專利名稱：一種多功能鉛酸蓄電池智能維護(hù)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種多功能鉛酸蓄電池的智能維護(hù)設(shè)備，是一種進(jìn)行鉛酸蓄電池容量預(yù)測(cè)和劣化電池容量恢復(fù)的智能維護(hù)設(shè)備。
背景技術(shù)：
鉛酸蓄電池是一種已有一百多年應(yīng)用歷史的儲(chǔ)能元件，由于價(jià)格便宜，性能穩(wěn)定， 技術(shù)和制造工藝成熟，廣泛用于電力、通信、汽車、電動(dòng)車等多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。與普通鉛酸蓄電池相比，閥控密封鉛酸蓄電池由于采用內(nèi)部氧復(fù)合技術(shù)，大大緩解了電解液的損耗，從而使蓄電池在免維護(hù)狀態(tài)下長(zhǎng)期服役，而且具有體積小、防爆、電壓穩(wěn)定、無(wú)污染、重量輕、放電性能高、維護(hù)量小等優(yōu)點(diǎn)。然而，由于蓄電池本身的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝及使用維護(hù)等原因，電池早期失效現(xiàn)象常有發(fā)生，尤其是國(guó)產(chǎn)鉛酸蓄電池，有的只能使用2 3年，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)期壽命。鉛酸蓄電池是一個(gè)復(fù)雜的電化學(xué)體系，蓄電池的性能和壽命取決于制備電極的材料、制造工藝、活性物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)及蓄電池運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)它進(jìn)行快速準(zhǔn)確的容量測(cè)試是非常困難的。由于蓄電池組是由多個(gè)單體電池串聯(lián)組成，蓄電池組的容量是由整組中容量最小的單體決定，蓄電池組中只要存在任何一只落后單體電池，將使整組電池的容量嚴(yán)重下降，直接導(dǎo)致蓄電池組的有效工作時(shí)間減少，從而引發(fā)各種事故。針對(duì)目前的實(shí)際情況，利用現(xiàn)代電池測(cè)量技術(shù)、信息處理技術(shù)、電力電子技術(shù)和微處理器控制技術(shù)，開(kāi)發(fā)出一種能快速、準(zhǔn)確、安全、在線地測(cè)試鉛酸蓄電池健康狀況和實(shí)現(xiàn)劣化電池容量恢復(fù)的多功能鉛酸蓄電池智能維護(hù)設(shè)備，對(duì)延長(zhǎng)鉛酸蓄電池的使用壽命，降低電源系統(tǒng)的故障率，有著十分重要的意義。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種多功能鉛酸蓄電池智能維護(hù)設(shè)備，使這種智能設(shè)備具有鉛酸蓄電池容量預(yù)測(cè)、自動(dòng)充電、恒流放電和劣化蓄電池容量恢復(fù)等多種功能，能快速、準(zhǔn)確、安全、在線地測(cè)試蓄電池健康狀況和實(shí)現(xiàn)劣化蓄電池容量恢復(fù)，從而延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，降低后備電源系統(tǒng)的故障率。為實(shí)現(xiàn)上述目，本實(shí)用新型采用如下方案技術(shù)一種多功能鉛酸蓄電池智能維護(hù)設(shè)備，其特征在于該設(shè)備包括總控單元、充電單元和放電單元，其中所述總控單元由ARM9核心板分別與人-機(jī)界面和RS-485隔離通信模塊相連構(gòu)成，RS-485隔離通信模塊通過(guò)RS-485總線與充電單元和放電單元連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)通信； 所述充電單元包括PIC微處理器、人一機(jī)接口電路、RS-485模塊、電壓電流檢測(cè)模塊和充電模塊，其中PIC微處理器分別與人一機(jī)接口電路、RS-485模塊、電壓電流檢測(cè)模塊和充電模塊連接；所述放電單元包括PIC微處理器、人-機(jī)接口電路、RS-485模塊、電壓電流溫度檢測(cè)模塊、PTC驅(qū)動(dòng)模塊和PTC模塊，其中PIC微處理器分別與人-機(jī)接口電路、RS-485模塊、電壓電流溫度檢測(cè)模塊和PTC驅(qū)動(dòng)模塊連接，PTC模塊和PTC驅(qū)動(dòng)模塊連接。所述PIC微處理器外接了一個(gè)RSM485HT轉(zhuǎn)換模塊將PIC微處理器的串口 TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-485接口電平，實(shí)現(xiàn)所述總控單元與充電單元和放電單元之間的通信；鉛酸蓄電池分別與電壓電流檢測(cè)模塊、充電模塊和電壓電流溫度檢測(cè)模塊連接。所述PTC模塊由若干片PTC熱敏電阻并聯(lián)構(gòu)成；PIC微處理器輸出PWM調(diào)制信號(hào)， 經(jīng)過(guò)光耦隔離和多路電平轉(zhuǎn)換后得到若干路功率放大的PWM信號(hào)；功率放大后的PWM信號(hào)輸入PTC驅(qū)動(dòng)模塊后，控制PTC模塊的若干片PTC熱敏電阻，完成恒流放電。所述總控單元還包括以太網(wǎng)接口和USB接口。所述總控單元負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)充電單元和放電單元的工作，同時(shí)將收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，預(yù)測(cè)蓄電池的剩余容量，實(shí)現(xiàn)劣化蓄電池的多次小電流循環(huán)充放電容量恢復(fù)；充電單元負(fù)責(zé)蓄電池維護(hù)中對(duì)電池進(jìn)行不同模式的充電處理；放電單元負(fù)責(zé)對(duì)蓄電池進(jìn)行恒電流放電?？偪貑卧挠布?shí)現(xiàn)采用了三星公司的S3C2440處理器(ARM9核)，利用ARM9核的快速運(yùn)算能力，在線進(jìn)行蓄電池容量預(yù)測(cè)。根據(jù)容量預(yù)測(cè)理論，利用遺傳算法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行計(jì)算得出蓄電池的剩余容量。人一機(jī)界面選用了 4吋液晶屏，配合6個(gè)按鍵使操作簡(jiǎn)便?？偪貑卧O(shè)計(jì)了以太網(wǎng)接口和USB接口，這些接口保證了在多種情況下，總能與PC 機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，尤其是USB接口能隨時(shí)得到設(shè)備的內(nèi)部數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是( 1)采用多個(gè)微處理器聯(lián)合工作，構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理功能、充電功能和放電功能由三個(gè)單元獨(dú)立完成，各單元可以獨(dú)立工作或聯(lián)機(jī)工作，提高了系統(tǒng)的可靠性和使用靈活性。(2)主控單元采用ARM9嵌入式移動(dòng)計(jì)算平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置、運(yùn)行控制、 蓄電池容量預(yù)測(cè)分析及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理，通信接口包括RS-485、USB和以太網(wǎng)接口，多種外部接口，系統(tǒng)可擴(kuò)展性與升級(jí)能力強(qiáng)。(3)充電單元主電路采用移相控制全橋ZVT-PWM軟開(kāi)關(guān)功率變換技術(shù)，減少了開(kāi)關(guān)過(guò)程損耗，開(kāi)關(guān)頻率可達(dá)200KHz，有效減小變壓器的體積和重量，提高了充電電源的變換效率，并且不會(huì)發(fā)生開(kāi)關(guān)應(yīng)力過(guò)大的問(wèn)題，確保系統(tǒng)安全可靠。(4)設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì)和分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，綜合利用智能預(yù)測(cè)、電力電子和分布式微處理器控制等技術(shù)，具有蓄電池遠(yuǎn)程監(jiān)控、容量快速預(yù)測(cè)、自動(dòng)恒流充放電及劣化電池容量恢復(fù)等多種功能，能夠延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，降低電源系統(tǒng)的故障率。(5)采用智能預(yù)測(cè)算法，容量快速預(yù)測(cè)誤差小于10%，且預(yù)測(cè)精度不會(huì)隨著蓄電池的使用而降低，優(yōu)于國(guó)內(nèi)現(xiàn)有設(shè)備15%的預(yù)測(cè)誤差。

本實(shí)用新型可以通過(guò)附圖給出的非限定性實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明。圖1為基于ARM9平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)框圖；圖2充電單元電路原理框圖；圖3放電單元電路原理框圖；圖中1-總控單元，2-充電單元，3-放電單元，4-人-機(jī)接口電路，5- RS-485模塊，6-人-機(jī)界面，7-ARM9核心板，8- RS-485隔離通信模塊，9- PIC微處理器，10-電壓電流檢測(cè)模塊，11-充電模塊，12-PTC驅(qū)動(dòng)模塊，13-PTC模塊，14-電壓電流溫度檢測(cè)模塊， 15-RS-485 總線，16-以太網(wǎng)接口，17-USB 接口。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)的介紹。參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型主要由三部分構(gòu)成總控單元1、充電單元2和放電單元3。 其中所述總控單元1由ARM9核心板7分別與人-機(jī)界面6和RS-485隔離通信模塊8 相連構(gòu)成，RS-485隔離通信模塊8通過(guò)RS-485總線15與充電單元2和放電單元3連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，完成充放電、容量預(yù)測(cè)及劣化電池容量恢復(fù)處理。該總控單元1的硬件實(shí)現(xiàn)采用了三星公司的S3C2440處理器(ARM9核)，運(yùn)行頻率設(shè)定為405MHz。在所述ARM9核心板7中加入了蓄電池容量分析算法，借助ARM9處理器強(qiáng)大的處理功能，將容量分析軟件移植到ARM9操作系統(tǒng)中，完成容量測(cè)試功能。所述充電單元2包括PIC微處理器9、人-機(jī)接口電路4、RS_485模塊5、電壓電流檢測(cè)模塊10和充電模塊11 ；PIC微處理器9與人-機(jī)接口電路4、RS-485模塊5、電壓電流檢測(cè)模塊10和充電模塊11連接。PIC微處理器9選用的是PIC16F917 ；人-機(jī)接口電路4 選用了一塊122 X 32點(diǎn)陣的圖形IXD顯示器和6個(gè)按鍵，可方便地進(jìn)行各種參數(shù)設(shè)置，讀取運(yùn)行參數(shù)；RS-485模塊5通過(guò)RS-485總線15與總控單元1連接；充電模塊11是執(zhí)行PIC 微處理器9發(fā)出來(lái)的控制命令，為蓄電池提供恒電壓限電流充電，充電模塊11采用軟開(kāi)關(guān)功率變換技術(shù)，變換效率和功率因數(shù)高，對(duì)電網(wǎng)污染??；電壓電流檢測(cè)模塊10通過(guò)微處理器9實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的端電壓、充電電流參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)。放電單元3包括PIC微處理器9，人-機(jī)接口電路4、RS_485模塊5、電壓電流溫度檢測(cè)模塊14、PTC驅(qū)動(dòng)模塊12和PTC模塊13 ；PIC微處理器9與人-機(jī)接口電路4、RS_485 模塊5、電壓電流溫度檢測(cè)模塊14和PTC驅(qū)動(dòng)模塊12連接，PTC驅(qū)動(dòng)模塊12和PTC模塊 13連接。PIC微處理器9同樣采用PIC16F917。PTC模塊13是蓄電池組的放電負(fù)載，選用的是多片PTC并聯(lián)使用。蓄電池分別與電壓電流檢測(cè)模塊10，充電模塊11，電壓電流溫度檢測(cè)模塊14連接。參見(jiàn)圖2沖1(微處理器9選用的是？1(16 917 ；PIC微處理器9的RAO RAl作為 A/D通道，將蓄電池電壓、霍爾傳感器采樣而來(lái)的充電電流分別轉(zhuǎn)換為十位二進(jìn)制數(shù)存儲(chǔ)。 在人-機(jī)接口電路4中，PIC微處理器9的RCO RC5設(shè)為輸入，外接6個(gè)按鍵，分別為4個(gè)方向鍵、確定鍵、取消鍵，用于設(shè)定用戶的參數(shù)，RD設(shè)為輸出，外接IXD顯示屏。PIC微處理器9的RB0-RB2擴(kuò)展TLV5618串行D/A轉(zhuǎn)換器，串行接收RBO送出的數(shù)字信號(hào)，完成D/A轉(zhuǎn)換，將得到的模擬量通過(guò)OUTA和OUTB輸出，為UCC3895提供基準(zhǔn)控制電壓(VKV)和基準(zhǔn)控制電流(VKI)，實(shí)現(xiàn)蓄電池恒電壓限電流充電；RB3、RB4設(shè)為輸出，用于控制主電路通斷 (SWITCH)和驅(qū)動(dòng)報(bào)警設(shè)備(BUZZ)。RB5設(shè)為輸入，接收充電電源送來(lái)的報(bào)警信號(hào)(ALART)。 RSM485HT完成RS485通信接口的電平變換。參見(jiàn)圖3，PIC微處理器9與充電單元2—致。PIC單片機(jī)9的RAO RA2作為A/ D通道，將蓄電池電壓、霍爾傳感器采樣而來(lái)的放電電流和溫度傳感器采樣而來(lái)的機(jī)箱溫度分別轉(zhuǎn)換為十位二進(jìn)制數(shù)存儲(chǔ)；PWM調(diào)制信號(hào)的作用是控制PTC放電電路的功率M0SFET，從而控制放電電流的大小RC5引腳輸出PWM調(diào)制信號(hào)，經(jīng)過(guò)光耦6N137隔離和多路電平轉(zhuǎn)換器⑶4050后得到6路PWM信號(hào)；功率放大后的PWM信號(hào)輸入高速M(fèi)OSFET驅(qū)動(dòng)器TC4421A，驅(qū)動(dòng)3個(gè)并聯(lián)的功率MOSFET管IRFP3710，每一路IRFP3710控制PTC模塊的一個(gè)PTC熱敏電阻，完成恒流放電。PIC微處理器9的引腳REl和RE2通過(guò)分別連接一個(gè)電磁繼電器，進(jìn)行風(fēng)扇和放電管理。
權(quán)利要求1.一種多功能鉛酸蓄電池智能維護(hù)設(shè)備，其特征在于該設(shè)備包括總控單元(1)、充電單元(2)和放電單元(3)，其中所述總控單元(1)由ARM9核心板(7)分別與人-機(jī)界面(6)和RS-485隔離通信模塊 (8)相連構(gòu)成，RS-485隔離通信模塊(8)通過(guò)RS-485總線(15)與充電單元(2)和放電單元 (3)連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；所述充電單元(2)包括PIC微處理器(9)、人一機(jī)接口電路(4)、RS-485模塊(5)、電壓電流檢測(cè)模塊(10)和充電模塊(11)，其中PIC微處理器(9)分別與人一機(jī)接口電路(4)、 RS-485模塊(5)、電壓電流檢測(cè)模塊(10)和充電模塊(11)連接；所述放電單元(3)包括PIC微處理器(9)、人-機(jī)接口電路(4)、RS-485模塊(5)、電壓電流溫度檢測(cè)模塊(14)、PTC驅(qū)動(dòng)模塊(12)和PTC模塊(13)，其中PIC微處理器(9)分別與人-機(jī)接口電路(4)、RS-485模塊(5)、電壓電流溫度檢測(cè)模塊(14)和PTC驅(qū)動(dòng)模塊(12) 連接，PTC模塊(13)和PTC驅(qū)動(dòng)模塊(12)連接；所述PIC微處理器(9)外接了一個(gè)RSM485HT轉(zhuǎn)換模塊將PIC微處理器(9)的串口 TTL 電平轉(zhuǎn)換為RS-485接口電平，實(shí)現(xiàn)所述總控單元(1)與充電單元(2)和放電單元(3)之間的通信；鉛酸蓄電池分別與電壓電流檢測(cè)模塊(10)、充電模塊(11)和電壓電流溫度檢測(cè)模塊 (14)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能鉛酸蓄電池智能維護(hù)設(shè)備，其特征在于所述PTC 模塊(13)由若干片PTC熱敏電阻并聯(lián)構(gòu)成；PIC微處理器(9)輸出PWM調(diào)制信號(hào)，經(jīng)過(guò)光耦隔離和多路電平轉(zhuǎn)換后得到若干路功率放大的PWM信號(hào)；功率放大后的PWM信號(hào)輸入PTC 驅(qū)動(dòng)模塊(12 )后，控制PTC模塊(13 )的若干片PTC熱敏電阻，完成恒流放電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能鉛酸蓄電池智能維護(hù)設(shè)備，其特征在于所述總控單元(1)還包括以太網(wǎng)接口(16)和USB接口(17)。
專利摘要一種用于鉛酸蓄電池容量在線測(cè)試，自動(dòng)恒流充放電以及進(jìn)行劣化蓄電池容量恢復(fù)的多功能智能維護(hù)設(shè)備，包括總控單元，充電單元，放電單元三大部分，每個(gè)單元既可單獨(dú)使用，又可聯(lián)合協(xié)同使用?？偪貑卧?fù)責(zé)協(xié)調(diào)充電單元和放電單元的工作，同時(shí)將收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，預(yù)測(cè)蓄電池的剩余容量，實(shí)現(xiàn)劣化蓄電池的多次小電流循環(huán)充放電容量恢復(fù)；充電單元負(fù)責(zé)蓄電池維護(hù)中對(duì)蓄電池進(jìn)行不同模式的充電處理；放電單元負(fù)責(zé)對(duì)蓄電池進(jìn)行恒電流放電。在總控單元中設(shè)計(jì)了ARM9核心板，將需要PC機(jī)處理的蓄電池容量分析軟件植入其中，實(shí)現(xiàn)了蓄電池組容量的精確估計(jì)。本實(shí)用新型應(yīng)用對(duì)象是鉛酸蓄電池組，能夠在線測(cè)試蓄電池的健康狀況和實(shí)現(xiàn)劣化蓄電池的容量恢復(fù)，延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，降低電源系統(tǒng)的故障率。
文檔編號(hào)G01R31/36GK202103140SQ20112020344
公開(kāi)日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月16日
發(fā)明者曹龍漢, 李建勇, 李銳, 汪帆 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍重慶通信學(xué)院, 重慶東電通信技術(shù)有限公司