專利名稱：大容量密封鉛酸蓄電池的無損修復裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用電子脈沖的方法清除鉛酸蓄電池極板內部硫酸鉛結晶，恢復電池容量的修復裝置，特別是一種大容量密封鉛酸蓄電池的無損修復裝置。
背景技術：
鉛酸蓄電池的使用保存待用很普遍，例如鉛酸蓄電池生產廠、礦山、汽車維修等部門所使用的鉛酸蓄電池，由于受氣候環境、頻繁停電而充電不足以及蓄電池長期處于待用狀態的影響，在蓄電池極板內部會逐漸生成一種粗大堅硬的硫酸鉛結晶體，堵塞了負極板海綿狀Pb微孔，阻礙電能、化學能的互相轉換，引起電池容量逐漸下降甚至報廢。目前，采用電子脈沖方式來清除鉛酸蓄電池極板內部的硫酸鉛結晶，以恢復電池容量的器械逐漸被公認和應用，以解決該問題。但是，該類器械是采用小脈沖電流輸出，且不能按電池狀態進行自動調整脈沖電流以達到高效修復；因此，在上述行業中，應用該類器械進行大容量密封式鉛酸蓄電池的修復時，往往需要持續幾個月甚至半年才能體現出效果，大大降低了修復效率。
在中國專利02160469.X智能蓄電池在線修復系統和方法中公開了另一種修復方案，修復系統包括掃蕩-共振頻率模塊和同步-干擾抑制模塊，由掃蕩-共振頻率模塊向電池提供一個可變頻率、寬度、幅度的脈沖擾動信號同時檢測分析電池組的電池電壓差和落后電池的內阻通量變化，然后應用具有特定頻率、寬度和幅度范圍的共振脈沖，以修復落后電池并恢復電池組的一致性和可靠性，利用UPS系統的浮充電流來清除硫酸鉛結晶進行在線修復。但其整個系統的功耗小，向被修復的蓄電池供給的脈沖電流微弱，因為大容量電池的內阻通常都是小于幾個毫歐，將此信號并接到電池兩端，很大一部分都被電池本身吸收掉了。也難以將UPS系統浮充電流變為受其可變頻率、寬度、幅度控制的脈沖電流。另外，因為過快的脈沖頻率，電池內化學反應的速度跟不上電脈沖的速度，反而降低修復效率。
實用新型內容本實用新型目的是提供一種大容量密封鉛酸蓄電池的無損修復裝置，以克服小脈沖電流修復裝置輸出脈沖效率低的問題，且保證鉛酸蓄電池無損修復。輸出峰值脈沖電流可以根據蓄電池的端電壓自動調整，以使被修復的蓄電池處于能夠接受的最大修復脈沖電流下工作，提高了效率。在修復過程中嚴格控制電池端電壓，不會因脈沖電流過大，電池端電壓過高而損傷電池。實現對極板無損傷、對壽命無影響的無損修復。
本實用新型采用的技術方案是本實用新型為大容量密封鉛酸蓄電池的無損修復裝置，包括直流電源電路，其特征在于還包括單片機控制處理電路(以下簡稱單片機電路)、PWM波形整形驅動電路(以下簡稱整形驅動電路)、受控電子開關(以下簡稱電子開關)，所述的直流電源電路與所述的電子開關相連，并經所述的電子開關與被修復的電池相連；所述的單片機電路經所述的整形驅動電路與所述的電子開關相連。由所述的直流電源電路將所需的直流電供給所述的電子開關，經所述的電子開關變換成脈沖電流供給被修復的電池；由所述的單片機電路根據檢測到的被修復電池的電壓、溫度數據經運算后輸出PWM(脈沖寬度調制)脈沖，經所述的整形驅動電路來控制所述的受控電子開關的通斷及控制修復脈沖電流大小。
還具有受所述的單片機電路控制的顯示電路，以顯示工作狀態。
還具有極性保護電路(以下簡稱保護電路)，防止用戶誤操作將電池極性接反導致損壞本修復裝置。
所述的單片機控制處理電路包括單片機U1，處理控制系統的操作；由電容C5、C6、石英振蕩器Y1組成的時鐘電路與單片機相連，提供給單片機處理用的時鐘信號；由包括電阻R1、R2、R3、RP1、穩壓器U2組成的電壓基準電路與單片機1相連，提供給單片機處理用的精密基準電壓；由包括電阻R4、RT1、R5、電容C7組成的環境溫度檢測電路與單片機相連，將環境溫度轉換成電壓提供給單片機1，單片機根據溫度電壓與被修復電池的端電壓判斷，輸出可變占空比的PWM脈沖傳到整形驅動電路；由包括電阻R18、R19、R20、R21、二極管D5、D6、D7、D8組成的狀態指示電路與單片機1相連，顯示工作狀態。
所述的PWM(脈沖寬度調制)波形驅動整形電路包括由電阻R6、R7、三極管Q4組成的倒相放大電路，與單片機1相連，以將從單片機輸出的PWM脈沖倒相放大；由電阻R8、電容C8、觸發器U3(U3D、U3E、U3F)組成的加速及整形電路，其輸入端與倒相放大電路相連，輸出端與電子開關相連。以將PWM脈沖再倒相整形后供給電子開關作驅動用。
所述的受控電子開關包括開關管Q5，其輸入端與加速及整形電路相連，輸出端與被修復的蓄電池直流電源相連。以向被修復的蓄電池提供受控制的PWM脈沖修復電流。
所述的顯示電路包括單片機U6、石英振蕩器Y2、電容C10、C11、排阻PR1、R22、R23、R24、R25、三極管Q7、Q8、Q9、Q10、數碼管DS1A、DS2A、DS3A、DS4A，單片機U6的I/O口和數據口分別與單片機U1的相應數據口及I/O口連接；通過單片機數據口及I/O口傳輸過來的數據經處理后作電壓顯示。
所述的保護電路包括二極管D3、電阻R9、R10、三極管Q6、二極管D4、繼電器K1、電阻R11、二極管D10，二極管D3與單片機U1相連，繼電器K1的常開觸點與直流電源和電子開關相連，以通斷該直流電源。當正確連接電池極性時，繼電器K1吸合；當反接時，二極管D3不導通，三極管Q6截止，繼電器K1不動作，無電加到開關管Q5，保護其安全，同時二極管D10因反偏點亮發出警示。
每臺修復裝置可具有兩組或多組相同結構的單片機電路、整形驅動電路、電子開關、保護電路，直流電源，可以同時修復兩個或多個大容量密封鉛酸蓄電池，相互之間不會產生干擾。顯示電路是共用的，I/O端口連接多個相同電路結構的單片機電路1，以多路相同結構輸出，同時修復多個電池。
本實用新型采用包括單片機電路、整形驅動電路、電子開關等電路，由直流電源電路將直流電供給電子開關，經電子開關變換成脈沖電流供給被修復的電池，進行充電修復；由單片機電路根據檢測到的被修復電池的電壓、溫度數據經運算后輸出脈沖寬度可調的脈沖，經所述的整形驅動電路來自動控制所述的受控電子開關的通斷及控制修復脈沖電流大小。單片機輸出的脈沖的頻率是固定不變的，只有脈沖寬度在變化，利用電子開關在不斷的導通與截止期間，脈沖上升沿分解的諧波振蕩頻率與硫酸鉛分子產生共振，在脈沖電流的作用下，把粗大的硫酸鉛結晶逐漸變小，消失，恢復電池容量，使因硫化導致容量下降或報廢的蓄電池可重新利用。在單片機電路的控制下，輸出峰值脈沖電流可以根據蓄電池的端電壓，通過整形驅動電路、電子開關自動調整，以使被修復的蓄電池處于能夠接受的最大修復脈沖電流下工作，顯著提高了效率。在修復過程中通過單片機嚴格控制電池端電壓，不會因脈沖電流過大，電池端電壓過高而損傷電池。實現對極板無損傷、對壽命無影響的無損修復。
本實用新型裝置中，在單片機的控制下，可具有兩組或多組相同結構電路的整形驅動電路、電子開關、保護電路、以及直流電源，可以同時修復兩個或多個大容量密封式鉛酸蓄電池，相互之間不會產生干擾。
綜上所述，本實用新型輸出峰值脈沖電流可以根據蓄電池的端電壓自動調整，以使被修復的蓄電池處于能夠接受的最大修復脈沖電流下工作，提高了效率，克服小脈沖電流修復裝置輸出脈沖效率低的問題；且保證鉛酸蓄電池的無損修復，在修復過程中能嚴格控制電池端電壓，不會因脈沖電流過大，電池端電壓過高而損傷電池，實現對極板無損傷、對壽命無影響的無損修復。本實用新型適用于鉛酸蓄電池生產廠、礦山、汽車維修、電力、通信等部門使用。
圖1是本實用新型的電路原理方框圖。
圖2是本實用新型的電路原理圖。
圖中代號說明1單片機電路(單片機控制處理電路)2驅動整形電路(PWM波形整形驅動電路)3電子開關(受控電子開關)4顯示電路5保護電路(極性保護電路)6直流電源電路6A直流電源7被修復電池B1交流變壓器C0、C1～C11電容CON3～CON6連接器D1～D4二極管D5～D10發光二極管DS1A～DS4A八段共陰數碼管K1、K2直流繼電器POWER1恒壓限流式開關電源Q1、Q3、Q4、Q6～Q10三極管， Q2、Q5開關管(場效應管)R1～R25電阻RP1電位器PR1排阻RT1負溫度系數熱敏電阻U1單片機U2穩壓器U3施密特觸發器U4、U5三端穩壓器U6單片機Y1、Y2石英振蕩器
具體實施方式
如圖1所示為本實用新型的電路原理方框圖，包括單片機電路1、整形驅動電路2、電子開關3、直流電源電路6，由直流電源電路6將所需的直流電供給電子開關3，經電子開關3變換成脈沖電流供給被修復的電池7；由單片機電路1根據檢測到的被修復電池的電壓、溫度數據經運算后輸出PWM脈沖，經整形驅動電路2來控制電子開關3的通斷及控制修復脈沖電流的大小。
還具有通過I/O口和DATA(數據)口受單片機電路1控制的顯示電路4。
如圖2，還具有保護電路5，防止用戶誤操作將電池極性接反導致損壞本修復裝置。
如圖2所示是本實用新型的電路原理圖，單片機電路1包括有單片機U1(PIC16F73)；由電容C5、C6、石英振蕩器Y1組成的時鐘電路與單片機U1相連，負責提供單片機U1處理的時鐘信號；由電阻R1、R2、R3、電位器RP1、穩壓器U2組成的電壓基準電路與單片機U1相連，負責提供單片機處理的精密基準電壓。
由電阻R4、R5、熱敏電阻RT1、電容C7組成的環境溫度檢測電路與單片機U1相連，將環境溫度轉換成電壓，單片機1根據測得的溫度電壓與被修復電池的端電壓判斷，輸出可變占空比的PWM脈沖。
由電阻R18、R19、R20、R21、二極管D5、D6、D7、D8組成的狀態指示電路與單片機U1的LED1、2、3、4端口相連，顯示本裝置的工作狀態。
所述的整形驅動電路2包括倒相放大電路和加速及整形電路；由電阻R6、三極管Q4、電阻R7組成的倒相放大電路，與單片機U1的Pwm1端口相連，將從單片機U1輸出的PWM脈沖倒相放大；由電阻R8、電容C8、觸發器U3組成的加速及整形電路，其輸入端與倒相放大電路相連，輸出端與電子開關3相連，以將PWM脈沖再倒相整形后供給電子開關3作驅動用。施密特觸發器U3具有3個并聯的U3D、U3E、U3F，目的是增強其驅動電子開關的能力。
所述的電子開關3包括開關管Q5(IRF3205)，其輸入端與整形電路2中的觸發器U3相連，輸出端與被修復的蓄電池及直流電源相連，以向被修復的電池7提供受控制的脈沖修復電流。
所述的顯示電路4包括單片機U6(PIC16F74)、石英振蕩器Y2、電容C10、C11、電阻PR1、R22、R23、R24、R25、三極管Q7、Q8、Q9、Q10、數碼管DS1A、DS2A、DS3A、DS4A，單片機U6的I/O口和數據口分別與單片機U1的相應數據口及I/O口連接；通過單片機1的數據口及I/O口傳輸過來的數據經處理后作電壓顯示。具體連接為單片機U1的數據端口的連接器CON4與顯示電路4的連接器CON5連接，I/O口disp1、disp2與顯示電路4的I/O口disp1、disp2連接。顯示電路采用輪流的方式顯示每組電池的電壓值，數碼管DS1A負責顯示當前的序號(組數)，數碼管DS2A、DS3A、DS4A負責顯示電池的電壓值。
所述的保護電路5，包括二極管D3、電阻R9、R10、三極管Q6、二極管D4、繼電器K1、電阻R11、二極管D10；二極管D3與U1的A/D2口相連，繼電器K1的常開觸點與電子開關3的開關管Q5相連，以通斷該直流充電電源。保護電路5中的接線端子CON7與被修復電池連接即接線端子CON7的1、2腳與電池正極柱短路相連，CON7的3、4腳與電池負極柱短路相連；當正確連接電池極性時，繼電器K1吸合；當反接時，D3不通，三極管Q6截止，繼電器K1不動作，無電加到開關管Q5，保護開關管的安全，同時二極管D10因反偏點亮發出警示。
單片機U1可同時控制由兩組相同結構的整形驅動電路2、電子開關3、保護電路5和直流電源6A，可以同時修復兩個大容量密封式鉛酸蓄電池，相互之間不會產生干擾。本實施例中，在圖2中左上角示出了另一組相同布置的整形驅動電路、電子開關、保護電路和另一直流電源6A(未示出)，作為另一組電池的修復用。顯示電路4是共用的，I/O端口可以連接4個相同電路結構的單片機電路1，每臺大容量密封鉛酸蓄電池的無損修復裝置最多可達8路相同結構輸出，可同時修復8塊大容量鉛酸蓄電池。
如圖2右上角所示為向系統供電的直流電源電路6，當電源開關SW1閉合時，市電一路經過直流電源6A(提供充電電流)變換成適合維修電池的恒定電壓電流(+5V/5A)。另一路(提供控制電流)經過保險絲F2及電源變壓器B1輸出AC15V電壓，經橋式整流BR1整流C0濾波后獲得DC18V左右電壓，經U4穩壓獲得12V電壓供給繼電器K1線圈以及整形驅動電路2。再經U5穩壓后獲得5V電壓供給單片機電路1及顯示電路4。
當本裝置工作時，保護電路5中的接線端子CON7的1、2腳與電池正極柱短路相連，3、4腳與電池負極柱短路相連；電池電壓經CON7的2、3連線直接進入U1的A/D口，減小線阻帶來的測量誤差。極性連接正確時，極性保護電路5中的二極管D3正偏導通，電池電壓經R9、R10分壓使三極管Q6導通，繼電器K1線圈得電，觸點閉合，使電子開關3得電，電壓加到Q5漏極。同時，單片機U1的端口A/D2(另一路為A/D1)檢測到電池電壓，開始啟動工作，并將檢測到的電池電壓、電池環境溫度電壓(由熱敏電阻RT1測得，與R4分壓經單片機U1的Tsense端口傳入)輸入到U1，與設定的浮充電壓作比較。
如果電池的實測電壓低于設定的浮充電壓，則單片機U1經端口Pwm1(另一路為Pwm2)輸出一串周期為120uS，占空比為95％的控制脈沖供給整形驅動電路2中的Q4；同時輸出高電平，使二極管D5點亮，指示工作狀態。如果電池實測電壓高于設定的浮充電壓，則輸出高電平使二極管D6點亮，同時單片機U1輸出在周期不變的情況下階梯式的減少脈沖寬度(占空比)，最小占空比減少到5％，如果此時電池端電壓還繼續上升超過限定電壓時，單片機U1的端口Pwm1停止輸出，電子開關3關斷，沒有脈沖電流加到被修復的電池兩端，電池端電壓回落。
由單片機U1輸出的PWM脈沖經整形驅動電路2中的電阻R6、R7、三極管Q4倒相放大。由電阻R8、電容C8、觸發器U3組成的加速及整形電路2將PWM脈沖再倒相整形后供給電子開關作驅動，控制了開關管Q5不斷的導通與截止，使直流電源6A的直流電流變為受控制的脈沖電流加到被修復蓄電池的兩端。
單片機U1將檢測到的電池實際電壓作A/D轉換后，通過數據端口的連接器CON4與顯示電路4的連接器CON5相互連接，I/O口disp1、disp2與顯示電路4的I/O口disp1、disp2互相連接，并發送通訊數據，使單片機1處理的實時電池端電壓通過顯示電路4中的數碼管顯(圖中DS2A、DS3A、DS4A)示出來，讓用戶直觀的了解電池的修復情況。
本實用新型經使用對比，效果如下與現有小脈沖電流修復裝置比較，由于本實用新型裝置有根據電池電壓和環境溫度自動調節控制修復脈沖電流的單片機U1，所以其初始脈沖電流可以選取很大，達到0.1％～0.5％C10(C10為電池10小時率電流放電的標稱容量)甚至更大，可以加速維修進程。200Ah～1000Ah只需48小時到168小時便可清除干凈電池內部的硫酸鉛結晶。當端電壓達到密封電池析氣電壓時，單片U1會自動的減小控制脈沖的占空比，即減小電流。甚至完全切斷電流，防止過充電對密封電池的損傷；而現有的小電流脈沖修復裝置，由于要顧及后期過充電對電池的影響，其脈沖電流一般選取很小，約0.01％～0.05％C10，自始至終用小脈沖電流對電池進行修復，也能保證電池不會過充電，但是修復效率明顯降低，相同容量的鉛酸蓄電池，往往需要三個月以上才能體現出效果。
權利要求1.大容量密封鉛酸蓄電池的無損修復裝置，包括直流電源電路，其特征在于還包括單片機控制處理電路(1)、PWM波形整形驅動電路(2)、受控電子開關(3)，所述的直流電源電路(6)與所述的受控電子開關(3)相連，并經所述的受控電子開關(3)與被修復的電池(7)相連；所述的單片機控制處理電路(1)經所述的PWM波形整形驅動電路(2)與所述的受控電子開關(3)相連。
2.根據權利要求1所述的大容量密封鉛酸蓄電池的無損修復裝置，其特征是還具有受所述的單片機控制處理電路(1)控制的顯示電路(4)。
3.根據權利要求2所述的大容量密封鉛酸蓄電池的無損修復裝置，其特征是還具有極性保護電路(5)。
4.根據權利要求1或2或3所述的大容量密封鉛酸蓄電池的無損修復裝置，其特征是所述的單片機控制處理電路(1)包括單片機(U1)；由電容(C5、C6)、石英振蕩器(Y1)組成的時鐘電路與單片機(U1)相連；由包括電阻(R1、R2、R3)、電位器(RP1)、穩壓器(U2)組成的電壓基準電路與單片機(U1)相連；由包括電阻(R4、R5)、熱敏電阻(RT1)、電容(C7)組成的環境溫度檢測電路與單片機(U1)相連；由包括電阻(R18、R19、R20、R21)、二極管(D5、D6、D7、D8)組成的狀態指示電路與單片機(U1)相連。
5.根據權利要求4所述的大容量密封鉛酸蓄電池的無損修復裝置，其特征是所述的PWM波形驅動整形電路(2)包括由電阻(R6、R7)、三極管(Q4)組成的倒相放大電路，與所述的單片機(U1)相連；由電阻(R8)、電容(C8)、觸發器(U3)組成的加速及整形電路，其輸入端與倒相放大電路相連，輸出端與受控電子開關(3)相連。
6.根據權利要求4所述的大容量密封鉛酸蓄電池的無損修復裝置，其特征是所述的受控電子開關(3)包括開關管(Q5)，其輸入端與加速及整形電路(2)相連，輸出端與被修復的蓄電池直流供電線路(6)相連。
7.根據權利要求4所述的大容量密封鉛酸蓄電池的無損修復裝置，其特征是所述的顯示電路(4)包括單片機(U6)、石英振蕩器(Y2)、電容(C10、C11)、排阻(PR1)、電阻(R22、R23、R24、R25)、三極管(Q7、Q8、Q9、Q10)、數碼管(DS1A、DS2A、DS3A、DS4A)，單片機(U6)的I/O口和數據口分別與單片機(U1)的相應數據口及I/O口連接。
8.根據權利要求4所述的大容量密封鉛酸蓄電池的無損修復裝置，其特征是所述的極性保護電路(5)包括二極管(D3)、電阻(R9、R10)、三極管(Q6)、二極管(D4)、繼電器(K1)、電阻(R11)、二極管(D10)，二極管(D3)與單片機(U1)相連，所述的繼電器(K1)的常開觸點與電池的受控電子開關(3)相連，以通斷該直流充電電源。
9.根據權利要求4所述的大容量密封鉛酸蓄電池的無損修復裝置，其特征是所述的單片機(U1)同時與多組相同結構的整形驅動電路(2)、電子開關(3)、保護電路(5)和直流電源(6)相連。
專利摘要大容量密封鉛酸蓄電池的無損修復裝置，其特征是主要包括單片機控制處理電路(1)、PWM波形整形驅動電路(2)、受控電子開關(3)，由直流電源電路(6)將直流電供給所述的受控電子開關(3)，經受控電子開關(3)變換成脈沖電流供給被修復的電池(7)；由單片機控制處理電路(1)根據檢測到的被修復電池的電壓、溫度數據輸出波形寬度調節脈沖，經PWM波形整形驅動電路(2)來控制受控電子開關(3)的通斷及控制修復脈沖電流大小。本實用新型輸出峰值脈沖電流可根據蓄電池的端電壓自動調整，使被修復的蓄電池處于能夠接受的最大修復脈沖電流下工作，提高了效率；適用于鉛酸蓄電池生產廠、礦山、汽車維修、電力、通信等部門使用。
文檔編號H02J7/00GK2886825SQ200520144458
公開日2007年4月4日 申請日期2005年12月16日 優先權日2005年12月16日
發明者黎勇昌, 劉國兵, 陸丕清, 許鳳山 申請人:許鳳山