CN202817131U

CN202817131U - Vrla在线维护监测仪

Info

Publication number: CN202817131U
Application number: CN2012204014033U
Authority: CN
Inventors: 林坤
Original assignee: SICHUAN KUN HE TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SICHUAN KUN HE TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-08-15
Filing date: 2012-08-15
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2022-08-15

Abstract

本实用新型涉及电池维护技术领域，提供了一种VRLA在线维护监测仪。其旨在在于提供一种电池维护装置，其包括MCU处理器、电压采集模块、用于对单个电池进行切换接入电压采集模块的多路差分选择串口、用于切换对单个电池进行放电的多路均衡电路、脉冲修复模块，MCU处理器连接多路差分选择串口为其提供多路差分控制信号，控制多个电池循环地单个接入电压采集模块，电压采集模块将采集到电压信号送给与其连接的MCU处理器，MCU处理器根据单个电池电压控制与其连接的多路均衡电路对高电压电池放电，MCU处理器连接的脉冲修复模块，为其提供PWM控制信号。本实用新型用于电池使用状态的实时监控和维护。

Description

VRLA在线维护监测仪

技术领域

本实用新型涉及电池维护技术领域，提供了VRLA在线维护监测仪。

背景技术

阀控式密封铅酸蓄电池(Valve Regulated Lead Acid Battery)简称VRLA蓄电池。法国普兰特于1859年发明了铅酸蓄电池以来，至今已经有100多年历史，它与其它电源一样，是一个电能与化学能互相转换的装置。其工艺易于掌握、原理清楚、工作温度范围广、廉价等特点一直获得广泛应用。随着科技蓬勃发展，到1983年美国GNB公司发明并生产了I型阴极吸收式密封铅酸蓄电池，1985年日本YUASA公司开始生产MSE系列大型阴极吸收式密封铅酸蓄电池，特别是阀控式密封铅酸VRLA蓄电池的问世解决了酸液和酸雾易于外溢的技术难题，使VRLA蓄电池能够与电子设备放在一起，应用领域更加广阔。1988年我国引进了美国GNB公司的技术，并在消化吸收后开始自主生产VRLA蓄电池。

近几年，节约资源和保护环境已成为我国的一项基本国策。铅酸蓄电池的大量使用也给环境带来了危害，通过使用我们的设备可以减少电池的使用量，并在发现坏电池的情况下进行单节更换，最大限度的减少铅酸电池的使用量，达到节能环保的目的。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种能够对电池情况进行实时监测，并对电池进行维护的一种VRLA在线维护监测仪。

本实用新型为了实现上述目的采用以下技术方案：

一种VRLA在线维护监测仪，其特征在于：包括MCU处理器、电压采集模块、用于对单个电池进行切换接入电压采集模块的多路差分选择串口、用于切换对单个电池进行放电的多路均衡电路、脉冲修复模块，所述MCU处理器连接多路差分选择串口为其提供多路差分控制信号，控制多个电池循环地单个接入电压采集模块，电压采集模块将采集到电压信号送给与其连接的MCU处理器，MCU处理器根据单个电池电压控制与其连接的多路均衡电路对电池放电，MCU处理器连接的脉冲修复模块，为其提供PWM控制信号，脉冲修复模块输入端与输出点均与电池组连接。

上述方案中，还包括均与MCU处理器连接的RS232串口、Flash存储器、用于检测环境温度的温度传感器、电流传感器、液晶显示器和声报警单元。

上述方案中，所述电压采集模块包括顺序连接的降压电路、差分放大器、信号调理单元，所述降压电路与多路差分选择串口连接，所述信号调理单元与MCU处理器连接。

上述方案中，所述脉冲修复模块包括顺序连接的储能模块、升压电路和脉冲修复驱动电路，所述储能模块和升压电路和脉冲修复驱动电路均与MCU处理器连接，接受MCU处理器发出的PWM控制信号的控制。

上述方案中，所述PWM控制信号频率为3kHz-8kHz。

本实用新型具有以下有益效果：

1）激励的电路是长期并联在电池两端工作的，能尽量减少电池极板上硫酸铅晶体的形成。在充放电过程中，极板上会形成不可还原的硫酸铅颗粒，在谐振脉冲长期高频共振的作用下，使附着在极板表面的硫酸铅颗粒处于共振状态，目的是减少大颗粒的形成，使硫酸铅最大限度的溶解到硫酸中。

2）电池的正常使用寿命是96个月，可是当浮充时电池会出现浮充电压不均衡的现象，长时间就会使电池出现过充电，轻者电池失水，重者电池损坏，长时间的过充导致某节电池在18到36个月就会出现损坏，最后导致整组电池的损坏现象。使用了本设备，电池处于浮充状态时，通过激励、均衡的长期不间断作用，可以使电池减缓电池容量的衰减速度，使电池达到正常的使用寿命。

3）产品采用单片机技术，不断扫描电池端电压，输出谐振脉冲，具有过压保护及过流保护功能。

4）电池管理器还设计有精确的电压检测及均衡电路，长期使用，可以明显改善电池组的电压和容量不均衡问题。

5）操作简便，对电池及充电设备无不良影响。设备不需要操作，由专业人员连接好后，直接放置在电池组的旁边，通过屏幕观察电池的情况，直接更换坏电池。

附图说明

图1为本实用新型的系统方框图。

具体实施方式

下面对本实用新型做进一步的说明：

一种VRLA在线维护监测仪，其特征在于：包括MCU处理器、电压采集模块、用于对单个电池进行切换接入电压采集模块的多路差分选择串口、用于切换对单个电池进行放电的多路均衡电路、脉冲修复模块，所述MCU处理器连接多路差分选择串口为其提供多路差分控制信号，控制多个电池循环地单个接入电压采集模块，电压采集模块将采集到电压信号送给与其连接的MCU处理器，MCU处理器根据单个电池电压控制与其连接的多路均衡电路对电池放电，MCU处理器为与其连接的脉冲修复模块提供PWM控制信号，脉冲修复模块输入端与输出点均与电池组连接。还包括均与MCU处理器连接的RS232串口、Flash存储器、用于检测环境温度的温度传感器、电流传感器和液晶显示器声报警单元。

本仪器可以实现对电池组浮充电压均衡的功能，此仪器每30秒钟对所有电池的电压进行一次巡检，然后立即计算当前的浮充电压的平均值，即总电压的1/12或1/24，某块电池浮充时的端电压大于总电压的平均值后，处理器发出指令使此电池开始以特定的微电流进行放电(经过实验论证,微电流放电对电池可以起到减少硫酸盐化)，分流放电后就可以使单节电池的浮充电压下降，当下降到平均值时，停止微电流放电，从而实现单节电池的端电压接近平均值；每30秒一次循环检测和放电，最终使各个单体电池高电压的下降，起到不被过充电的作用；高电压的下降后，低电压的电池两端电压会自然上升，减少充电不足的现象，从而减少了电池老化。

本仪器设备会采用脉冲修复模块不间断的给电池输入激励电流，将附着在电极板上的硫酸铅晶体产生最大限度的震动，使电池组在工作过程中，尽量减少硫酸盐化。同时也不间断的调整电池的浮充电压，让每节电池的浮充电压达到平均。如果在新电池上就加以维护，效果会更加显著。还能在放电过程中，通过电流，温度、电压的参数，来计算电池的容量，然后直观的显示在屏幕上。

在蓄电池使用过程中，电池组的放电总电压下降到1.8v*12=21.6v（12个电池串联）或1.8*24=43.2v（24个电池串联）时，整组电池组就不能使用了，当其中单个电池出现问题，会导致整体电池组放电时电压很快下降到21.6v或43.2v，从而使电池组很快就不能继续使用。一般电池的设计使用寿命在96个月，实际使用中在18至36个月后就会出现损坏，然后更换所有电池，这个本身是种浪费。安装上此仪器后，当电池组中出现某一块坏电池，只需更换一块电池而不用更换整组电池，新电池安装后仪器会自动调节其与整组电池的各项参数，使电池组正常使用，真正实现电池的单体更换。这样可避免整组更换蓄电池的浪费，减少了成本。当通过容量计算，电池组出现一块坏电池，就会直接在屏幕上显示某块电池已经损坏的提示。

本实用新型具有以下几大功能：

1、本仪器不仅具有脉冲修复、浮充电压均衡和单体电池端电压检测三大主要功能；另外，还具有LCD显示、Flash存储、环境温度检测、放电电流检测以及数据上传功能。

2、本仪器可以实现对电池组浮充电压均衡的功能，使各个单体电池在充电时的状态保持一致，从而使各个单体电池端电压趋于相同，确保各个单体电池不被过放电和过充电。

3、本仪器可以对电池组的每个单体电池的端电压进行电压检测，根据单体电池端电压值可以准确的判断其健康状态；本仪器采用差模的方式对单体电池端电压进行检测，这种方法和共模方式相比，采样精度和抗干扰能力都大大提高。

4、脉冲修复模块的电源来自电池组本身，无需外加电源即可完成；其流程为首先由电容进行储能，然后由升压模块进行升压，最后通过驱动电路以高压脉冲的形式施加到电池上；为了达到对不同大小的硫化颗粒都具有修复能力，脉冲修复频率设计为3kHz-8kHz。电池在长期浮充状态下会出现硫酸盐化现象，通过高频脉冲可以进行修复，起到修复和抑制电池硫化的作用。

5、本仪器采用性能稳定可靠的C8051F系列单片机作为微处理器，负责进行电池端电压检测、产生脉冲激励信号与均衡电池端电压的三个重要功能，并且根据需要对三个主要功能进行协调，达到最优化的工作状态。比如：在进行电池端电压检测时，均衡和脉冲修复功能被停止，这样可以减小干扰；当电池组放电时，立即停止均衡和脉冲修复功能。

6、本仪器在Flash中可以存储电池组的三个月的状态信息，通过这些数据可以直观的看出电池组和单体电池的变化情况及健康状态。并且可以通过RS232串口上传输到系统维护人员的电脑里，把数据做进一步的分析和查询。

7、本仪器采用LCD显示屏进行数据显示，客户可以直观的看到电池组的各种信息量（如：单体电池的端电压、单体电池的容量、环境温度、电池组放电电流等信息）。LCD显示屏为4行，每行20个字符，显示屏显示的内容如下表所示。

VRLA在线维护监测仪三大核心功能：

一、系统实时监测电池的端电压并存储到FLASH中，并实施进行分析测算。通过复杂的逻辑关系运算后（结合历次放电过程的端电压、电流、内阻、放电时间等），最后可以找出坏电池再进行更换。

测量端电压时，我们采用差模的方式进行检测单体电池端电压，电源采用隔离电源模块，这样就能把电池组中的高频干扰隔离开。

处理器同样采用两套系统，分别执行不同任务，使测量结果互不干扰。

FLASH存储器达到能储存3个月采集的数据，就像飞机里的黑匣子，随时记录储存。系统本身进行分析处理，还可以通过RS232口传输到系统维护人员的电脑里，把数据做进一步的分析和查询。也为远程上传(通过网络将系统采集来的数据上传到服务器，进行中心管理)作准备。

二、高频脉冲在线修复功能：电池在长期浮充状态下会出现硫酸盐化现象，通过脉冲修复，使电池劣化的过程达到最低。

三、电池组在浮充时电压必须均衡在2.2v，这样才能有效地减少硫酸盐化的进度，结合脉冲修复，从而最大限度的延长电池的寿命。

VRLA蓄电池组在线维护检测系统的其它功能详解：

1、实时监测每块电池的是否损坏并将劣化的电池编号直接显示在屏幕上；

2、通过对电池电压的测量，来计算电池的容量；

3、实时监测市电是否断开；

4、实时循环显示电池的电压区间；

5、检测电池端电压时，同时将每块电池的电压记录到Flash中；

6、Flash容量能存储3到6个月的数据；

7、具有电池容量计算及显示容量区间的功能；

8、具有检测环境温度及显示功能；

9、具有检测电池组放电电流和显示的功能；

10、具有RS232接口，并能通对此接口的调测，可接入动环，将数据传输到监控中心；

11、工作电压幅度广18V至36V都可以正常使用，系统不会因为电池过渡放电而停止工作。

Claims

1.一种VRLA在线维护监测仪，其特征在于：包括MCU处理器、电压采集模块、用于对单个电池进行切换接入电压采集模块的多路差分选择串口、用于切换对单个电池进行放电的多路均衡电路、脉冲修复模块，所述MCU处理器连接多路差分选择串口为其提供多路差分控制信号，控制多个电池循环地单个接入电压采集模块，电压采集模块将采集到电压信号送给与其连接的MCU处理器，MCU处理器根据单个电池电压控制与其连接的多路均衡电路对电池放电，MCU处理器连接的脉冲修复模块，为其提供PWM控制信号，脉冲修复模块输入端与输出点均与电池组连接。

2.根据权利要求1所述的一种VRLA在线维护监测仪，其特征在于：还包括均与MCU处理器连接的RS232串口、Flash存储器、用于检测环境温度的温度传感器、电流传感器、液晶显示器和声报警单元。

3.根据权利要求1所述的一种VRLA在线维护监测仪，其特征在于：所述电压采集模块包括顺序连接的降压电路、差分放大器、信号调理单元，所述降压电路与多路差分选择串口连接，所述信号调理单元与MCU处理器连接。

4.根据权利要求1所述的一种VRLA在线维护监测仪，其特征在于：所述脉冲修复模块包括顺序连接的储能模块、升压电路和脉冲修复驱动电路，所述储能模块和升压电路和脉冲修复驱动电路均与MCU处理器连接，接受MCU处理器发出的PWM控制信号的控制。

5.根据权利要求4所述的一种VRLA在线维护监测仪，其特征在于：所述PWM控制信号频率为3kHz-8kHz。