CN204315686U - 蓄电池在线维护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种蓄电池在线维护系统，包括：电源及变压器；多个维护模块，多个维护模块与蓄电池组和变压器相连，多个维护模块根据接收到的脉冲信号向蓄电池组输出小电流复合谐波脉冲以对蓄电池进行除硫维护；控制芯片，控制芯片与多个维护模块相连，向多个维护模块输出脉冲信号。本实用新型实施例的维护系统，通过根据接收到的脉冲信号向蓄电池组输出小电流复合谐波脉冲以对蓄电池进行除硫维护，有效恢复电池容量，实现蓄电池的在线维护。

Description

蓄电池在线维护系统

技术领域

本实用新型涉及蓄电池技术领域，特别涉及一种蓄电池在线维护系统。

背景技术

铅酸蓄电池放电以后，负极板的铅和正极板的氧化铅转换为硫酸铅，充电时很容易还原成铅(和氧化铅)。但如果频繁停电而没有及时充电或者长时间欠充电或受气候环境外在影响及蓄电池本身因素影响，这些硫酸铅晶体就会在电池极板内部逐步聚积而形成坚硬粗大的硫酸铅结晶，堵塞了负极板海绵状Pb微孔，阻碍电能、化学能的互相转换，采用普通的充电方式是无法恢复的，所以称为不可逆硫酸铅盐化，简称硫化。

相关技术中，铅酸蓄电池的维护方法主要采用两种电子脉冲共振技术：电压型共振技术和电流型共振技术。其中，电压型共振技术产生脉冲方式的技术含量较低，所供给的能量无法完全兼顾和满足所有串联工作的电池，不能使其所有的单体电池都获得均等的能量，通常对电池组两端的几只单体电池有一定的维护效果，但对其余的单体电池不明显，不能最有效地改善蓄电池组的均衡特性，影响整组电池容量的恢复。并且，电流型共振技术产生脉冲方式的技术含量较高，在管理相应容量的电池组时，所供给的能量完全能兼顾和满足所有串联工作的各单体电池，使其都能获得均等的能量，有效改善蓄电池组均衡特性，能最大恢复整组蓄电池容量，然而在电流型共振技术中，大电流充电法消除硫化只可以获得暂时的效果，并且会在消除硫化的过程中带来加重失水和正极板软化问题，导致耗能较大，难以起到延长电池寿命的作用。而负脉冲充电法对消除极板硫化修复率较低，耗能较大。高频脉冲波充电法使硫酸铅结晶体重新转化为细结晶体，使其能正常参与充放电化学反应，修复率较负脉冲充电法效果好，但充电时间长，工作效率低，耗能较大，电池硫化严重时效果不佳。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。

为此，本实用新型的目的在于提出一种节能、高效、彻底的蓄电池在线维护系统。

为达到上述目的，本实用新型提出了一种蓄电池在线维护系统，包括：电源及变压器；多个维护模块，所述多个维护模块与蓄电池组和所述变压器相连，所述多个维护模块根据接收到的脉冲信号向所述蓄电池组输出小电流复合谐波脉冲以对所述蓄电池进行除硫维护；以及控制芯片，所述控制芯片与所述多个维护模块相连，向所述多个维护模块输出所述脉冲信号。

根据本实用新型提出的蓄电池在线维护系统，通过根据接收到的脉冲信号向蓄电池组输出小电流复合谐波脉冲以对蓄电池进行除硫维护，合理地控制充电脉冲频率与谐波波形，利用脉冲充电中的不同频率与谐波波形对硫酸铅粗晶粒形成谐振，从而击碎晶粒，协助电化学还原反应，消除电池硫化，不但对电池损伤小，修复效率高，而且长期在线7×24小时实时工作方式，与蓄电池长期连接使用，不用拆卸蓄电池，减少对蓄电池日常的维护保养工作量，有效恢复电池容量。

进一步地，上述系统还包括：芯片供电电路，所述芯片供电电路与所述变压器和所述控制芯片相连，用于为所述控制芯片供电。

进一步地，上述系统还包括：检测模块，所述检测模块分别与所述蓄电池组和所述控制芯片相连，用于检测蓄电池组中蓄电池的内阻变化状态，并反馈至所述控制芯片。

进一步地，上述系统还包括：多个工作状态指示灯，分别与所述多个维护模块相连。

进一步地，上述系统还包括：过欠压电源保护模块，所述过欠压电源保护模块连接在所述电源和变压器之间。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本实用新型实施例的蓄电池在线维护系统的结构示意图；

图2为根据本实用新型一个实施例的复合谐波脉冲示意图；

图3为根据本实用新型一个实施例的蓄电池在线维护系统的工作示意图；

图4为根据本实用新型一个实施例的蓄电池在线维护系统的原理结构示意图；以及

图5为根据本实用新型一个实施例的蓄电池在线维护系统的智能管理结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在描述根据本实用新型实施例提出的蓄电池的在线维护系统之前，先来简单描述一下相关技术中的铅酸蓄电池的维护方法。

目前，国内外同类产品及大都采用一个模块设备管理1组或2组电池，即所谓的一(个模块)拖二(组电池)，不但效率较差，而且因受技术瓶颈制约追求低成本。

具体地，相关技术具有以下优点：①输出真正意义的KHz量级的脉冲电流，其强度为0.01C～0.05C智能可调；②对于3000AH以下的电池除流效率高；③采用低纹波输出设计技术来实现在电池任何状态下的低纹波输出，不损伤电池极板，对不常工作的电池有很好保养作用，且耗能较低；④在脉冲频率与谐波波形等谐振技术要求较高的情况下，已实现该技术系统低成本化的智能化设计。⑤《电流型设计技术》输出的是真正意义的脉冲电流，相对与《电压型设计技术》，《电流型设计技术》解决了后者存在的问题：即后者因存在对整组电池中的单体电池状态要求较高，整组电池中不能出现单只电池或多只电池有缺液或极板软化问题，否则会影响其他硫化电池容量的恢复。⑥采用有源电流型复合谐波脉冲共振技术，无论电池已属浅度纯硫化或是已属深度纯硫化问题，且在电池未有失水或其他物理性问题的情况下，该方法能最大限度的有效恢复电池的容量。

然而，相关技术中的铅酸蓄电池的维护方法主要采用电子脉冲共振技术依然存在背景技术中所述缺点，有待改进。

本实用新型正是基于上述问题，而提出了一种蓄电池的在线维护系统。

下面参照附图描述根据本实用新型实施例提出的蓄电池在线维护系统。参照图1所示，该维护系统10应用在蓄电池组100上，其包括：电源200、变压器300、多个维护模块400和控制芯片500。

其中，多个维护模块400与蓄电池组100和变压器300相连，多个维护模块400根据接收到的脉冲信号向蓄电池组100输出小电流复合谐波脉冲以对蓄电池进行除硫维护。控制芯片500与多个维护模块400相连，向多个维护模块400输出脉冲信号。本实用新型实施例采用模块化多电路工作模式，具体地采用电流复合谐波脉冲长期在线清除电池极板内部硫酸铅结晶的方法，有效恢复电池容量。

本实用新型实施例适用于大容量密封式铅酸蓄电池、阀控式铅酸蓄电池、胶体电池、干荷式铅酸蓄电池及纯铅卷绕蓄电池等各种蓄电池，可对蓄电池组进行在线检测与维护。本实用新型实施例主要用于电力系统，通讯系统，电源系统包括UPS(Uninterruptible Power Supply，不间断电源)电源系统，EPS(Emergency Power Supply，紧急电力供给)电源系统，开关电源系统，船舶电源系统，车载通信电源系统，电力操作电源系统及屏蔽门电源系统等。

具体地，参照图2所示，在本实用新型的一个实施例中，本实用新型实施例的维护系统10特定频率的脉冲充电对硫酸铅结晶体有破坏作用，可将大块不可逆硫酸铅击碎，从而形成的活性物结晶细小、孔率高，具有很好的充放电特性，不易产生不可逆的硫酸盐化。其中，复合谐波脉冲共振技术是运用复合(谐波)脉冲电压冲击硫酸铅粗晶粒，从而干扰其存在和生长，实现把蓄电池硫化的“不可逆”变成“可逆”，且基本上不会损伤电池极板。进一步地，由于任何晶体在分子结构确定以后都有其较固定的谐振频率，并且频率与晶体本身的尺寸和质量有关，晶体的尺寸和质量越大，谐振频率越低，反之越高。因此，如果采用前沿陡峭的脉冲，利用傅立叶级数进行频率分析，可以知道脉冲会产生丰富的谐波成份，其低频部分振幅大，有可能使大硫酸铅晶粒获得共振能量；高频部分振幅小，有可能使小硫酸铅晶粒获得共振能量。正确选取或变换脉冲频率，适当控制脉冲电流值，以较小的电流密度对正电极充电，就可能使大小硫酸铅晶粒都活跃起来，有效地解决极板硫化问题。

简言之，蓄电池中大小尺寸不等的硫酸铅结晶体具有的共振频率是不同的，维护系统10工作时，会持续输出具有特定频率、幅度的脉冲电流，对应蓄电池中大小尺寸不等的铅酸结晶体，使其脉冲频率与硫酸铅结晶体固有谐振频率产生共振，当能量足够时，硫酸铅结晶体被“击碎”、“分解”并溶解于硫酸电解液,重新参与化学反应。脉冲共振技术充分考虑到了硫酸铅结晶体固有谐振频率与极板固有谐振频率的不一致，并选用了最佳的脉冲波形频率及脉冲电流强度，既能“击碎”、“分解”硫酸铅结晶体，保证对已硫化蓄电池的最佳修复效果，又不损伤极板。

进一步地，模块化多电路工作模式：根据蓄电池组单体串联工作原理，在系统设备输出纹波干扰问题得到有效解决(<100mv)的前提下，采用技术含量较高的多电路维护模块化工作模式设计，例如每套设备内含4个独立工作模块，相当于4套维护设备，每一个模块管理6只2V或1只12V电池，保证了较高(>95％)的除硫效率，对单体电池的维护也更均匀、充分、细致、彻底。

在本实用新型的一个实施例中，参照图3所示，以每套设备内含4个独立工作模块为例，本实用新型实施例的维护系统10为电源200如220V交流电源输入供电，同时输出四路均衡维护蓄电池组100，通过五根输出线分别连接到蓄电池组100的正负极，每路可维护12V电池，共计48V。四路脉冲输出端包括正输出端和负输出端，被维护的蓄电池组100分四小组蓄电池串联而成，正输出端与负输出端分别按顺序与四小组蓄电池相连，即第一路的正输出端连接第一小组蓄电池的正极，第二路的正输出端与第一路的负输出端相连，连接第二小组蓄电池的正极和第一小组蓄电池的负极，以此类推，直至第四路负输出端与第四小组蓄电池的负极相连，并且最后整组蓄电池与负载20如系统负载并联，通过空开30控制电池输出，保证操作的安全性。

进一步地，在本实用新型的一个实施例中，参照图4所示，本实用新型实施例的维护系统100还包括：芯片供电电路600。其中，芯片供电电路600与变压器300和控制芯片500相连，用于为控制芯片500供电。

进一步地，在本实用新型的一个具体实施例中，参照图4所示，本实用新型实施例的维护系统100还包括：过欠压电源保护模块700。其中，过欠压电源保护模块700连接在电源200和变压器300之间。

进一步地，在本实用新型的一个具体实施例中，参照图5所示，本实用新型实施例的维护系统100还包括：检测模块800。检测模块800分别与蓄电池组100和控制芯片500(图5中未标示)相连，检测模块800用于检测蓄电池组100中蓄电池(如图中第一小组蓄电池401、第二小组蓄电池402、第三小组蓄电池403和第四小组蓄电池404所示)的内阻变化状态，并反馈至控制芯片500(图5中未标示)。

进一步地，在本实用新型的一个实施例中，参照图5所示，本实用新型实施例的维护系统100还包括：多个工作状态指示灯900(如图中工作状态指示灯1#、工作状态指示灯2#、工作状态指示灯3#和工作状态指示灯4#所示)。其中，多个工作状态指示灯900分别与多个维护模块400(如图中维护模块1#、维护模块2#、维护模块3#和维护模块4#所示)相连。

具体地，在本实用新型的一个实施例中，本实用新型实施例的维护系统10主要由过欠压保护模块700如防雷型过欠压保护模块、变压器300、脉冲输出控制板(相当于图5中所示的管理模块1000)、多个工作状态指示灯900、外部输入保护电路等组成。

其中，参照图4所示，变压器700将输入电源变换后为内部电路供电，控制芯片500输出脉冲波形，脉冲信号输入到计数器(图中未标示)，控制输出四路信号，通过光耦传输到每路输出电路(相当于多个维护模块400)，经过整流滤波后输出小电流复合谐波脉冲对蓄电池组100进行除硫维护。同时，参照图5所示，检测模块800对电池的不同内阻变化状态进行判别，从而获取相关数据，该数据由管理模块1000通过控制维护模块的状态(如调整脉冲电流输出强度)，从而实现除硫维护的智能操作。维护模块同时为工作指示灯供电，工作正常时维护模块对应的指示灯为持续亮的状态。

对于较新(0-2年)电池，本实用新型实施例的维护系统10能使电池一直保持在最佳容量工作状态，并能有效阻止和延缓电池的劣化，使电池一直保持全新的低内阻、无硫化状态，可使用至电池设计寿命。对于旧电池(3年～6年)，可减少甚至消除硫化，提升电池的容量，延长电池放电时长及使用寿命。因此，本实用新型实施例的维护系统10对电池维护后，能够节约更换电池的成本，节约维护保养成本，并且有效替代大量人工维护工作，使电池组整体放电性能达到最大程度的提高，对于大量不常停电的站点电池及分散而偏僻的站点电池的例行维护更是效用显著，以及提高系统安全和工作效率，降低蓄电池的内阻，控制电解液消耗，降低失水机率，杜绝因蓄电池结晶硫化而导致的电池使用效率降低。另外，保持蓄电池最佳容量，提高蓄电池性能及备用供电系统的稳定性、可靠性及安全性；提高工作效率，避免因蓄电池性能降低以致耽误了蓄电池最佳状态所带来的效益，节能减排与绿色环保效益，随着铅酸蓄电池硫化现象的加重，蓄电池的内阻升高，每次充电的时间延长,电池再充电间隔时间缩短，不可避免的造成电力能源消耗增加。废旧铅酸蓄电池内含有大量的重金属铅以及废酸等电解质溶液，铅酸蓄电池废弃后如处理不当会对环境产生有不同程度的危害进而影响到人体健康，使用本实用新型实施例的维护系统10后提高了蓄电池的使用寿命，同时减少废弃电池60％以上，更加减少了因电池报废而造成的对环境的污染，在创造了经济效益的同时也创造了可观的社会效益。

进一步地，本实用新型实施例的维护系统10采用“电流型+多路维护”系统，小电流复合谐波脉冲共振技术，对电池损伤小，修复效率高。多路维护，更彻底有效的消除电池硫化，并且长期在线7×24小时实时工作方式，与蓄电池长期连接使用，不用拆卸蓄电池，减少对蓄电池日常的维护保养工作量。另外，本实用新型实施例的维护系统10体积小、重量轻、抗低温、耐高温、抗震、安装方便(壁挂式安装)、安全可靠。提高电池的防冻能力、改善电解液的比重、降低失水机率、彻底消除并防止未来的硫酸盐化。

根据本实用新型实施例提出的蓄电池在线维护系统，通过根据接收到的脉冲信号向蓄电池组输出小电流复合谐波脉冲以对蓄电池进行除硫维护，合理地控制充电脉冲频率与谐波波形，利用脉冲充电中的不同频率与谐波波形对硫酸铅粗晶粒形成谐振，从而击碎晶粒，协助电化学还原反应，消除电池硫化，不但对电池损伤小，修复效率高，而且长期在线7×24小时实时工作方式，与蓄电池长期连接使用，不用拆卸蓄电池，减少对蓄电池日常的维护保养工作量，有效恢复电池容量。

应当理解，本实用新型的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种蓄电池在线维护系统，其特征在于，包括：

电源及变压器；

多个维护模块，所述多个维护模块与蓄电池组和所述变压器相连，所述多个维护模块根据接收到的脉冲信号向所述蓄电池组输出小电流复合谐波脉冲以对所述蓄电池进行除硫维护；以及

控制芯片，所述控制芯片与所述多个维护模块相连，向所述多个维护模块输出所述脉冲信号。

2.如权利要求1所述的蓄电池在线维护系统，其特征在于，还包括：

芯片供电电路，所述芯片供电电路与所述变压器和所述控制芯片相连，用于为所述控制芯片供电。

3.如权利要求1所述的蓄电池在线维护系统，其特征在于，还包括：

检测模块，所述检测模块分别与所述蓄电池组和所述控制芯片相连，用于检测蓄电池组中蓄电池的内阻变化状态，并反馈至所述控制芯片。

4.如权利要求1所述的蓄电池在线维护系统，其特征在于，还包括：

多个工作状态指示灯，分别与所述多个维护模块相连。

5.如权利要求1所述的蓄电池在线维护系统，其特征在于，还包括：

过欠压电源保护模块，所述过欠压电源保护模块连接在所述电源和变压器之间。