專利名稱：一種用于蓄電池在線修復的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及蓄電池維護技術領域，尤其涉及一種用于蓄電池在線修復的裝置。
背景技術：
鉛酸蓄電池是一種應用廣泛的動力電源，具有可靠性好，價格便宜，原材料易得等優(yōu)點。近年來，隨著電動自行車技術的不斷發(fā)展、加上其經(jīng)濟實用又環(huán)保的優(yōu)勢，電動自行車的市場占有率不斷增長，對鉛酸蓄電池的需求不斷增加。蓄電池在使用過程中，如果電池的使用和維護不善，由于不完全放電，過量放電或者在放電狀態(tài)下長時間未使用等原因發(fā)生硫化，基板上形成了粗粒的硫酸鉛結晶，這種結晶導電性差，體積大，結晶后的硫酸鉛充電時不但不能再還原成氧化鉛，還會沉淀附著在電極板上，造成了電極板工作面積下降，電池容量不斷下降，導致蓄電池失效或損壞。蓄電池硫化是不可避免的，但蓄電池失效后，鉛作為重金屬存在毒性，對環(huán)境會產(chǎn)生影響，因此，降低蓄電池的硫化速度，延長蓄電池的使 用壽命，不僅能夠降低運行成本，也能順應環(huán)保的需求。現(xiàn)有的鉛酸蓄電池修復技術，通常都是對電池進行離線修復，如1)采用大電流充電，使大的硫酸鉛結晶產(chǎn)生負阻擊穿來溶解；2)采用脈沖充電法，在充電過程中加入負脈沖，以消除電池負極板硫酸鹽恢復容量；3)添加活性劑的化學方法等。上述蓄電池修復技術，采用添加活性劑的化學方法進行電池修復，修復的效果不明顯；采用大電流充電修復，如充電電流過大，會導致電池發(fā)熱嚴重而導致電池損壞；采用脈沖充電進行修復，成本過高，周期過長，并且存在脈沖頻率相對固定，無法對不同體積的不可逆硫酸鉛晶體共振達到最佳去硫效果的問題，而且，上述方法只能在電池不使用的情況下進行修復，即離線修復，使修復效率低、修復條件局限性大且修復過程復雜。因此，需要一種能夠簡化電池修復過程，具有廣泛適用性的能夠對電池進行在線修復的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題在于提出一種用于蓄電池在線修復的裝置，解決了目前電池修復過程復雜，修復條件局限性大，修復效率低且只能在離線條件下繼續(xù)電池修復的問題。為達到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術方案來實現(xiàn)的一種用于蓄電池在線修復的裝置，所述裝置包括電壓檢測單元、控制單元和雙極性激勵電流單元，所述電壓檢測單元、控制單元和雙極性激勵電流單元依次連接，其中，所述電壓檢測單元用于檢測外部電池提供的電壓信號，所述控制單元根據(jù)所述電壓檢測單元檢測的電壓信號控制所述雙極性激勵電流單元輸出雙極性脈沖電流，對電池進行在線修復。所述控制單元還根據(jù)所述電壓檢測單元檢測的電壓信號控制所述修復裝置的工作狀態(tài)當檢測的外部電池提供的電壓信號小于預設的電壓閾值時，所述控制單元控制所述電池修復裝置不工作；當檢測的外部電池提供的電壓信號大于或等于預設的電壓閾值時，所述控制單元根據(jù)電壓檢測單元檢測的電壓信號調節(jié)雙極性激勵電流單元輸出電流的大小,對電池進行在線修復。所述預設的電壓閾值為不小于電池容量降至額定容量30%時的電壓值。所述雙極性激勵電流單元包括脈沖發(fā)生電路和雙極性電流電路，所述脈沖發(fā)生電路用于產(chǎn)生預設頻率的脈沖驅動波形，所述雙極性電流電路根據(jù)所述脈沖驅動波形產(chǎn)生正負極性的脈沖電流。所述脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生的脈沖驅動波形的頻率不小于20kHz。所述雙極性電流電路產(chǎn)生的正負極性的脈沖電流的幅值不小于50mA。所述正極性脈沖電流上升時間小于3 μ S，負極性脈沖電流上升時間小于3 μ S。
本發(fā)明的技術方案，根據(jù)檢測的外部電池提供的電壓信號，控制雙極性激勵電流單元輸出大小可調的雙極性脈沖電流，對電池進行在線修復的同時，將釋放的部分電能對電池進行反饋充電，減少了電池的能量損耗，明顯提高了修復效果；此外，所述裝置具有低電壓閾值檢測功能，能夠有效防止電池的過放電，從而保護了電池。本發(fā)明的技術方案電池修復過程簡單，修復條件適用性強，修復效率高且能夠實現(xiàn)在任何條件下對電池進行在線修復。


圖I為本發(fā)明實施例的用于蓄電池在線修復的裝置結構框圖；圖2為本發(fā)明實施例的輸出的雙極性脈沖電流示意圖；圖3為本發(fā)明實施例的利用修復裝置進行修復對電池容量的影響效果圖。
具體實施例方式為詳細說明本發(fā)明的技術內(nèi)容、所實現(xiàn)目的及效果，以下結合實施方式并配合附圖予以詳細說明。本發(fā)明的蓄電池在線修復裝置可應用于任何采用鉛酸蓄電池進行供電的裝置或設備。圖I為本發(fā)明實施例的用于蓄電池在線修復的裝置結構框圖。如圖I所示，所述電池修復裝置包括電壓檢測單元101、控制單元102和雙極性激勵電流單元103，其中，所述電壓檢測單元101用于檢測外部提供的電池的電壓信號，所述控制單元102根據(jù)所述電壓檢測單元101檢測的電壓信號控制所述修復裝置的工作狀態(tài)，并根據(jù)所述電壓檢測單元101檢測的電壓信號控制所述雙極性激勵電流單元103輸出大小可調的雙極性脈沖電流，對電池進行在線修復。其中，所述控制單元102根據(jù)所述電壓檢測單元101檢測的電壓信號控制所述修復裝置的工作狀態(tài)當檢測的外部電池提供的電壓信號小于預設的電壓閾值時，所述控制單元控制所述電池修復裝置不工作；當檢測的外部電池提供的電壓信號大于或等于預設的電壓閾值時，所述控制單元根據(jù)電壓檢測單元檢測的電壓信號調節(jié)雙極性激勵電流單元輸出電流的大小，對電池進行在線修復。所述電壓閾值可根據(jù)實際情況進行設定，為了保證電池在安全范圍內(nèi)工作，本實施例中預設的電壓閾值為不小于電池容量降至額定容量30%時的電壓值，有效保護了電池，防止電池由于電壓過低而造成的過放電。電池容量是放電電流(充電電流)與放電持續(xù)時間(充電持續(xù)時間)的乘積。通常，電池容量較高時，電池輸出的電壓信號較高，隨著電池容量的降低，電池輸出的電壓信號會有所降低。雙極性激勵電流單元103包括脈沖發(fā)生電路1031和雙極性電流電路1032，所述脈沖發(fā)生電路1031用于產(chǎn)生預設頻率的脈沖驅動波形，所述雙極性電流電路1032根據(jù)所述脈沖驅動波形產(chǎn)生正負極性的脈沖電流。脈沖發(fā)生電路1031產(chǎn)生一定頻率的脈沖驅動信號，經(jīng)實驗驗證，當脈沖驅動信號頻率大于20kHz時，對電池的修復效果比較明顯；如果脈沖信號頻率過大，將增加電池的能量消耗。因此，本發(fā)明實施例中，脈沖發(fā)生電路1031產(chǎn)生的脈沖信號的頻率不小于20kHz。雙極性電流單元1032用于根據(jù)脈沖發(fā)生電路1031產(chǎn)生的脈沖驅動信號產(chǎn)生正負極性的脈沖電流，對電池進行在線修復。雙極性脈沖電流對電池進行在線修復的同時，將釋放的部分電能對電池進行反饋充電，減少了電池的能量損耗，電池修復效果比較明顯。因 此，本發(fā)明實施例中采用上升沿陡峭的正脈沖電流對電池進行在線修復的同時，還有上升沿陡峭的負脈沖電流對電池進行在線修復并反饋充電，減少了電池能量損耗，提高了電池的修復效果。為了保證電池在線修復的效果，本發(fā)明實施例中所述雙極性脈沖電流的幅值不小于 50mAο所述雙極性脈沖電流單個正極性脈沖電流的上升時間小于3 μ S，負極性脈沖電流的上升時間小于3 μ S。通過實驗驗證，如脈沖電流的上升時間過長，上升邊沿越平時，對電池的修復效果不明顯；如脈沖上升時間短，上升邊沿越陡時，脈沖電流中含有的高頻諧波更充分，對電池的修復效果比較明顯，但是脈沖上升時間過短對器件的要求也相應提高，采用本實施例中上升時間范圍，在不更新現(xiàn)有器件的基礎上，使電池在線修復的效果最優(yōu)。本發(fā)明所述的蓄電池修復裝置控制電池進行在線修復的過程如下當電壓檢測單元檢測的外部電池提供的電壓高于額定電壓時，電池容量較高，此時控制單元控制所述修復裝置工作，根據(jù)檢測到的電池電壓信號雙極性激勵電流單元輸出大小可調的雙極性脈沖電流對電池進行在線修復；當檢測的外部電池提供的電壓低于預設的電壓閾值時，即電池容量低于電池額定容量的30%時的電壓值的情況下，控制單元控制修復裝置停止工作，以避免電池過放電。其中，所述電壓閾值可根據(jù)實際情況進行調整，一般不小于電池額定容量的30%時的電壓值。在對電池修復的過程中，控制單元根據(jù)檢測的外部提供的電池電壓控制脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生預設頻率的脈沖驅動信號，雙極性電流電路根據(jù)所述脈沖驅動信號產(chǎn)生大小可調的正負極性的脈沖電流，所述正負極性脈沖電流的大小通過幅值調整電路進行調整。圖2為本發(fā)明實施例的輸出的雙極性脈沖電流示意圖。如圖2所示，Ip為正極性脈沖電流，In為負極性電流，F(xiàn)ch為電流的頻率，Ton為正極性脈沖電流上升時間,Toff^負極性脈沖電流下降時間。為了使單個脈沖電流中含有更多的高次諧波，提高電池在線修復的效果，本實施例中正極性脈沖電流上升沿時間Ton控制在3μ s以下，所以單個正極性脈沖電流波形的寬度則小于6μ S，以此來進行對硫化晶體擊穿的工作；同時，負極性脈沖電流波形的下降時間Toff控制在3μ s以下，所以單個負極性脈沖電流波形的寬度小于6μ S，以此電流來對硫化晶體擊穿的同時還可以對電池進行反饋充電，降低電池的能量損耗，延長了電池的使用壽命，提高了電池的工作效率。本實施例中雙極性激勵電流單元輸出觸發(fā)邊沿陡峭的雙極性脈沖電流，利用正極性脈沖電流的觸發(fā)邊沿中包含的高頻成分擊碎硫化晶體，利用負極性脈沖電流的觸發(fā)邊沿中包含的高頻成分擊碎硫化晶體的同時還可以給電池進行反饋充電，進一步降低了電池的能量損耗，提高了修復效果及電池單次充電進行電池修復的利用率，可以使電池的使用壽命提升30% 40%。本發(fā)明的技術方案，在脈沖驅動波形頻率一定的情況下，采用雙極性脈沖電流對電池進行修復的效果明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術中采用單極性脈沖電流的修復效果，原因在于脈沖驅動波形頻率一定的情況下，采用單極性脈沖電流時，脈沖電流具有I個上升沿和I個下降沿，對電池進行在線修復，而采用雙極性脈沖電流時，脈沖電流有2個上升沿和2個下降沿，對電池進行修復，提高了電池修復效率，同時，其中一路脈沖還可以將消耗的電能對 電池進行反饋充電，使單位時間內(nèi)電池作用于電池修復裝置的耗電量減少，如利用現(xiàn)有的修復裝置采用單極型脈沖電流進行電池修復時，電池作用于修復裝置的放電電流為30mA，而用本發(fā)明的修復裝置采用雙極性脈沖電流進行電池修復時，電池作用于修復裝置的放電電流只需要10mA，同樣時間內(nèi)，消耗的電池能量減小為原來的1/3，提高了電池單次充電的修復利用率。圖3為本發(fā)明實施例的利用修復裝置進行修復對電池容量的影響效果圖。設電池額定容量是48V/20Ah，由于電池長時間使用或維護不當導致電池容量在充滿的情況下只能達到9Ah左右。利用本發(fā)明的修復裝置對電池進行修復實驗如圖3所示，實驗在統(tǒng)一的室溫條件(23度到25度)下進行，第一次實驗利用本發(fā)明的修復裝置對電池進行修復，持續(xù)時間為I周，測得電池容量達到IOAh ；第二次實驗利用本發(fā)明的修復裝置對電池進行修復，持續(xù)時間為2周，測得電池容量達到12Ah ；第三次試驗利用本發(fā)明的修復裝置對電池進行修復，持續(xù)時間為3周，測得電池容量達到13. 2Ah ；第四次實驗利用本發(fā)明的修復裝置對電池進行修復，持續(xù)時間為4周，測得電池容量達到14Ah ；通過實驗可知，利用本發(fā)明的電池修復裝置對電池進行修復，修復的時間越長，電池容量恢復的越高直至到達電池的額定容量。此外，在實際應用中，所述修復裝置還可能包括恒定電流單元，用于產(chǎn)生恒定電流，與雙極性脈沖電流單元產(chǎn)生的正負極性脈沖電流同時對電池進行在線修復。本發(fā)明雙極性脈沖電流方案是為了減少電池的損耗，可以理解為將恒定電流損耗降到了更低，甚至到O。所述電池修復裝置具有低電壓檢測功能，當電壓檢測單元檢測的外部提供的電池電壓小于預設的閾值時，控制單元控制所述電池修復裝置停止工作，能夠有效防止電池過放電對電池產(chǎn)生影響，從而保護電池。此處電池電壓閾值的設置可以根據(jù)電池本身的特點或者根據(jù)實際需要進行設置。本發(fā)明的技術方案，所述裝置根據(jù)檢測的外部電池提供的電壓信號，控制雙極性激勵電流單元輸出大小可調的雙極性脈沖電流，對電池進行在線修復的同時，將釋放的部分電能對電池進行反饋充電，減少了電池的能量損耗，明顯提高了修復效果；此外，所述裝置具有低壓閾值檢測功能，能夠有效防止電池過放電，從而保護了電池。本發(fā)明的技術方案電池修復過程簡單，修復條件適用性強，修復效率高且能夠實現(xiàn)在任何條件下對電池進行在線修復，可將電池的使用壽命提升30% 40%，降低了成本。上述僅為本發(fā)明的較佳實施例及所運用技術原理，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明披露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。·
權利要求
1.一種用于蓄電池在線修復的裝置，所述裝置包括電壓檢測單元、控制單元和雙極性激勵電流單元，所述電壓檢測單元、控制單元和雙極性激勵電流單元依次連接，其中，所述電壓檢測單元用于檢測外部電池提供的電壓信號，所述控制單元根據(jù)所述電壓檢測單元檢測的電壓信號控制所述雙極性激勵電流單元輸出雙極性脈沖電流，對電池進行在線修復。
2.根據(jù)權利要求I所述的用于蓄電池在線修復的裝置，其特征在于，所述控制單元還根據(jù)所述電壓檢測單元檢測的電壓信號控制所述修復裝置的工作狀態(tài)當檢測的外部電池提供的電壓信號小于預設的電壓閾值時，所述控制單元控制所述電池修復裝置不工作；當檢測的外部電池提供的電壓信號大于或等于預設的電壓閾值時，所述控制單元根據(jù)電壓檢測單元檢測的電壓信號調節(jié)雙極性激勵電流單元輸出電流的大小，對電池進行在線修復。
3.根據(jù)權利要求2所述的用于蓄電池在線修復的裝置，其特征在于，所述預設的電壓閾值為不小于電池容量降至額定容量30%時的電壓值。
4.根據(jù)權利要求I所述的用于蓄電池在線修復的裝置，其特征在于，所述雙極性激勵電流單元包括脈沖發(fā)生電路和雙極性電流電路，所述脈沖發(fā)生電路用于產(chǎn)生預設頻率的脈沖驅動波形，所述雙極性電流電路根據(jù)所述脈沖驅動波形產(chǎn)生正負極性的脈沖電流。
5.根據(jù)權利要求4所述的用于蓄電池在線修復的裝置，其特征在于，所述脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生的脈沖驅動波形的頻率不小于20kHz。
6.根據(jù)權利要求4所述的用于蓄電池在線修復的裝置，其特征在于，所述雙極性電流電路產(chǎn)生的正負極性的脈沖電流的幅值不小于50mA。
7.根據(jù)權利要求4所述的用于蓄電池在線修復的裝置，其特征在于，所述正極性脈沖電流上升時間小于3 μ S，負極性脈沖電流上升時間小于3 μ S。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于蓄電池在線修復的裝置，該裝置根據(jù)檢測的外部電池提供的電壓信號控制雙極性激勵電流單元輸出大小可調的雙極性脈沖電流，對電池進行在線修復的同時，將釋放的部分電能對電池進行反饋充電，減少了電池的能量損耗，明顯提高了修復效果；此外，所述裝置具有低壓閾值檢測功能，能夠有效防止電池過放電，從而保護了電池。本發(fā)明的技術方案電池修復過程簡單，修復條件適用性強，修復效率高且能夠實現(xiàn)在任何條件下對電池進行在線修復，可將電池的使用壽命提升30%～40%。
文檔編號H02J7/00GK102903978SQ201210378810
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月8日 優(yōu)先權日2012年10月8日
發(fā)明者蔡文強 申請人:邁為電子技術(上海)有限公司