号，并输入至微处理器；所述的D/A数模转换模块主要由串行D/A集成电路TLC5620构成，D/A数模转换模块将由微处理器发出的数字的电压或电流信号实时转换为模拟信号，并输入至充电电流/电压控制模块、放电电流控制模块。

所述的基于硫化失效的铅酸蓄电池智能修复装置，其特征在于所述的微处理器模块由51系列单片机组成，通过A/D模数转换模块将所采集到的待修复电池实时数据进行智能分析，输出充放电及修复所需要的电流和电压数字信号及逻辑指令；通过D/A数模转换电路，将数字信号转换成充放电及修复所需的电流和电压模拟信号，经充电电流/电压控制模块、充电功率模块、放电电流控制模块、放电功率模块对待修复电池进行充放电和修复。

本实用新型通过自动检测电池的硫化程度，对硫化的铅酸蓄电池进行个性化全面修复，使硫酸铅结晶（硫化）去除达到90%以上。只要是硫酸铅结晶盐化，都能恢复电池容量。经用户使用，电池修复率达到90%以上，并且从根本上去除了硫化；经用户进行循环检测，失效电池采用本实用新型的智能修复设备修复后，使用寿命还能达到80%以上。

只要废旧电池的外观不破损不变形，没有硬故障，大部分铅蓄电池都可恢复容量，重新投入使用。因经本实用新型恢复容量的电池二次寿命较理想，配合电池外观翻新完全可作为商品，工业效益显著，可实现1-2倍的增值，耗时仅需1-3天。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图中：1-电压采集模块，2-电流采集模块，3-待修复电池，4- A/D模数转换模块，5-操作模块，6-存储模块，7-微处理器，8- D/A数模转换模块，9-显示模块，10-充电电流/电压控制模块，11-充电功率模块，12-放电电流控制模块，13-放电功率模块。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型做进一步说明：

基于硫化失效的铅酸蓄电池智能修复装置，该修复装置与待修复电池3相连，包括电压采集模块1、电流采集模块2、微处理器7、A/D模数转换模块4、D/A数模转换模块8、充电电流/电压控制模块10、充电功率模块11、放电电流控制模块12、放电功率模块13、操作模块5、显示模块9、存储模块6，其中，电压采集模块1输入端和电流采集模块2输入端分别与待修复电池3相连，电压采集模块1输出端和电流采集模块2输出端分别与A/D模数转换模块4输入端、充电电流/电压控制模块10输入端相连，且电流采集模块2输出端还与放电电流控制模块12输入端相连；所述的A/D模数转换模块4输出端与微处理器7相连，D/A数模转换模块8输入端与微处理器7相连，D/A数模转换模块8输出端分别与充电电流/电压控制模块10输入端、放电电流控制模块12输入端相连；所述的充电电流/电压控制模块10输出端与充电功率模块11相连，放电电流控制模块12输出端与放电功率模块13相连，充电电流/电压控制模块10输出端、放电电流控制模块12输出端分别与待修复电池3相连；微处理器7上还连接设置操作模块5、显示模块9和存储模块6；微处理器7经三极管Q1与充电电流/电压控制模块10相连，微处理器7经三极管Q3与放电电流控制模块12相连，充电电流/电压控制模块10经三极管Q2与待修复电池3相连。

本实用新型的微处理器7采用智能程序实现对电池的充放电和智能修复。微处理器7存有各种规格的针对不同硫化程度电池的充放电及修复方法，首先通过电压采集模块1、电流采集模块2和A/D模数转换模块4实时将待修复电池3的电流和电压输入到微处理器7，微处理器7按用户从操作模块5输入的命令来确定电池规格、充电、放电及修复的要求，自动选择充/放电和修复的程序，确定充/放电和修复时间及电流/电压的大小，并通过显示电路实时显示电流、电压和时间。微处理器7将充放电和修复的电流、电压控制值通过数据线传输到D/A数模转换模块8，D/A数模转换模块8将微处理器7输出的电流/电压的数字信号转换成对应的模拟信号输入到充电电流/电压控制模块10和放电电流控制模块12来确定充放电修复电流、电压的大小及修复的时间，经充放电功率模块13实现对待修复电池3的充放电和修复。整个过程微处理器7都实时跟踪电池的电压，根据电池实时状态微处理器7实时判断电池的特性，自动调节充放电及修复的电流，来实现电池智能充放电和修复的目的。

各模块的组成及其相应功能如下：

（1）微处理器7：微处理器7（包括软件）是本设备的核心，它主要由51系列单片机组成，其主要功能包括：①通过A/D模数转换模块4将所采集到的电池实时数据进行智能分析，输出充放电及修复所需要的电流和电压数字信号及逻辑指令；②通过D/A数模转换模块8，将数字信号转换成充放电及修复所需的电流和电压模拟信号，经充电电流/电压控制模块10、充电功率模块11、放电电流控制模块12、放电功率模块13对电池进行充放电和修复；③把需要显示的电流、电压和工作时间输入到显示模块9显示出来。

（2）A/D模数转换模块4：本模块主要由串行A/D集成电路TLC2543构成。因本设备需要采集多个模拟信号而微处理器7输入/输出端口不足，因此采用了有多个模拟信号输入且与微处理器7接口线较少的串行A/D转换集成电路TLC2543，从而有效解决了单块集成电路采集多个模拟信号而不需占用过多输入/输出端口这一技术难点。本模块主要功能是将由电压采集模块1、电流采集模块2采集到的电流/电压模拟信号实时转换为数字信号，输入到微处理器7。

（3）D/A数模转换模块8：本模块主要由串行D/A集成电路TLC5620构成。考虑到需要同时将多个数字信号转换为模拟控制信号而微处理器7输入/输出端口不足这一问题，本设备采用了有多个模拟信号输出且与微处理器7接口线较少的串行D/A转换集成电路TLC5620，解决了用单块集成输出多个模拟控制信号且占用较少的微处理器7输入/输出端口的技术难点。本模块主要功能是将由微处理器7发出的数字的电压/电流信号实时转换为模拟控制信号，并由模拟控制信号控制充放电和修复的电流/电压的大小。

（4）电压采集模块1：本模块由低漂移的差分运放组成，其主要功能是将电池电压经差分降压电路来满足A/D允许输入的电压范围，以提高所采集的电压/电流的准确性。

（5）电流采集模块2：本模块由低漂移的差分运放组成，其主要包括差分放大电路，其主要功能是由分流器实时采集到的充放电及修复电流经差分放大，输入到A/D转换器,并通过调节放大倍数满足A/D允许的电压范围。

（6）充电电流/电压控制模块10、充电功率模块11：这两个模块主要由高输入阻抗的运放、三极管及功率三极管组成，按充电电流必须恒流的特性来设计。其主要特点包括：①微处理器7经智能判断输出充电电流和电压值，由D/A转换成对应的电流电压控制信号，经运放与实时采集到的电池电流/电压信号进行比较，输出实际电流/电压的控制信号，并通过三极管驱动电路、驱动充电功率模块11输出电池修复所需的电流和电压值；当充电电流和电压与微处理器7要求输出的充电电流和电压值不符时，由高输入阻抗的运放构成的充电电流/电压控制电路（比较器）自动调节驱动三极管基极的控制信号，来保证充电电流恒定，通过这样来实现充电电流电压的有效控制；②通过三极管Q1控制来实现电池充电的开关控制；三极管Q1的集电极连到驱动三极管的基极，当三极管Q1导通时，控制驱动三极管的基极电压几乎为零，这样就实现了充电开关的控制；三极管Q1的控制信号由微处理器7按修复的需要输出；③通过三极管Q2实现对设备的保护，三极管Q2的集电极连到驱动三极管的基极，当用户不小心电池接反时，三极管Q2自动导通，将驱动三极管的基极电压控制在零伏以下，这样就限制了对电池的充电，保护了充电功率模块11，实现保护设备的目的。

（7）放电电流控制模块12、放电功率模块13：这两个模块主要由两个高输入阻抗的运放、三极管及功率三极管组成，放电电路也是按恒流的特性来设计的。其主要特点包括：①微处理器7经智能判断按要求输出放电电流值，由D/A转换成对应的电流控制信号；从电流采集模块2采集到的实时电流信号，由于是放电电流，采集到的是负信号，这个负信号必须经放电流控制电路其中的一个运放进行倒相，转换成正信号，与微处理器7输出的控制信号经后级运放进行比较，输出实际放电电流的控制信号，通过三极管驱动电路、驱动放电功率模块13输出电池放电的电流值；当放电电流与微处理器7要求输出的放电电流值不符时，由高输入阻抗的运放构成的放电电流控制电路（比较器）自动调节驱动三极管基极的控制信号，来保证放电电流的恒定；②通过三极管Q3控制来实现电池放电的开关控制；三极管Q3的集电极连到放电驱动三极管的基极，当三极管Q3导通时，控制放电驱动三极管的基极电压几乎为零，这样就实现了放电开关的控制；三极管Q3的控制信号由微处理器7根据对电池的放电程序按要求输出。

（8）存储模块6：主要用于防止停电带来的充放电及修复的不连续性，它随时记录整个过程进入到那一步，是什么状态，这样保证了整个充放电和修复的连续性。

（9）操作模块5：主要实现人机对话，通过操作键来选择需充放电和修复电池的规格，并通过操作键起动/停止电池的充放电和修复。

（10）显示模块9：主要由数码管组成，实时显示电池电压、充放电和修复的电流及工作时间。

本实用新型的铅酸蓄电池智能修复装置充放电及修复都是通过微处理器7根据电池的实时特性来进行控制的，因此本实用新型设备在充电时不会造成过充或欠充，放电时不会过放，修复时能使硫酸铅结晶（硫化）去除达到90%以上，使失效电池寿命还能达到80%以上。

本实用新型主要功能：（1）通过智能软件对电池容量进行精确测试和充电，可以对铅酸蓄电池硫化程度的自动检测；（2）通过对电池硫化程度进行逻辑判断，可以对因硫化失效的铅酸蓄电池智能修复；（3）通过模块化控制，可以对充放电和修复路数进行随机组合，能满足不同用户的个性化需求。

本实用新型主要特点：（1）主要针对硫酸铅结晶盐化而失效的铅酸蓄电池；（2）可从根本解决硫酸铅结晶盐化问题；（3）修复成本低、修复成功率高，可大幅度延长电池使用寿命；（4）设备性能可靠、操作简便。

据统计，我国用铅量的70-80%是用于制造铅蓄电池，每年至少消耗200-300万吨铅。仅以电动车电池一项为例，08年用铅量已超过50万吨，如果在本实用新型得到50%实施，相当于少耗费铅资源25万吨，实现二次增值50-60亿元。

Claims

1.基于硫化失效的铅酸蓄电池智能修复装置，该修复装置与待修复电池相连，其特征在于包括电压采集模块、电流采集模块、微处理器、A/D模数转换模块、D/A数模转换模块、充电电流/电压控制模块、充电功率模块、放电电流控制模块、放电功率模块、操作模块、显示模块、存储模块，电压采集模块输入端和电流采集模块输入端分别与待修复电池相连，电压采集模块输出端和电流采集模块输出端分别与A/D模数转换模块输入端、充电电流/电压控制模块输入端相连，且电流采集模块输出端还与放电电流控制模块输入端相连；所述的A/D模数转换模块输出端与微处理器相连，D/A数模转换模块输入端与微处理器相连，D/A数模转换模块输出端分别与充电电流/电压控制模块输入端、放电电流控制模块输入端相连；所述的充电电流/电压控制模块输出端与充电功率模块相连，放电电流控制模块输出端与放电功率模块相连，充电电流/电压控制模块输出端、放电电流控制模块输出端分别与待修复电池相连；微处理器上还连接设置操作模块、显示模块和存储模块。

2.根据权利要求1所述的基于硫化失效的铅酸蓄电池智能修复装置，其特征在于所述的微处理器经三极管Q1与充电电流/电压控制模块相连，微处理器经三极管Q3与放电电流控制模块相连，充电电流/电压控制模块经三极管Q2与待修复电池相连。

3.根据权利要求1所述的基于硫化失效的铅酸蓄电池智能修复装置，其特征在于所述的电压采集模块由低漂移的差分运放组成，待修复电池的电压经差分降压电路处理后输入A/D模数转换模块和充电电流/电压控制模块；电流采集模块由低漂移的差分运放组成差分放大电路，待修复电池的电流经差分放大电路处理后输入A/D模数转换模块、充电电流/电压控制模块和放电电流控制模块。

4.根据权利要求1所述的基于硫化失效的铅酸蓄电池智能修复装置，其特征在于所述的A/D模数转换模块主要由串行A/D集成电路TLC2543构成，A/D模数转换模块将电压采集模块采集到的电压模拟信号和电流采集模块采集到的电流模拟信号实时转换为数字信号，并输入至微处理器；所述的D/A数模转换模块主要由串行D/A集成电路TLC5620构成，D/A数模转换模块将由微处理器发出的数字的电压或电流信号实时转换为模拟信号，并输入至充电电流/电压控制模块、放电电流控制模块。

5.根据权利要求1所述的基于硫化失效的铅酸蓄电池智能修复装置，其特征在于所述的微处理器模块由51系列单片机组成，通过A/D模数转换模块将所采集到的待修复电池实时数据进行智能分析，输出充放电及修复所需要的电流和电压数字信号及逻辑指令；通过D/A数模转换电路，将数字信号转换成充放电及修复所需的电流和电压模拟信号，经充电电流/电压控制模块、充电功率模块、放电电流控制模块、放电功率模块对待修复电池进行充放电和修复。