專利名稱：一種大容量密封鉛酸蓄電池的在線無源維護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用電子脈沖的方法抑制鉛酸蓄電池極板內(nèi)部生成硫酸鉛結(jié)晶、 逐漸恢復(fù)電池容量用的無源維護(hù)裝置，特別是一種大容量密^f鉛酸蓄電池的在線無 源維護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
目前各通信和電力系統(tǒng)的機(jī)房都需要一組或多組大容量密封式鉛酸蓄電池作 為后備電源，防止市電停電時通信'中斷和系統(tǒng)癱瘓。這些后備電池常年在浮充狀態(tài) 下使用，理論壽命都在IO年以上。但是目前大多數(shù)基站或機(jī)房的大容量密封式鉛 酸蓄電池在投入運行3 5年后便因為容量下降或個別電池端電壓不均衡而需要報 廢?，F(xiàn)有的在線修復(fù)保護(hù)類產(chǎn)品例如中國專利ZL 200520036931.3及ZL 200520146861.7所公開的在線無源維護(hù)裝置，可抑止硫酸鉛生長。但這些裝置的功 能比較單一，電壓過高或過低的電池只能報警處理，未能對電池實現(xiàn)均衡充電管理， 仍有改進(jìn)的必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種大容量密封鉛酸蓄電池的在線無源維護(hù)裝置，本發(fā)明裝 置能保證電池在浮充過程的電壓均衡，并能逐漸恢復(fù)電池的容量，延長在線運行電 池組的使用壽命。
本發(fā)明的目的是按如下的技術(shù)方案實現(xiàn)的。
本發(fā)明是一種大容量密封鉛酸蓄電池的在線無源維護(hù)裝置，其特征是它包括 單片機(jī)電路，欠壓保護(hù)電路，功率輸出電路連接而成，所述的單片機(jī)電路包括單片 機(jī)、時鐘電路、電壓基準(zhǔn)電路、電壓監(jiān)測電路；所述的電壓監(jiān)測電路與電池的正極 相連；所述的欠壓保護(hù)電路的輸入端與電池的正極相連；所述的功率輸出電路的輸 出端與所述的欠壓保護(hù)電路相連；所述的各電路還分別與所述的單片機(jī)的相應(yīng)端口 相連。
所述的單片機(jī)電路還包括信號接收與發(fā)送電路與單片^l的相應(yīng)端口相連。 所述的單片機(jī)電路還包括狀態(tài)顯示電路與單片機(jī)U2的相應(yīng)端口相連。
所述的時鐘電路包括電容、石英晶振； 所述的電壓基準(zhǔn)電路包括電阻、電容C8和穩(wěn)壓器U1; 所述的電壓監(jiān)測電路包括電阻R1、 R2、 R3、 RP2、電容C7。
所述的欠壓保護(hù)電路2包括電阻R20、 R7、電解電容C9，三極管Q1，繼電 器K1和二極管D1，所述的欠壓保護(hù)電路2的輸入端與電池的正極相連，控制端與 單片機(jī)U2的端口RC7相連。
所述的功率輸出電路3包括電容C5、 C6、電阻R4、 R5、 R6、 R15、 R16;電感 Ll、 L2; 二極管D2;所述的功率輸出電路的輸出端與所述的欠壓保護(hù)電路相連， 控制端與單片機(jī)的端口 RC2相連。
所述的信號接收與發(fā)送電路包括電阻Rll， R14、電容CIO、光電耦合器U3、 啟動開關(guān)SW1和輸出插座JK1、 JK2。
所述的狀態(tài)顯示電路包括電阻R17、 R18、 R19、發(fā)光二極管LED2、 LED3。
本發(fā)明的維護(hù)裝置除了有脈沖維護(hù)功能外，還具有電池電壓監(jiān)控功能，當(dāng)所連 接的蓄電池端電壓低于設(shè)定電壓值時，會發(fā)出警示，并且本裝置處于睡眠狀態(tài)以降 低能耗。當(dāng)蓄電池電壓恢復(fù)正常時又能自動正常工作。當(dāng)所連接的蓄電池端電壓高 于設(shè)定電壓值時也會發(fā)出警示，同時啟動放電均衡電路，使升高的端電壓逐漸下降， 保證了整組電池在串聯(lián)浮充過程的電壓均衡和一致。本發(fā)明還可有單機(jī)工作和多機(jī) 輪流工作二種方式，采用輪流工作方式時可以使維護(hù)裝置的能耗降低到N分之一， (N為整組電池組所安裝維護(hù)裝置的總數(shù)量)是抑制在線浮充使用的大容量密封式 鉛酸蓄電池極板產(chǎn)生硫化，保證電池端電壓一致性，延長電池使用壽命的有效方法。
另外，現(xiàn)有技術(shù)的欠壓過壓檢測采用的是穩(wěn)壓二極管的方式，誤差很大；本發(fā)明的 電壓檢測電路采用單片機(jī)的8bit精密A/D轉(zhuǎn)換電路來實現(xiàn)，檢測精度可以控制在 100mV以內(nèi)，完全可以滿足通信、電力系統(tǒng)使用的大容量鉛酸蓄電池在線使用精確 控制浮充電壓的要求。
本發(fā)明的工作過程是當(dāng)被保護(hù)的電池的電壓在單片^L電路設(shè)定的工作電壓范 圍內(nèi)時，從電池取得電能，單片機(jī)的端口RC7輸出高電平，使欠壓保護(hù)電路的控制 管Q1導(dǎo)通，繼電器線圈得電，觸點閉合。同時從單片機(jī)的端口 RC2輸出振蕩脈沖， 經(jīng)電阻R15和電容C5整形加速后，送到功率輸出電路中的電子開關(guān)的控制端，使 在電子開關(guān)的導(dǎo)通與截止期間，具有快速上升沿的開關(guān)脈沖反饋到電池，與電池內(nèi) 部粗大的硫酸鉛結(jié)晶諧振，溶解與還原該粗大的硫酸鉛結(jié)晶體。當(dāng)所連接的蓄電池 端電壓高于設(shè)定電壓值時，單片機(jī)的端口RC2輸出高電平，使功率輸出電路的電子 開關(guān)完全導(dǎo)通，通過負(fù)載電阻R4,R5,R6對被保護(hù)的電池進(jìn)行恒流放電。待蓄電池 端電壓逐漸降低，會自動恢復(fù)到脈沖維護(hù)模式。若蓄電池出現(xiàn)電壓過低時，單片機(jī) 的端口RC7輸出低電平，使欠壓保護(hù)電路的繼電器的觸點釋放，斷開功率輸出電路 的供電，同時單片機(jī)的端口RC2輸出低電平，使功率輸出電路的電子開關(guān)完全截止， 無脈沖輸?shù)焦β瘦敵鲭娐罚瑒t本在線無源維護(hù)裝置處于待禾幾狀態(tài)，保護(hù)電池不會過 放電。
本發(fā)明采用可單機(jī)工作和多機(jī)輪流工作。
綜上所述，本發(fā)明的具有保證電池在浮充過程中的電壓均衡一致，并能逐漸恢 復(fù)電池的容量，延長電池使用壽命等優(yōu)點。


圖l是本發(fā)明的電路方框圖。 圖2是本發(fā)明的電路原理圖。 圖中代號說明
l單片機(jī)電路2欠壓保護(hù)電路 3功率輸出電路 4被維護(hù)的電池 C1 C11電容 D2快恢復(fù)二極管Dl、 D3、 二極管 Fl熱敏電阻 Kl繼電器 SW1、 SW2輕觸開關(guān)JK1、 JK2輸出插座XL1石英晶振
Ll、 L2磁心電感 L2色環(huán)電感 LED1、 3、 4發(fā)光二極管
LED2紅綠雙色發(fā)光二極管 Ql三極管 Rl 20電阻 Ul穩(wěn)壓器U2單片機(jī)(PIC16F73)U3光電耦合器 VT1開關(guān)管(場效應(yīng)管)
Zl穩(wěn)壓管
具體實施方式
-
如圖1為本發(fā)明的電路方框圖，包括單片機(jī)電路l，欠壓保護(hù)電路2，功率輸出 電路3連接而成，所述的單片機(jī)電路1包括單片機(jī)U2、時鐘電路、電壓基準(zhǔn)電路、 電壓監(jiān)測電路；所述的電壓監(jiān)測電路與電池的正極相連；所述的欠壓保護(hù)電路2的 輸入端與電池4的正極相連；所述的功率輸出電路3的輸出端與所述的欠壓保護(hù)電 路2相連；所述的各電路還分別與所述的單片機(jī)U2的相應(yīng)端口相連。
所述的單片機(jī)電路1還包括信號接收與發(fā)送電路與單片機(jī)U2的相應(yīng)端口相連。 所述的單片機(jī)電路1還包括狀態(tài)顯示電路與單片機(jī)U2的相應(yīng)端口相連。
如圖2為本發(fā)明的電路原理圖，圖中具有
時鐘電路，包括電容C1、 C2、石英晶振XL1;
電壓基準(zhǔn)電路，包括電阻RIO、 R13、 RP1、電容C8和穩(wěn)壓器U1;
電壓監(jiān)測電路，包括電阻Rl、 R2、 R3、 RP2、電容C7。電壓監(jiān)測電路與單片 機(jī)U2的RA0端口相連，實時監(jiān)測所連接的蓄電池的端電壓，單片機(jī)U2根據(jù)電池 電壓作出欠壓保護(hù)、過壓放電均衡、以及正常的脈沖維護(hù)三種工作方式的自動切換。
欠壓保護(hù)電路2包括電阻R20、 R7、電解電容C9，三極管Ql，繼電器Kl 和二極管D1，所述的欠壓保護(hù)電路2的輸入端與電池的正極相連，控制端與單片 機(jī)RC7端口相連。
功率輸出電路3包括電容C5、 C6、電阻R4、 R5、 R6、 R15、 R16;電感L1、 L2; 二極管D2;所述的功率輸出電路的輸出端與所述的欠壓保護(hù)電路2相連，控 制端與單片機(jī)的端口 RC2相連。
信號接收與發(fā)送電路包括電阻Rll， R14、電容CIO、光電耦合器U3、啟動開 關(guān)SW1和輸出插座JK1、 JK2;負(fù)責(zé)控制本裝置輪流工作時的觸發(fā)信號接收與發(fā)送
狀態(tài)顯示電路包括電阻R17、 R18、 R19、發(fā)光二極管LED2、 LED3。
其工作過程為將本維護(hù)裝置的接線端子按極性接到電池4的兩端,電池電壓一 路經(jīng)由電感L4、 L3濾波、電阻R8限流、穩(wěn)壓二極管Z1穩(wěn)壓、電容C4濾波后， 到達(dá)單片機(jī)U2的供電腳Vdd及單片機(jī)的復(fù)位端MCLR;單片機(jī)U2自檢后開始工 作，此時電源指示燈LED1點亮，表示供電正常；另一路經(jīng)由電阻RIO、 R13、 RP1、 電容C8和穩(wěn)壓器Ul組成的電壓基準(zhǔn)電路；給予單片機(jī)U2的端口 RA3精密的基 準(zhǔn)電壓；另一路經(jīng)電阻Rll到達(dá)單片機(jī)U2的控制端口RA4，該端口高電平時為單 機(jī)工作模式，當(dāng)按下SW1或接收到另外一臺在線無源維護(hù)裝置發(fā)送的觸發(fā)信號使 該端口變?yōu)榈碗娖綍r，本裝置變?yōu)檩喠鲉庸ぷ髂Ｊ?。電池電壓另外一路?jīng)電阻 Rl、 R2、 R3、 RP2、電容C7組成的電壓監(jiān)測電路，送到單片機(jī)U2的A/D轉(zhuǎn)換輸 入口RA0，以實時監(jiān)測電池4的端電壓，當(dāng)電池端電壓在正常范圍時(本案例設(shè)置 為6.00V 7.05V)單片機(jī)U2的端口 RC5輸出高電平，使LED2中的綠色發(fā)光二極 管點亮；同時單片機(jī)U2的端口RC7輸出高電平，經(jīng)R20到達(dá)Q1基極，使Ql飽 和導(dǎo)通，繼電器K1線圈得電，觸點吸合，電池4的電壓經(jīng)過觸點、電阻R4、 R5、 R6電感L1、 L2后到達(dá)開關(guān)管VT1的漏極，單片機(jī)U2的端口 RC2輸出一個周期 為120uS、幅值5V的振蕩脈沖，經(jīng)R15和C5整形加速后，送到受控的功率輸出電 路3中的電子開關(guān)VT1的控制端，控制電子開關(guān)的通斷。在電子開關(guān)導(dǎo)通期間，電 源經(jīng)電感L2給儲能電容C6充電。電流經(jīng)Kl觸點、電阻R4、 R5、 R6電感L2、 Ll后到負(fù)極，給電池一個急速的放電，由于電流較大，電感L1很快磁飽和，在開 關(guān)管VT1截止期間，儲能電容C6放電；在開關(guān)管VT1截止時，由于電感L1的 自感作用，在電感L1上產(chǎn)生下正上負(fù)的自感電動勢，因為電感L3的感抗很大， 該自感電動勢經(jīng)二極管D2單向整流成頻率8.33KHz、寬度小于5pS、前沿小 于800nS和約3A (視電池容量有不同規(guī)格)的高壓脈沖直流電，經(jīng)Fl加到 電池4兩端。在不斷的脈沖擾動下，破壞了硫酸鉛結(jié)晶形成的條件，并將已生成 的硫酸鉛結(jié)晶逐漸清除。當(dāng)電池4的端電壓高于單片機(jī)U2設(shè)定的電壓7.05V時， 單片機(jī)U2的端口RC5輸出低電平，使LED2中的綠色發(fā)光二極管熄滅；同時單片 機(jī)U2的端口RC4輸出高低電平，使LED2中的紅色發(fā)光二極管閃爍點亮，報警提 示該電池電壓已過高；同時單片機(jī)U2的端口RC2關(guān)閉振蕩脈沖輸出，改為高電平
輸出使受控的功率輸出電路3的電子開關(guān)VT1呈現(xiàn)完全導(dǎo)通狀態(tài)，通過負(fù)載電阻 R4,R5,R6對所被保護(hù)的電池進(jìn)行恒流放電。使升高的端電壓逐漸下降，保證了整組 電池在浮充過程的電壓均衡和一致性。當(dāng)電池4的端電壓降低到6.75V時，自 動退出放電狀態(tài)轉(zhuǎn)為正常的脈沖維護(hù)工作狀態(tài)。在電池4向系統(tǒng)負(fù)載供電并 且端電壓低于6.00V時，單片機(jī)U2的RC4端口輸出低電平，使LED2紅色發(fā)光 二極管點亮；報警提示該電池電壓已過低，單片機(jī)U2的RC7端口輸出低電平使欠 壓保護(hù)電路2的繼電器K1觸點釋放，斷開功率輸出電路3的供電，同時單片機(jī)U2 的端口 RC2輸出低電平，使受控的功率輸出電路3的電子開關(guān)呈現(xiàn)完全截止?fàn)顟B(tài)， 無脈沖輸?shù)焦β瘦敵鲭娐?，則本在線無源維護(hù)裝置處于待機(jī)狀態(tài)，不再消耗電池 4的電能。
需要將所安裝的在線無源維護(hù)裝置設(shè)置為輪流啟動方式工作時，在安裝好輸 出線后，再把信號線從第一個維護(hù)裝置的JK1插孔連接到第二個維護(hù)裝置的JK2插 孔，第二個維護(hù)裝置的JK1插孔連接到第三個維護(hù)裝置的JK2插孔……把最后一個 維護(hù)裝置的JK1插孔連接到第一個維護(hù)裝置的JK2插孔。信號線連接正確后，按下 任意一個維護(hù)裝置的SW1按鈕，該維護(hù)裝置工作一段時間后處于待機(jī)狀態(tài)，同時 單片機(jī)U2的端口RA5發(fā)出觸發(fā)信號，通過電阻R14、插座JK2以及信號線傳輸?shù)?下一個維護(hù)裝置的JK1使光電耦合器U3中的發(fā)光二極管LED4點亮，光電耦合器 U3中的光敏三極管Q3接收到光信號后導(dǎo)通，把該維護(hù)裝置中單片機(jī)U2的RA4 端口拉低為低電位，轉(zhuǎn)為輪流啟動工作方式。依此類推，周而復(fù)始。
權(quán)利要求
1、一種大容量密封鉛酸蓄電池的在線無源維護(hù)裝置，其特征是它包括單片機(jī)電路(1)，欠壓保護(hù)電路(2)，功率輸出電路(3)相互連接而成；所述的單片機(jī)電路(1)包括單片機(jī)(U2)、時鐘電路、電壓基準(zhǔn)電路、電壓監(jiān)測電路；所述的電壓監(jiān)測電路與電池的正極相連；所述的欠壓保護(hù)電路(2)的輸入端與電池的正極相連；所述的功率輸出電路(3)的輸出端與所述的欠壓保護(hù)電路(2)相連；所述的各電路還分別與所述的單片機(jī)(U2)的相應(yīng)端口相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大容量密封鉛酸蓄電池的在線無源維護(hù)裝置，其特征 是所述的單片機(jī)電路(1)還包括信號接收與發(fā)送電路與單片機(jī)(U2)的相應(yīng)端 口相連。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大容量密封鉛酸蓄電池的在線無源維護(hù)裝置，其特征在 于所述的單片機(jī)電路(1)還包括狀態(tài)顯示電路與單片機(jī)(U2)的相應(yīng)端口相連。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1—3所述的任一項大容量密封鉛酸蓄電池的在線無源維護(hù)裝 置，其特征是-所述的時鐘電路包括電容(Cl、 C2)、石英晶振(XL1); 所述的電壓基準(zhǔn)電路包括電阻(RIO、 R13、 RP1)、電容(C8)和穩(wěn)壓器(Ul); 所述的電壓監(jiān)測電路包括電阻(Rl、 R2、 R3、 RP2)、電容(C7)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l一3所述的任一項大容量密封鉛酸蓄電池的在線無源維護(hù)裝 置，其特征是-所述的欠壓保護(hù)電路(2)包括電阻(R20、R7)、電解電容(C9),三極管(Q1)， 繼電器(Kl)和二極管(Dl)，所述的欠壓保護(hù)電路(2)的輸入端與電池的正極 相連，控制端與單片機(jī)的端口 (RC7)相連。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l一3所述的任一項大容量密封鉛酸蓄電池的在線無源維護(hù)裝 置，其特征是所述的功率輸出電路(3)包括電容(C5、 C6)、電阻(R4、 R5、 R6、 R15、 R16); 電感(Ll、 L2); 二極管(D2);所述的功率輸出電路的輸出端與所述的欠壓保護(hù) 電路(2)相連，控制端與單片機(jī)的端口 (RC2)相連。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大容量密封鉛酸蓄電池的在線無源維護(hù)裝置，其 特征是所述的信號接收與發(fā)送電路包括電阻(Rll， R14)、電容(CIO)、光電耦 合器(U3)、啟動開關(guān)(SW1)和輸出插座(JK1、 JK2)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求3所述一種大容量密封鉛酸蓄電池的在線無源維護(hù)裝置，其 特征是所述的狀態(tài)顯示電路包括電阻(R17、 R18、 R19)、發(fā)光二極管(LED2、 LED3)。
全文摘要
一種大容量密封鉛酸蓄電池的在線無源維護(hù)裝置，其特征是包括單片機(jī)電路(1)，欠壓保護(hù)電路(2)，功率輸出電路(3)互相連接而成；所述的單片機(jī)電路(1)包括單片機(jī)(U2)、時鐘電路、電壓基準(zhǔn)電路、電壓監(jiān)測電路；所述的電壓監(jiān)測電路與電池的正極相連；所述的欠壓保護(hù)電路(2)的輸入端與電池的正極相連；所述的功率輸出電路(3)的輸出端與所述的欠壓保護(hù)電路(2)相連；所述的各電路還分別與所述的單片機(jī)(U2)的相應(yīng)端口相連。所述的單片機(jī)電路(1)還包括信號接收與發(fā)送電路與單片機(jī)(U2)的相應(yīng)端口相連。本發(fā)明具有保證電池在浮充過程中的電壓均衡一致，并能逐漸恢復(fù)電池的容量，延長在線運行電池組的使用壽命等優(yōu)點。
文檔編號H01M10/06GK101114725SQ20071014553
公開日2008年1月30日 申請日期2007年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月28日
發(fā)明者林佩環(huán), 進(jìn) 許, 許鳳山, 謝海鵬, 黎勇昌 申請人:許鳳山