路燈控制器光伏電池修復裝置的製作方法

2024-03-31 13:06:05

專利名稱：路燈控制器光伏電池修復裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於光伏電池硫化修復技術領域，涉及一種路燈控制器光伏 電池修復裝置。
背景技術：
正常的鉛蓄電池在放電時形成硫酸鉛結晶，充電時比較容易地還原為 鉛。如果電池的使用和維護不善，例如經常充電不足或過放電，負極上就會逐漸形成一種粗 大堅硬的硫酸鉛，這就是硫酸鹽化，簡稱為「硫化」。這種硫酸鉛用常規的方法充電很難還 原，它引起蓄電池容量下降，甚至成為蓄電池壽命終止的原因。輕微的電池硫化，會降低電 池的容量，電池內阻增加，嚴重時則電極失效，充不進電。輕微的電池硫化，尚可用一些方法 使它恢復，嚴重時採用一般的充電方法是不能夠恢復容量的。硫化的電池最明顯的外特徵 是電池容量下降，內阻增加。當然，如果電池失水和正極板軟化也具有這個外特性。鑑別 電池是否硫化的方法，往往是採用脈衝修復儀對電池進行脈衝修復，如果容量上升，就是硫 化，如果沒有一點點容量上升，電池容量下降可能是其它原因產生。目前，電池硫化修復的 方法主要有水療法和大電流充電法。水療法即在電池硫化不太嚴重，可以使用較稀的電解 液，也就是向電池中加水稀釋電解液，以提高硫酸鉛的溶解度，然後進行較長時間充電，可 能得以恢復；大電流充電法即在認為吸附是造成硫酸鹽化的主要原因，則可以用高電流密 度充電(達100mA. /cm2)，在這樣的電流密度下，負極可以達到很負的電勢值，這時遠離零電 荷點，使Φ-Φ(Ο) <0，改變了電極表面帶電的符號，表面活性物質會發生脫附，特別是對 陰離子型的表面活性物質，這種有害的表面活性物質從電極表面上脫附以後，就可以使充 電順利進行，目前國內幾乎沒有人使用這種方法處理不可逆硫酸鹽化，可能出於以下考慮 高電流密度下極化和歐姆壓降增加，這部分能量轉化為熱，使蓄電池內部溫度升高，同時又 有大量的氣體析出，尤其是正極大量氣析出氣體，其衝刷作用易使活性物質脫落。現有技術 的路燈控制裝置，主要由太陽能板、鉛蓄電池、控制器和LED燈頭組成，控制器在白天控制 太陽能板向蓄電池充電，晚上控制蓄電池對LED燈頭進行放電。在陽光充足的情況下，一次 充電可以維持路燈工作一個禮拜以上。其中，鉛蓄電池是整個控制系統中最薄弱的環節， 它的好壞直接影響了控制系統能否正常的工作，由於鉛蓄電池深埋地下，雖然在地底經過 了隔離，但工作條件仍然很惡劣，溫度、溼度，再加上在陰雨天出現的充電不足和由此引起 的過放，這些都很容易引起蓄電池的硫化。這樣大大影響了蓄電池的壽命和增加了維護成 本。由於蓄電池深埋地下，取出來維修也是極其不便的，很多修複方法都很難對地底密封的 電池進行有效的修復。所述的水療法並不能應用，而大電流充電法對供電電源有很高的要 求，路燈控制系統的供電電源是太陽能板，它在一天中的電壓是變化的，並不能長時間穩定 的提供大電流，因此這種方法也受到限制。實用新型內容本實用新型的目的是解決現有技術存在維護成本高、修復難的技術 問題，提供一種路燈控制器光伏電池修復裝置，以克服現有技術的不足。為了實現上述目的，本實用新型路燈控制器光伏電池修復裝置，包括單片機和充 電模塊；其要點是單片機的接口上設有脈衝修復模塊，所述脈衝修復模塊是由開關電路的 輸入輸出端、光耦、推挽電路、MOS開關管和肖特基二極體組成，開關電路的輸入、輸出端分 別通過電阻R12、三極體和電阻R19、電阻R3與光耦連接，開關電路的輸出端與推挽電路的電阻Rl和R18並聯，推挽電路通過電阻R5和RlO與MOS開關管連接，MOS開關管通過導線 與肖特基二極體連接，肖特基二極體的正極與蓄電池的負極連接，蓄電池的正極與太陽能 電池板的正極連接，肖特基二極體的負極通過MOS開關管和太陽能電池板負極相連。所述開關電路的輸入端由電阻R17、R21、R15、R20、R9、R12和三極體Q11、Q9組成， 電阻R17、R21、R15、R20、R9並聯，電阻R21與三極體Qll的基極連接，三極體Qll的集電極 與電阻R15、R20連接，三極體Qll的發射極與三極體Q9的發射極和光耦連接，三極體Q9的 基極與電阻R20連接，三極體Q9的集電極與電阻R9、電阻R12連接。所述開關電路的輸出端由電阻R19、R3、R14、R13、R2和三極體Q10、Q3組成，電阻 R19、R3、R14、R13、R2並聯，電阻R14與三極體QlO的基極連接，三極體QlO的集電極與電阻 R13連接，三極體QlO的發射極與三極體Q3的發射極和電阻R19連接，三極體Q3的基極與 電阻R13連接，三極體Q3的集電極與電阻R2連接。所述推挽電路由電阻Rl、R18和三極體Ql、Q5組成，三極體Ql、Q5的基極分別和 電阻Rl、R18的一端連接，三極體Ql、Q5的集電極分別和電阻Rl、R18的另一端連接，三極 管Ql、Q5的發射極分別和電阻R5連接。本實用新型脈衝修復模塊是和充電模塊集成在一起的，由程序來自動控制。當系 統查知電池老化達到某一程度，系統會啟動脈衝修復功能，來實現電池修復的功能。其工作 原理是由單片機產生的PWM信號經開關電路輸入端經光耦電位將PWM信號隔離，由開關電 路的輸出端通過推挽電路驅動MOS開關管，對蓄電池進行高電壓脈衝充電，擊碎蓄電池負 極端積累的結晶體使其活化，實現修復。本實用新型的特點是1、單片機採用的晶片是目前市場上功能最強大的MCU這款IC能產生精確的PWM控制信號，信號參數脈衝頻率40KHz ；脈衝佔空比軟 件自動調節1 40%之間；充電電流1 3A ；工作電源中午時分陽光最強烈時太陽能電 池板供給的60V電源。2、工作程序化1)、每2個月準備進行修復；2)、檢測蓄電池損壞程度，判斷是否需要修復；3)、如果需要修復，則先使蓄電池充滿電(如果當天沒充滿，當晚以及以後放電都 以1/4功率放電，直至蓄電池充滿電)；4)、判斷太陽能板電壓是否足夠高到能進行修復；5)、如果滿足條件，則進行修復。使控制晶片產生脈衝，開始修復；6)、修復10小時，(每天修復2-5個小時，持續數天)；7)、修復完畢後再次將蓄電池充滿電(如果當天沒充滿，當晚以及以後放電都以 1/4功率放電，直至蓄電池充滿電)；8)、整個過程修復完畢； 9)、系統復位，重新進入正常充電模式。3、脈衝修復裝置的實施提升了路燈控制系統的性能與壽命目前在市場上出現的路燈控制器，基本上沒有加入蓄電池修復這一技術環節，所 以它所控制的太陽能路燈壽命相對而言短很多，一般的質保在1到2年左右，這些路燈控制
4器一般工作的環境都比較惡劣，出現硫化的機率比較大，當硫化情況比較嚴重時，蓄電池容 量顯然不能達到路燈正常的放電要求，此時，就必須更換電池，或者將硫化嚴重的電池從工 作環境中(如地下)取出進行修復，顯然，這是繁瑣而不便的。我公司創新性地將蓄電池修 復這一技術環節加入到了路燈控制器中，在中午陽光最強烈即電池板電壓達到60V時實現 對蓄電池的修復。這一創新很大程度上延長了系統的壽命，不必頻繁地對蓄電池進行修復 和保養。我公司憑藉這一創新可以向客戶鄭重承諾本公司產品質量保證3年，這在行業界 處於領先地位。它的優勢在於第一它可以對地底密封的蓄電池進行修復，而不需要取出蓄電池；第二 脈衝修復法要求的充電電壓要求不高，在50V以上即可，路燈控制系統上的 太陽能板可以滿足這個條件；第三脈衝修復法修復的原理在於擊穿大的硫酸鉛結晶，使其可以再度呈現導電 狀態，所以修復程度很高，在60%以上。本實用新型相比起市面上其他的獨立修復脈衝修復儀，集成在路燈控制器上的修 復模塊有自己的一些特點a.智能化通過檢測蓄電池的損壞程度，自動選擇開啟修復，不需要手動開啟。開啟之後，隨 著修復的進行，脈衝的佔空比是自動調整的，從而保證對蓄電池進行最有效修復。b.效率高普通的修復儀的脈衝頻率在10KHZ左右，修復模塊的脈衝頻率是40KHZ，也就是以 更快的速度去衝擊晶體，再加上脈衝佔空比自動調節，所以修復模塊的修復速度和修復效 率都高於普通修復儀。總之，本實用新型解決了現有技術存在維護成本高、修復難的技術問題。


附圖是本實用新型脈衝修復模塊電路原理示意圖。圖中1、光耦2、接太陽能電池板的正極3、蓄電池4、肖特基二極體5、M0S開關管6、 接太陽能電池板負極7、開關電路的輸入端8、開關電路的輸出端9、推挽電路具體實施方式
根據附圖，本實用新型它包括單片機和充電模塊；單片機的接口上 設有脈衝修復模塊，脈衝修復模塊是由開關電路的輸入輸出端7、8、光耦1、推挽電路9、M0S 開關管5和肖特基二極體4組成，開關電路的輸入、輸出端7、8分別通過電阻R12、三極體 和電阻R19、電阻R3與光耦1連接，開關電路的輸出端8與推挽電路9的電阻Rl和R18並 聯，推挽電路9通過電阻R5和RlO與MOS開關管5連接，MOS開關管5通過導線與肖特基二 極管4連接，肖特基二極體4的正極與蓄電池3的負極連接，蓄電池3的正極與太陽能電池 板的正極2連接，肖特基二極體4的負極通過MOS開關管5和太陽能電池板負極6相連；開 關電路的輸入端由電阻R17、R21、R15、R20、R9、R12和三極體Qll、Q9組成，電阻R17、R21、 R15、R20、R9並聯，電阻R21與三極體Qll的基極連接，三極體Qll的集電極與電阻R15、R20 連接，三極體Qll的發射極與三極體Q9的發射極和光耦連接，三極體Q9的基極與電阻R20 連接，三極體Q9的集電極與電阻R9、電阻R12連接；開關電路的輸出端由電阻R19、R3、R14、 R13、R2和三極體Q10、Q3組成，電阻R19、R3、R14、R13、R2並聯，電阻R14與三極體QlO的 基極連接，三極體QlO的集電極與電阻R13連接，三極體QlO的發射極與三極體Q3的發射 極和電阻R19連接，三極體Q3的基極與電阻R13連接，三極體Q3的集電極與電阻R2連接；推挽電路由電阻R1、R18和三極體Q1、Q5組成，三極體Q1、Q5的基極分別和電阻R1、R18的 一端連接，三極體Q1、Q5的集電極分別和電阻R1、R18的另一端連接，三極體Ql、Q5的發射 極分別和電阻R5連接。 本實用新型脈衝修復法的原理既是按照原子物理學和固體物理學的原理，硫離 子具有5個不同的能級狀態，通常處於亞穩定能級狀態的離子趨向與遷落到最穩定的共價 鍵能級而存在。在最低能級(即共價鍵能級狀態)，硫以包含8個原子的環形分子形式存在， 這8個原子的環形分子模式是一種穩定的組合，難以被打碎，形成電池的不可逆硫酸鹽化 即硫化，多次發生這樣的情況，就形成了一層類似於絕緣層一樣的硫酸鉛結晶，要打碎這些 硫酸鹽層的束縛，就要提升原子的能級到一定的程度，這時候在外層原子加帶的電子被激 活到下一個更高的能帶，使原子之間解除束縛，每一個特定的能級都有唯一的諧振頻率，必 須提供給一些能量，才能夠使的被激活得分子遷移到更高的能級狀態，太低得能量無法達 到躍遷所需要的能量要求，但是，過高的能量會使已經脫離了束縛而躍遷的原子處於不穩 定狀態，又回落到原來的能級，這樣，必須通過多次諧振，使得其中一次脫離了束縛，達到最 活躍的能級狀態而又沒有回落的原來的能級，這樣，就轉化為溶解於電解液的自由離子，而 參與電化學反應，很高的電壓可以實現，就是大電流高電壓充電的方法，諧振也可以實現， 就是脈衝諧波諧振的方法，從固體物理上來講，任何絕緣層在足夠高的電壓下都可以擊穿， 一旦絕緣層被擊穿，粗大的硫酸鉛就會呈現導電狀態，如果對高電阻率的絕緣施加瞬間的 高電壓，也可以擊穿大的硫酸鉛結晶，如果這個高電壓足夠短，並且進行限流，在打穿絕緣 層的條件下，充電電流不大，也不至於形成大量析氣，如果脈衝寬度足夠短，佔空比足夠大， 就可以在保證擊穿粗大硫酸鉛結晶的條件下，同時發生的微充電來不及形成析氣，這樣，實 現了脈衝消除硫化。
權利要求一種路燈控制器光伏電池修復裝置，包括單片機和充電模塊；其特徵是單片機的接口上設有脈衝修復模塊，所述脈衝修復模塊是由開關電路的輸入輸出端、光耦、推挽電路、MOS開關管和肖特基二極體組成，開關電路的輸入、輸出端分別通過電阻R12、三極體和電阻R19、電阻R3與光耦連接，開關電路的輸出端與推挽電路的電阻R1和R18並聯，推挽電路通過電阻R5和R10與MOS開關管連接，MOS開關管通過導線與肖特基二極體連接，肖特基二極體的正極與蓄電池的負極連接，蓄電池的正極與太陽能電池板的正極連接，肖特基二極體的負極通過MOS開關管和太陽能電池板負極相連。
2.根據權利要求1所述的路燈控制器光伏電池修復裝置，其特徵是所述開關電路的輸 入端由電阻 R17、R21、R15、R20、R9、R12 和三極體 Q1UQ9 組成，電阻 R17、R21、R15、R20、R9 並聯，電阻R21與三極體Qll的基極連接，三極體Qll的集電極與電阻R15、R20連接，三極 管Qll的發射極與三極體Q9的發射極和光耦連接，三極體Q9的基極與電阻R20連接，三極 管Q9的集電極與電阻R9、電阻R12連接。
3.根據權利要求1所述的路燈控制器光伏電池修復裝置，其特徵是所述開關電路的輸 出端由電阻R19、R3、R14、R13、R2和三極體Q10、Q3組成，電阻R19、R3、R14、R13、R2並聯， 電阻R14與三極體QlO的基極連接，三極體QlO的集電極與電阻R13連接，三極體QlO的發 射極與三極體Q3的發射極和電阻R19連接，三極體Q3的基極與電阻R13連接，三極體Q3 的集電極與電阻R2連接。
4.根據權利要求1所述的路燈控制器光伏電池修復裝置，其特徵是所述推挽電路由電 阻Rl、R18和三極體Ql、Q5組成，三極體Ql、Q5的基極分別和電阻Rl、R18的一端連接，三 極管Ql、Q5的集電極分別和電阻Rl、R18的另一端連接，三極體Ql、Q5的發射極分別和電 阻R5連接。專利摘要本實用新型公開了一種路燈控制器光伏電池修復裝置，包括單片機和充電模塊；單片機的接口上設有脈衝修復模塊，脈衝修復模塊是由開關電路的輸入輸出端、光耦、推挽電路、MOS開關管和肖特基二極體組成，開關電路的輸入、輸出端分別通過電阻R12、三極體和電阻R19、電阻R3與光耦連接，開關電路的輸出端與推挽電路的電阻R1和R18並聯，推挽電路通過電阻R5和R10與MOS開關管連接，MOS開關管通過導線與肖特基二極體連接，肖特基二極體的正極與蓄電池的負極連接，蓄電池的正極與太陽能電池板的正極連接，肖特基二極體的負極通過MOS開關管和太陽能電池板負極相連。本實用新型解決了現有技術光伏電池存在維護成本高、修復難的技術問題。
文檔編號H01L31/18GK201681960SQ201020202118
公開日2010年12月22日 申請日期2010年5月14日 優先權日2010年5月14日
發明者李京臺, 謝慧 申請人:臨沂巨皇新能源科技發展有限公司