CN210110977U - 一种铅酸蓄电池在线智能维护器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种铅酸蓄电池在线智能维护器，包括产生谐振脉冲信号对铅酸蓄电池进行在线修复的修复电路；还包括电压采样电路和微处理器；所述的电压采样电路对待维护的铅酸蓄电池两极电压进行实时采样，所述的微处理器对电压采样电路实时采样到的待维护的铅酸蓄电池两极电压信息进行处理、产生相应的PWM信号控制修复电路产生谐振脉冲信号。本实用新型中，微处理器可以根据电压采样电路采样的信息实时调整修复电路输出的谐振脉冲信号，对待维护的铅酸蓄电池进行最好的维护。

Description

一种铅酸蓄电池在线智能维护器

技术领域

本实用新型涉及铅酸蓄电池维护领域，特别是一种铅酸蓄电池在线智能维护器。

背景技术

目前，随着国民经济的快速发展，我国在通信、铁路、电力、数据等多种行业加速提升技术水平和规模体量，这些行业中，作为安全备份的大容量铅酸蓄电池得到大规模的应用，但是这些后备电池往往长期在浮充状态或其他各种非最佳工作条件下，原有的理论寿命往往远远达不到就会导致蓄电池容量下降以至于3~5年后蓄电池组就会报废，现有的在线修复保护类专利产品例如ZL200510134588.0及ZL200720175419.6所公开的在线维护装置，可以减少和抑制硫化的产生，但是由于电池分布在各用电设备处，每个电池均有一个智能维护器，这些微护器产生谐振脉冲信号加入到待修复的铅酸蓄电池的两极，采用的电源就是铅酸蓄电池本身的电源，所有的维护器都是一味地产生脉冲信号加到铅酸蓄电池两极之间，不能根据铅酸蓄电池当前的实际状态采用不同的谐振脉冲信号对铅酸蓄电池进行维护，不能达到维护的效果。

实用新型内容

本实用新型是针对目前所有的维护器都是一味地产生脉冲信号加到铅酸蓄电池两极之间，不能根据铅酸蓄电池当前的实际状态采用不同的谐振脉冲信号对铅酸蓄电池进行维护，不能达到维护的效果的不足，提供一种铅酸电池智能维护器，该维护器中具有检测铅酸蓄电池的实时电压的电路，微处理器可以根据检测到的铅酸蓄电池的实时电压产生适合于当时铅酸蓄电池的谐振频率的脉冲信号对铅酸蓄电池进行维护，保证维护效果。

本实用新型为实现其技术目的所采用的技术方案是：一种铅酸蓄电池在线智能维护器，包括产生谐振脉冲信号对铅酸蓄电池进行在线修复的修复电路；还包括电压采样电路和微处理器；所述的电压采样电路对待维护的铅酸蓄电池两极电压进行实时采样，所述的微处理器对电压采样电路实时采样到的待维护的铅酸蓄电池两极电压信息进行处理、产生相应的PWM信号控制修复电路产生谐振脉冲信号。

本实用新型中，微处理器可以根据电压采样电路采样的信息实时调整修复电路输出的谐振脉冲信号，对待维护的铅酸蓄电池进行最好的维护。

进一步的，上述的铅酸蓄电池在线智能维护器中：所述的采样电路包括放大器U8C、放大器U8B、放大器U8A、π型滤波电路；由放大器U8C和放大器U8B组成的两个射随电路的输入端分别接待维护的铅酸蓄电池的两极，两个射随电路的输出端分别通过电阻R19和电阻R21接放大器U8A的同相端和反相端，放大器U8A的反相端接并联的电阻R22、电容C10到地，放大器U8A同相端接并联的电容C6、电阻R18到放大器U8A输出端，放大器U8A输出端与电容C6、电阻R18相连的公共端串连电阻R20以后通过所述的π型滤波电路滤波后接所述的微处理器的检测信号输入端；所述的π型滤波电路包括电容C8、电容C9和电感L3；电容C8和电容C9分别在电感L3的两端接地。

进一步的，上述的铅酸蓄电池在线智能维护器中：所述的修复电路在微处理器控制下产生修复脉冲信号加到待维护的铅酸蓄电池两端对铅酸蓄电池进行修复，包括场效应管电子开关Q1、反接保护二极管D3、储能电感L1、储能电感L2、续流二极管D2、稳压滤波电容E1；微处理器产生控制修复电路的PWM信号输出端接场效应管电子开关Q1的G极，在场效应管电子开关Q1的S－D极之间依次接续流二极管D2、储能电感L1、稳压滤波电容E1；接续流二极管D2的P极接场效应管电子开关Q1的S极、稳压滤波电容E1的阴极接场效应管电子开关Q1的D极，场效应管电子开关Q1的D极接地，储能电感L2的两端分别接场效应管电子开关Q1的S极和储能电感L1和稳压滤波电容E1相连的公共端；接续流二极管D2的N极与储能电感L1相连的公共端接铅酸蓄电池的阳极，在铅酸蓄电池的阳极和阴极之间设置反接保护二极管D3，反接保护二极管D3的P极与铅酸蓄电池的阴极接地。

进一步的，上述的铅酸蓄电池在线智能维护器中：在微处理器产生控制修复电路的PWM信号输出端与场效应管电子开关Q1的G极之间还设置有对微处理器产生控制修复电路的PWM信号进行整形的整形电路；所述的整形电路包括上拉电阻R16，下拉电阻R17和具有施密特输出的驱动电路U7A；微处理器产生控制修复电路的PWM信号输出端接施密特输出的驱动电路U7A的输入端，密特输出的驱动电路U7A的输出端接场效应管电子开关Q1的G极，上拉电阻R16设置在施密特输出的驱动电路U7A的输入端与工作电源之间，下拉电阻R17密特输出的驱动电路U7A的输出端与地之间。

进一步的，上述的铅酸蓄电池在线智能维护器中：还包括状态显示电路和温度采样电路，所述的温度采样电路实时采样待维护铅酸蓄电池的环境温度输入到微处理器中，所述的状态显示电路在微处理器控制下显示待维护铅酸蓄电池的实时信息。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的说明。

附图说明

附图1是本实用新型实施例1铅酸蓄电池在线智能维护器结构图。

附图2是本实用新型实施例1在电压取样电路结构图。

附图3是本实用新型实施例1修复电路原理图。

具体实施方式

实施例1，如图1所示，本实施例的铅酸蓄电池智能维护器，由电压采样电路0~2、微处理器、修复电路、脉冲整形电路、电源转换电路、电压基准电路、状态显示电路、RS485通信电路和温度采样电路组成。

本实施例中，在酸蓄电池智能维护器一个设备可以维护3个2V系列大容量铅酸蓄电池，设备中有3路精密电压采样电路，图中为电压采样电路0~2，这3路电压采样电路输出的待维护的铅酸蓄电池两极间的实时电压信息由微处理器进行处理，一般还需要将实时电压信息进行AD转换形成电压信息的数字信号，本实施例中，微处理器本身就有几路AD处理通道，电压采样电路输出的采样信息直接进入微处理器的AD端器，在微处理器中进行AD转换后，由微处理器进行处理，产生合适于当前铅酸蓄电池状态的修复脉冲频率和幅度，控制修复电路，它是通过产生的PWM信号。

用户使用时，把智能维护器的输出线和温度检测线连接到3块电池对应极柱上，连接完毕，串联的三块电池给电源转换电路提供6V标称电压，实际输入为约5.4V~7.2V，电源转换电路把6V电压通过DC/DC转换电路转换为内部电路供电所需的DC12V电压，再通过降压电路转换为5V和3.3V提供给有关IC。

内部电路供电后，微处理器开始复位工作，通过AD采样电路0~2把电池极柱两端的电压通过滤波和放电电路转换为微处理器可识别的电压信号，微处理器通过电压基准提供的比较电位和AD采样输入口的电位比较得出采样电压，通过内部进一步滤波计算得到电池电压。

同时，连接在电池极柱上的温度采样电路的探头部分检测到极柱的温度，通过温度采样电路输入到微处理器进行计算，得出电池极柱的温度值。

当满足电压和温度条件后，微处理器输出占空比可调，频率固定的PWM高频电子脉冲到脉冲整形电路，脉冲整形电路把脉冲调理后进一步驱动到修复电路的开关性器件，通过开关型器件控制修复电路的输出。

在此过程中，状态显示电路用于显示当前工作状态，如果有电压过低或过高、连接失败、温度过低或过高、温度探头连接失败则输出故障指示到状态显示电路。

电压采样电路是为微处理器进行智能处理采集电池电压信号的电路，原理图如图2所示，具有三个电压采样电路分别对电池BT1、BT2、BT3的两端进行采样。三个电压采样电路是一样的。如图2所示，电压采样电路包括放大器U8C、放大器U8B、放大器U8A、π型滤波电路；由放大器U8C和放大器U8B组成的两个射随电路的输入端分别接铅酸蓄电池的两极，两个射随电路的输出端分别通过电阻R19和电阻R21接放大器U8A的同相端和反相端，放大器U8A的反相端接并联的电阻R22、电容C10到地，放大器U8A同相端接并联的电容C6、电阻R18到放大器U8A输出端，放大器U8A输出端与电容C6、电阻R18相连的公共端串连电阻R20以后通过π型滤波电路滤波后接所述的微处理器的检测信号输入端；π型滤波电路包括电容C8、电容C9和电感L3；电容C8和电容C9分别在电感L3的两端接地。

以第二个电池BT2采样电路为例，电池BT2的两端各通过一个射随电路由U8中的两个放大单元U8C和U8B构成，射随电路输入阻抗较高，输出阻抗较低，用于电池极柱的缓冲隔离采样，两个射随电路通过电阻R19、R21接入放大器U8A，R19接同相端，R21为反相端，U8A的反相端接并联的电容C6、电阻R18到输出端，U8A的同相端接并联的电阻R22、电容C10到地，构成了差分放大电路，差分放大电路共模抑制较好，有效滤除电池回路的共模干扰，U8A的输出端串联电阻R20后接 π型滤波电路，π型滤波电路由电容C8、C9和电感L3构成，用于滤除采样回路的高频干扰。

脉冲修复电路是本实施例的关键，它在微处理器控制下，对铅酸蓄电池进行有效的修复。如图3所示，修复电路在微处理器控制下产生修复脉冲信号加到铅酸蓄电池两端对铅酸蓄电池进行修复，包括场效应管电子开关Q1、反接保护二极管D3、储能电感L1、储能电感L2、续流二极管D2、稳压滤波电容E1；微处理器产生控制修复电路的PWM信号输出端经过脉冲整形电路整形以后接场效应管电子开关Q1的G极，在场效应管电子开关Q1的S－D极之间依次接续流二极管D2、储能电感L1、稳压滤波电容E1；接续流二极管D2的P极接场效应管电子开关Q1的S极、稳压滤波电容E1的阴极接场效应管电子开关Q1的D极，场效应管电子开关Q1的D极接地，储能电感L2的两端分别接场效应管电子开关Q1的S极和储能电感L1和稳压滤波电容E1相连的公共端；接续流二极管D2的N极与储能电感L1相连的公共端接铅酸蓄电池的阳极，在铅酸蓄电池的阳极和阴极之间设置反接保护二极管D3，反接保护二极管D3的P极与铅酸蓄电池的阴极接地。脉冲整形电路包括上拉电阻R16，下拉电阻R17和具有施密特输出的驱动电路U7A；微处理器产生控制修复电路的PWM信号输出端接施密特输出的驱动电路U7A的输入端，密特输出的驱动电路U7A的输出端接场效应管电子开关Q1的G极，上拉电阻R16设置在施密特输出的驱动电路U7A的输入端与工作电源之间，下拉电阻R17密特输出的驱动电路U7A的输出端与地之间。

如图3所示，图中，BT1~3为正负极相接串联的3个2V蓄电池，串联后标称电压6V，F5为自恢复电阻，D3为反接保护二极管、R15为水泥电阻、L1和L2为储能电感，D2为续流二极管，E1为稳压滤波电容，Q1为场效应管电子开关，R16为上拉电阻，R17为下拉电阻，U7A为具有施密特输出的驱动电路IC，本应用中，R15、L1和E1组成串联充电储能结构，上电后通过R15、L1，E1的电压逐步充电到接近BTV+的电压，在整个产品的工作过程中，E1的电压基本保持稳定，用于给脉冲开关电路提供开关修复脉冲电流。

R16、U7A、R17、Q1组成电子开关，由图上PWM1脚接入微处理器输入PWM修复或维护脉冲信号，脉冲信号关闭时，U7A的2脚上拉到高，输出脚7脚反相输出负电平，Q1栅极电荷泄放到地，使电子开关处于安全关闭状态，当PWM1输出负脉冲时，U7A输出反相为高电平并输出大电流，使Q1的栅极到源极的电容快速充电到高电平，使得Q1快速进入饱和导通状态，这时候电感L2通过Q1连接到地，E1的电荷通过L2快速泄放并储能，当PWM1输出正脉冲时，U7A反相使得Q1快速关闭，L2的电流不能突变，这时候通过续流二极管D2、自恢复保险F5反充回BTV+，反充过程形成快速尖脉冲输入到3节电池回路里面，对电池极板上的硫化结晶提供振荡电流，使硫化物快速分解后融入电化学反应，此过程是解除硫化的主要过程。

在修复电路除硫化的过程中，除了上述尖脉冲电流提供了快速上升的尖脉冲外，脉冲电流也激发了瞬时高电压对电池进行微充电，PWM1是具有特定脉冲频率和占空比的方波，此方波通过修复电路后形成高频脉冲谐振电流，这个高频脉冲谐振电流是修复作用的核心内容，本例中的高频谐振脉冲频率为8~9KHz，占空比约为10%~40%，当工作在修复模式时，占空比约为20~40%，当维护模式时，占空比约为10~20%。

Claims (5)

1.一种铅酸蓄电池在线智能维护器，包括产生谐振脉冲信号对铅酸蓄电池进行在线修复的修复电路；其特征在于：还包括电压采样电路和微处理器；所述的电压采样电路对待维护的铅酸蓄电池两极电压进行实时采样，所述的微处理器对电压采样电路实时采样到的待维护的铅酸蓄电池两极电压信息进行处理、产生相应的PWM信号控制修复电路产生谐振脉冲信号。

2.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池在线智能维护器，其特征在于：所述的采样电路包括放大器U8C、放大器U8B、放大器U8A、π型滤波电路；由放大器U8C和放大器U8B组成的两个射随电路的输入端分别接待维护的铅酸蓄电池的两极，两个射随电路的输出端分别通过电阻R19和电阻R21接放大器U8A的同相端和反相端，放大器U8A的反相端接并联的电阻R22、电容C10到地，放大器U8A同相端接并联的电容C6、电阻R18到放大器U8A输出端，放大器U8A输出端与电容C6、电阻R18相连的公共端串连电阻R20以后通过所述的π型滤波电路滤波后接所述的微处理器的检测信号输入端；

所述的π型滤波电路包括电容C8、电容C9和电感L3；电容C8和电容C9分别在电感L3的两端接地。

3.根据权利要求1或2所述的铅酸蓄电池在线智能维护器，其特征在于：所述的修复电路在微处理器控制下产生修复脉冲信号加到待维护的铅酸蓄电池两端对铅酸蓄电池进行修复，包括场效应管电子开关Q1、反接保护二极管D3、储能电感L1、储能电感L2、续流二极管D2、稳压滤波电容E1；

微处理器产生控制修复电路的PWM信号输出端接场效应管电子开关Q1的G极，在场效应管电子开关Q1的S－D极之间依次接续流二极管D2、储能电感L1、稳压滤波电容E1；接续流二极管D2的P极接场效应管电子开关Q1的S极、稳压滤波电容E1的阴极接场效应管电子开关Q1的D极，场效应管电子开关Q1的D极接地，储能电感L2的两端分别接场效应管电子开关Q1的S极和储能电感L1和稳压滤波电容E1相连的公共端；接续流二极管D2的N极与储能电感L1相连的公共端接铅酸蓄电池的阳极，在铅酸蓄电池的阳极和阴极之间设置反接保护二极管D3，反接保护二极管D3的P极与铅酸蓄电池的阴极接地。

4.根据权利要求3所述的铅酸蓄电池在线智能维护器，其特征在于：在微处理器产生控制修复电路的PWM信号输出端与场效应管电子开关Q1的G极之间还设置有对微处理器产生控制修复电路的PWM信号进行整形的整形电路；所述的整形电路包括上拉电阻R16，下拉电阻R17和具有施密特输出的驱动电路U7A；微处理器产生控制修复电路的PWM信号输出端接施密特输出的驱动电路U7A的输入端，密特输出的驱动电路U7A的输出端接场效应管电子开关Q1的G极，上拉电阻R16设置在施密特输出的驱动电路U7A的输入端与工作电源之间，下拉电阻R17密特输出的驱动电路U7A的输出端与地之间。

5.根据权利要求1或2所述的铅酸蓄电池在线智能维护器，其特征在于：还包括状态显示电路和温度采样电路，所述的温度采样电路实时采样待维护铅酸蓄电池的环境温度输入到微处理器中，所述的状态显示电路在微处理器控制下显示待维护铅酸蓄电池的实时信息。

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