CN207818833U - 一种铅酸蓄电池容量检测与修复系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种铅酸蓄电池容量检测与修复系统，包括系统电源、与系统电源分别相连的PWM控制信号发生电路、高频场效应管功率单元、恒流可调电子负载电路、蓄电池放电电压监控电路以及由单片机控制的蓄电池容量计算单元和显示单元；PWM控制信号发生电路通过高频场效应管功率单元与待修复蓄电池的充电回路相连，待修复蓄电池与显示单元相连；待检测蓄电池分别与恒流可调电子负载电路、蓄电池放电电压监控电路、蓄电池容量计算单元和显示单元相连，蓄电池放电电压监控电路向蓄电池容量计算单元发送信号，它减少了蓄电池报废给环境带来的一系列环境污染问题，整体结构合理、操作简单直观、制作成本较低、应用推广容易。

Description

一种铅酸蓄电池容量检测与修复系统

技术领域

本实用新型涉及检测装置相关技术领域,特别涉及铅酸蓄电池容量检测与修复系统。

背景技术

当今时代，国家经济飞速发展，不可再生资源流失严重，国家倡导资源节约型社会，电动车的出现越来越受到广大国民的喜爱，它清洁无污染，小巧轻便，已经进入众多家庭。它的动力仅来源于电瓶供电，大部分的电动车都是使用铅酸蓄电池供电，而铅酸蓄电池的使用寿命是铅酸蓄电池厂家在较为理想的状态下预测的，加上使用者在使用过程中对铅酸蓄电池没有进行有效的管理和维护，使得铅酸蓄电池使用寿命无法达到设计要求，往往在使用一年以后就开始出现劣化，使用超过一年的铅酸蓄电池劣化程度非常严重，主要由于电极板硫酸铅结晶、过放电、过充电以及其他原因导致铅酸蓄电池无法满足正常使用的要求，甚至基本处于报废的程度,极大的浪费了资源。而蓄电池容量不断下降直至报废,绝大部分是由于硫化导致的,而且绝大部分是由于硫化导致的容量损失,如果能够能有一个专门的检测及修复系统并及时的采用正确的方法给予修复保养,基本上都可以恢复蓄电池的容量。

实用新型内容

针对上述现有技术中铅酸蓄电池的使用所存在的问题，本实用新型提供了一种有效延长铅酸蓄电池的使用寿命,节约了资源，也减少了对环境的污染的铅酸蓄电池容量检测与修复系统。

本实用新型要解决的技术问题所采取的技术方案是：一种铅酸蓄电池容量检测与修复系统，包括系统电源、与系统电源分别相连的PWM控制信号发生电路、高频场效应管功率单元、恒流可调电子负载电路、蓄电池放电电压监控电路以及由单片机控制的蓄电池容量计算单元和显示单元；所述PWM控制信号发生电路通过控制高频场效应管功率单元与待修复蓄电池的充电回路相连，待修复蓄电池与显示单元相连；所述待检测蓄电池分别与恒流可调电子负载电路、蓄电池放电电压监控电路、蓄电池容量计算单元和显示单元相连，所述蓄电池放电电压监控电路向蓄电池容量计算单元发送信号，所述蓄电池放电电压监控电路与恒流可调电子负载电路双向发送信号。

进一步地，所述系统电源包括显示仪表、控制电路、散热风扇、修复供电电路以及基准参考电压电路。

本实用新型与现有技术相比，1、可将蓄电池容量可以恢复到标称值的65%-95%左右，定期使用对蓄电池进行修复保养可以使蓄电池的使用寿命达到三年甚至更长；2、减少了蓄电池报废给环境带来的一系列环境污染问题，有利于社会的绿色和谐发展；3、整体结构合理、操作简单直观、制作成本较低、应用推广容易。

附图说明

图1是本实用新型的系统原理框图，

图2是本实用新型的PWM控制信号发生电路原理图，

图3是本实用新型的脉冲修复电路原理图，

图4是本实用新型的恒流电子负载电路原理图，

图5是本实用新型的蓄电池放电电压监测电路原理图，

图6是本实用新型的系统电源电路原理图，

图7是本实用新型的蓄电池容量计算单元的AD采样及放电结束信号原理图，

图8是本实用新型的显示单元的时间及容量显示原理图，

图9就是本实用新型的操作面板图。

在图中，

旋钮A:调节放电电流大小

旋钮B:调节修复脉冲宽度

启动：放电功能启动按钮

K0: 功能按钮-选择放电功能后按下K0开始放电

K1: 电压显示功能选择，左侧-放电电压显示，右侧-修复电压显示

K2: 电流显示功能选择，左侧-放电电流显示，右侧-修复电流显示

G1:检测容量时蓄电池正极引线插孔

G2:检测容量时蓄电池负极引线插孔

X1:修复蓄电池时电池正极引线插孔

X2:修复蓄电池时电池负极引线插孔

L:放电完成后七彩闪光指示灯

PWM:PWM控制信号测试端子。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面根据附图结合具体实施例来进一步详细描述本实用新型。

如图1所示，所述铅酸蓄电池容量检测与修复系统，包括系统电源、与系统电源分别相连的PWM控制信号发生电路、高频场效应管功率单元、恒流可调电子负载电路、蓄电池放电电压监控电路以及由单片机控制的蓄电池容量计算单元和显示单元；所述PWM控制信号发生电路通过高频场效应管功率单元与待修复蓄电池的充电回路相连，待修复蓄电池与显示单元相连；所述待检测蓄电池分别与恒流可调电子负载电路、蓄电池放电电压监控电路、蓄电池容量计算单元和显示单元相连，所述蓄电池放电电压监控电路向蓄电池容量计算单元发送信号，所述蓄电池放电电压监控电路与恒流可调电子负载电路双向发送信号。

（1）PWM控制信号发生电路

如图2所示，通过555集成电路构成一定频率范围的PWM电路，脉冲宽度由电位器R1来调节。

（2）脉冲修复电路

如图3所示，由图2产生的PWM信号用于控制充电修复高频场效应管功率单元的通断，通过高频场效应管功率单元的通断来控制加在蓄电池上的充电回路的通断，从而使蓄电池得到高频的充电脉冲。高频脉冲与铅酸蓄电池中的硫酸铅晶体产生谐振效应，通过等离子共振，将硫化铅结晶体转化为自由移动的游离子参加化学反应，从而达到修复的目的，从而法延长铅酸蓄电池的使用寿命。

（3）恒流可调电子负载电路

如图4所示，电路中R2为电流值给定调节电位器，R6为电流取样电阻，Q1为大功率场效应管，当给定增大时，U1A的同相端比反相端的电位高，是U1A的输出增大，Q1的栅极电压上升，使得Ugs值增大，通过Q1的电流增加，取样电阻R6上的压降增大，使得UIA的反向端电位上升，达到新的平衡，从而实现恒流控制。

（4）蓄电池放电电压监控电路

如图5所示，调节电位器R2和R6使得当蓄电池的端电压下降到10.5V时,继电器K动作,切断蓄电池放电回路,防止蓄电池过放电损坏，同时点亮LED1发出七彩闪光放电结束信号，并发送放电结束信号给单片机，由单片机进行蓄电池容量计算和蓄电池容量的显示（显示容量的单位为AH）。

（５）系统电源电路

系统电源电路包括显示仪表、控制电路、散热风扇、修复供电电路以及基准参考电压电路几个部分，如图6所示。

（６）蓄电池容量计算单元及显示单元

本部分采用STC12系列单片机C5A60S2单片机，该款单片机自带AD8路转换器，设计中采用第二路AD转换，并利用单片机的定时器0定时，对AD每秒采样五次，利用取中间值法滤波，利用积分算法对每秒采样值进行计算，放电过程中显示放电时间，接收到放电结束信号后利用中断法显示放电时间和电池容量，原理图如图7、8所示。

本实用新型的检测及修复操作，如图9所示的操作面板图：

1. 功能按钮K0打开，指示灯Ｌ开始闪烁，

2.将K1、K2拨到检测侧（即左侧），调节旋钮A至最小，

3.连接好蓄电池插入检测容量侧的正（G1）负（G2）极引线插孔，

4.轻按启动，指示灯Ｌ熄灭即开始放电，调节旋钮A调节放电电流的大小，电流表显示放电电流值。

修复操作：

1. 功能按钮K0关闭，指示灯Ｌ熄灭，

2. 将K1、K2拨到修复侧（即右侧），调节旋钮Ｂ至最小，

3. 连接好蓄电池插入修复侧的正（X1）负（X2）极引线插孔，

4. 调节旋钮B调节PWM控制信号脉宽来调节修复电流大小，电流表显示充电电流平均值。

蓄电池修复原理：铅酸蓄电池放电时，在正极负极都产生硫酸铅，正极由于氧化作用的存在，硫酸铅极易在充电时转化成二氧化铅，而负极则不同，在长期亏电保存，经常过放电，长期充电不足等因素存在的情况下，会逐渐在负极表面形成一层致密坚硬的硫酸铅层，使电池内阻增大，不仅本身溶解度大幅度下降，难以参加反应，同时堵塞了电解液和深层活性物质的接触通道，电解液的比重降低，电池在充电过程中，其内部化学反应就不够充分电池充不进电。导致了电瓶容量下降,从而大大缩短了电池的使用寿命。

一般物质生成后，都有一个固有频率，找到谐振点施以一定的能量便可将其击碎。我们通过设计充电修复电路，以产生适当的高频脉冲震荡，用以和铅酸蓄电池内极片上的硫酸盐晶体发生共振，击碎硫酸盐晶体使其重新变成电解液，从新参加化学反应，从而达到修复其容量的目的。

蓄电池消除硫化比较好的方法就是采用脉冲修复法 。在修复蓄电池时，脉冲的瞬间电压根据蓄电池的功能需求，采取的瞬间电压为60V—300V之间，但不宜取的过高，如果脉冲电压值太大对电池极板会造成损伤。脉冲电压高，蓄电池修复时间短，脉冲电压低，蓄电池修复时间相对就长，尽管脉冲瞬间的电压很高，但平均电压并不高，对人体没有伤害，十分安全。从固体物理上来讲，任何绝缘层在足够高的电压下都可以被击穿。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。电池析气量大小取决于充电电流和充电时间，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。这样就实现了脉冲消除硫化。

以上实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照具体实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护的范围中。

Claims (2)

1.一种铅酸蓄电池容量检测与修复系统，其特征在于：包括系统电源、与系统电源分别相连的PWM控制信号发生电路、高频场效应管功率单元、恒流可调电子负载电路、蓄电池放电电压监控电路以及由单片机控制的蓄电池容量计算单元和显示单元；所述PWM控制信号发生电路通过高频场效应管功率单元与待修复蓄电池的充电回路相连，待修复蓄电池与显示单元相连；所述恒流可调电子负载电路、蓄电池放电电压监控电路、蓄电池容量计算单元和显示单元分别与待检测蓄电池相连，所述蓄电池放电电压监控电路向蓄电池容量计算单元发送信号，所述蓄电池放电电压监控电路与恒流可调电子负载电路双向发送信号。

2.根据权利要求1所述的一种铅酸蓄电池容量检测与修复系统，其特征在于：所述系统电源包括显示仪表、控制电路、散热风扇、修复供电电路以及基准参考电压电路。