大容量密封鉛酸蓄電池無源保護器的製作方法
2023-05-13 23:26:36
專利名稱：大容量密封鉛酸蓄電池無源保護器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用電子脈衝的方法抑制並逐漸清除大容量密封式鉛酸蓄電池極板內部生成硫酸鉛結晶，恢復電池容量的無源保護器，特別是大容量密封鉛酸蓄電池無源保護器。
背景技術：
大容量密封式鉛酸蓄電池通常作為各類大功率不間斷電源(UPS)的後備電源，常年串聯在浮充狀態下工作，理論壽命應該是很長的，但是由於受氣候環境、頻繁停電而充電不足或充電不均衡的影響，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，對已生成硫酸鉛結晶引起容量下降的電池，往往採取後期修復或更換的方法來解決。用於抑制硫酸鉛結晶生成的小功率無源保護器由於脈衝電流及幅值較小，用於大容量密封式鉛酸蓄電池上不能起到明顯作用。另外，保護修復時，需使用外部直流電源，增加設備投資。
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源保護器，可無需外部電源，利用被保護電池本身的直流電源，通過大電流可變振蕩脈衝，在安全工作電壓範圍下，快速進行電池的保護；有效防止極板生成的硫酸鉛結晶體，本實用新型可利用輪流啟動方式，進行多臺同時在線互相沒有幹擾地工作，是抑制大容量密封式鉛酸蓄電池極板產生硫化，延長電池使用壽命的有效方法。
本實用新型的目的是按如下的技術方案實現的。本實用新型為一種大容量密封鉛酸蓄電池無源保護器，其特徵在於它包括欠壓過壓保護電路，脈衝振蕩與脈衝整形電路，功率輸出電路依次連接而成，當被保護的電池的電壓處於所述的欠壓過壓保護電路的工作電壓範圍內時，所述的欠壓過壓保護電路從所述的電池取得電能，經所述的脈衝振蕩電路與脈衝整形電路，使其中的振蕩電路起振，輸出振蕩脈衝，經整形加速後，送到所述的功率輸出電路的控制端，使其中的電子開關導通，將脈衝電流作用到電池，以溶解與還原硫酸鉛結晶體；當所述的電池的電壓高於或低於所述的欠壓過壓保護電路的工作電壓範圍時，將使所述的脈衝振蕩與脈衝整形電路中的振蕩電路停止振蕩，無脈衝輸到功率輸出電路，則保護器處於待機狀態。
所述的欠壓過壓保護電路包括穩壓二極體Z2、Z3；開關二極體D4、D7；三極體Q2、Q3；施密特觸發器U1A以及電阻R4、R5、R8、R9、R10、R11、R12；所述的欠壓過壓保護電路的輸入端與電池的正極相連，輸出端與脈衝振蕩與脈衝整形電路的振蕩部分相連。
所述的脈衝振蕩與脈衝整形電路包括電容C1、電阻R6、R7、二極體D3；施密特觸發器U1B-U1F，所述的脈衝振蕩與脈衝整形電路的輸出端與功率輸出電路的輸入端相連。
所述的功率輸出電路包括電感L1、L3、電容C2、二極體D2、開關管Q1、電阻R1；所述的功率輸出電路的輸出端與被修復電池4相連。
本實用新型利用被保護的蓄電池本身的電能進行工作，無需使用外部直流電源。通過振蕩電路產生一個特定頻率的脈衝波形。經脈衝波形整形電路整形後供給電子開關，通過儲能電感產生具有快速上升沿的電子脈衝，再反饋輸送到蓄電池，在脈衝擾動下破壞了硫酸鉛結晶形成的條件，使電池極板始終呈現全新的狀態，延長電池的使用壽命。
本實用新型的工作過程是當被保護的電池的電壓在欠壓過壓保護電路的工作電壓範圍內時，從電池取得電能，脈衝振蕩電路中的觸發器U1B起振工作，輸出振蕩脈衝，經觸發器U1C～U1F整形加速後，送到受控功率輸出電路中的電子開關的控制端，使在電子開關的導通於截止期間具有快速上升沿的開關脈衝中的諧波成分與電池內部粗大的硫酸鉛結晶諧振，在瞬間脈衝電流的作用下，溶解與還原粗大的硫酸鉛結晶體。在被保護電池的電壓高於或低於欠壓過壓保護電路的工作電壓範圍時，將迫使振蕩電路停止振蕩，無脈衝輸到開關管控制極，開關關斷，保護器處於待機狀態，不再消耗電池的電能，保護電池不會過放電。
綜上所述，本實用新型採用欠壓過壓保護電路、脈衝振蕩與脈衝整形電路、功率輸出電路，無需外部電源，利用被保護電池本身的直流電源，通過大電流可變振蕩脈衝，在安全工作電壓範圍下，快速進行電池的保護；有效防止極板生成的硫酸鉛結晶體，使電池極板始終呈現全新的狀態，延長電池的使用壽命。本實用新型可以多臺同時在線工作，互相沒有幹擾，所產生的修復脈衝也在後備電源系統允許的安全範圍之內，不會對系統產生幹擾。本實用新型是抑制大容量密封式鉛酸蓄電池極板產生硫化，延長電池使用壽命的有效方法。
圖1是本實用新型的電路方框圖。
圖2是本實用新型的電路原理圖。
圖中代號說明1欠壓過壓保護電路2脈衝振蕩與脈衝整形電路3功率輸出電路4被修復的電池C1～C4電容 D2快恢復二極體D3、D4、D7二極體 F1熱敏電阻L1、L3電感 L2色環電感LED1發光二極體 Q1開關管(電子開關)Q2、Q3三極體R1～12電阻 U1施密特觸發器Z1～Z3穩壓二極體具體實施方式
圖1所示是本實用新型大容量密封鉛酸蓄電池無源保護器的電路方框圖，圖中示有欠壓過壓保護電路1，脈衝振蕩與脈衝整形電路2，功率輸出電路3依次連接而成，當被保護的電池4的電壓處於所述的欠壓過壓保護電路1的工作電壓範圍內時，所述的欠壓過壓保護電路1從所述的電池4取得電能，經所述的脈衝振蕩電路與脈衝整形電路2，使其中的振蕩電路起振，輸出振蕩脈衝，經整形加速後，送到所述的功率輸出電路3的控制端，使其中的電子開關導通，將脈衝電流作用到被保護的電池4，以溶解與還原硫酸鉛結晶體；當所述的電池4的電壓高於或低於所述的欠壓過壓保護電路1的工作電壓範圍時，將使所述的脈衝振蕩與脈衝整形電路2中的振蕩電路停止振蕩，無脈衝輸到功率輸出電路3，則本無源保護器處於待機狀態。
圖2是本實用新型的電路原理圖，圖中所示的欠壓過壓保護電路1包括穩壓二極體Z2、Z3；開關二極體D4、D7；三極體Q2、Q3；施密特觸發器U1(本實施例採用CD40106)中的觸發器U1A，以及電阻R4、R5、R8、R9、R10、R11、R12；所述的欠壓過壓保護電路1的輸入端與電池4的正極相連，輸出端與脈衝振蕩與脈衝整形電路2的振蕩部分相連。觸發器U1A的1、2腳(即CD40106的A、G A腳)位於三極體Q2集電極與二極體D4之間。
所述的脈衝振蕩與脈衝整形電路2包括電容C1、電阻R6、R7、開關二極體D3；施密特觸發器U1中的觸發器U1B-U1F，所述的脈衝振蕩與脈衝整形電路2的輸出端8腳(即CD40106的J.D腳)與功率輸出電路3的輸入端相連。
所述的功率輸出電路3包括電感L1、L3、電容C2、二極體D2、開關管Q1、電阻R1；所述的功率輸出電路3的輸出端與被修復電池4相連。
其工作過程為將本無源保護器的接線端子按極性接到電池4的兩端，電池電壓一路經由電感L2、電容C4濾波後到達欠壓過壓保護電路1；另一路經過電感L2、電容C4、電阻R2、穩壓二極體Z1、電容C3組成的濾波穩壓裝置濾波穩壓後供給施密特觸發器U1；當電池4的電壓低於穩壓二極體Z2、Z3的穩壓值時，無電壓到三極體Q2、Q3的基極，三極體截止，觸發器U1A的1腳為高電位，2腳低電位，二極體D4正偏導通將振蕩器U1B的輸入端拉為低電位，觸發器U1B停振無波形送到驅動電路及電子開關管Q1(場效應管VTI630)的控制極，開關管Q1截止，整機處於待機狀態，這是欠壓保護的工作過程。當電池4的電壓高於穩壓二極體Z2穩壓值時，穩壓二極體Z2反向擊穿，電壓經R9、R10分壓後使三極體Q2導通，把觸發器U1A的1腳拉為低電位，2腳高電位。二極體D4不能導通，電池電壓通過R6、電容C1網絡使振蕩器產生一個周期為120uS，幅值≥5V的振蕩脈衝經驅動整形電路U1C～U1F整形後，送到開關管Q1的控制極，控制電子開關的通斷。在電子開關導通期間，電源經電感L3給儲能電容C2充電。電流經L3、L1、K1、R1到負極，給電池一個短速的放電，LED1點亮。由於電流較大，電感L1很快磁飽和，在開關管Q1截止期間，儲能電容C2放電，在開關管Q1截止時由於電感L1的自感作用在電感L1上產生下正上負的自感電動勢，因為電感L3的感抗很大，經二極體D2單向整流成頻率8.33KHz、寬度小於5μS、前沿小於800nS和約3A(視電池容量有不同規格)的高壓脈衝直流電經F1加到電池兩端。在脈衝擾動下破壞了硫酸鉛結晶形成的條件，並將已生成的硫酸鉛結晶逐漸清除。當電池電壓高於穩壓二極體Z3的穩壓值時，穩壓二極體Z3反向擊穿，電壓經R11、R12分壓後使三極體Q3導通，把三極體Q2基極拉為低電位，三極體Q2截止，觸發器U1A的1腳為高電位，2腳低電位。二極體D4導通迫使振蕩電路停振，保護器也處於待機狀態，這是過壓保護的工作過程。
權利要求1.一種大容量密封鉛酸蓄電池無源保護器，其特徵在於它包括欠壓過壓保護電路(1)，脈衝振蕩與脈衝整形電路(2)，功率輸出電路(3)依次連接而成，當被保護的電池(4)的電壓處於所述的欠壓過壓保護電路(1)的工作電壓範圍內時，所述的欠壓過壓保護電路(1)從所述的電池(4)取得電能，經所述的脈衝振蕩電路與脈衝整形電路(2)，使其中的振蕩電路起振，輸出振蕩脈衝，經整形加速後，送到所述的功率輸出電路(3)的控制端，使其中的電子開關導通，將脈衝電流作用到電池(4)，以溶解與還原硫酸鉛結晶體；當所述的電池(4)的電壓高於或低於所述的欠壓過壓保護電路(1)的工作電壓範圍時，將使所述的脈衝振蕩與脈衝整形電路(2)中的振蕩電路停止振蕩，無脈衝輸到功率輸出電路(3)，則保護器處於待機狀態。
2.根據權利要求1所述的大容量密封鉛酸蓄電池無源保護器，其特徵是所述的欠壓過壓保護電路(1)包括穩壓二極體(Z2、Z3)；開關二極體(D4、D7)；三極體(Q2、Q3)；施密特觸發器(U1A)以及電阻R4、R5、R8、R9、R10、R11、R12)；所述的欠壓過壓保護電路(1)的輸入端與電池(4)的正極相連，輸出端與脈衝振蕩與脈衝整形電路(2)的振蕩部分相連。
3.根據權利要求1所述的大容量密封鉛酸蓄電池無源保護器，其特徵是所述的脈衝振蕩與脈衝整形電路(2)包括電容(C1)、電阻(R6、R7)、二極體(D3)；施密特觸發器(U1B-U1F)，所述的脈衝振蕩與脈衝整形電路(2)的輸出端與功率輸出電路(3)的輸入端相連。
4.根據權利要求1所述的大容量密封鉛酸蓄電池無源保護器，其特徵是所述的功率輸出電路(3)包括電感(L1、L3)、電容(C2)、二極體(D2)、開關管(Q1)、電阻(R1)；所述的功率輸出電路(3)的輸出端與被修復電池(4)相連。
專利摘要一種大容量密封鉛酸蓄電池無源保護器，其特徵在於包括欠壓過壓保護電路(1)，脈衝振蕩與脈衝整形電路(2)，功率輸出電路(3)，當被保護的電池(4)的電壓處於保護電路(1)的工作電壓範圍內時，保護電路(1)從電池(4)取得電能，經脈衝振蕩電路與脈衝整形電路(2)，使其中的振蕩電路起振，輸出整形加速振蕩脈衝，送到功率輸出電路(3)的控制端，使其將脈衝電流作用到電池(4)，以溶解與還原硫酸鉛結晶體；當電池(4)的電壓高於或低於所述的保護電路(1)的工作電壓範圍時，則保護器處於待機狀態。本實用新型無需外部電源，利用被保護電池本身的直流電源，通過大電流可變振蕩脈衝，安全、快速進行電池的保護；可多臺同時在線無幹擾工作，是抑制電池極板硫化，延長壽命的有效措施。
文檔編號H02H7/18GK2867685SQ20052014686
公開日2007年2月7日 申請日期2005年12月29日 優先權日2005年12月29日
發明者黎勇昌, 劉國兵, 陸丕清, 許鳳山 申請人:許鳳山