鉛酸蓄電池在線保養裝置的製作方法
2024-02-09 21:29:15
專利名稱：鉛酸蓄電池在線保養裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種鉛酸蓄電池在線保養裝置。
背景技術：
目前，國內以大容量牽引型鉛酸蓄電池作為能源的裝運搬卸機械所佔比例已達到20%。這種機械設備作業任務具有階段性特點，當一次作業任務完成後，該機械設備可能會放置幾天、幾周甚至更長時間。在放置期間鉛酸蓄電池負極板放電產物硫酸鉛就會由微小的顆粒逐漸形成粗大堅硬的硫酸鉛晶體，導致蓄電池容量下降甚至失效，降低了電池的使用壽命。當需要再次使用時，需要更換電池，增加了購置電池的費用，同時廢棄的蓄電池對環境產生汙染。
實用新型內容本實用新型是為了克服現有技術中的不足之處，提供一種鉛酸蓄電池在線保養裝置，以持續給蓄電池充放電脈衝，能夠有效防止鉛酸蓄電池靜止狀態硫化結晶，延長蓄電池的使用壽命，節約使用成本。本實用新型通過下述技術方案實現一種用於鉛酸蓄電池的在線保養裝置，其特徵在於，包括微控制器、電壓檢測模塊、電源模塊、信號指示模塊、驅動模塊、升壓儲能模塊、充電電子開關、放電電子開關和繼電器，所述電壓檢測模塊的輸出端與微控制器的A/D米樣輸入端連接,所述電源模塊的輸出端與所述微控制器的電源輸入端連接，所述微控制器分別通過驅動模塊與信號指示模塊輸入端、充電電子開關控制端、放電電子開關的控制端、繼電器的控制端連接，蓄電池的電源輸出端通過繼電器與充電電子開關的輸入端連接，所述充電電子開關的輸出端與升壓儲能模塊的輸入端連接，所述升壓儲能模塊的輸出端通過放電電子開關與蓄電池的輸入端連接，所述蓄電池的電能輸出端與電源模塊的輸入端連接。所述升壓儲能模塊包括保險絲F1、一級充電電子開關Q5、二級充電電子開關Q3、儲能電容Cl、一級放電電子開關Q6、二級放電電子開關Q2、電流模式升壓控制晶片U2、電感LI、雙肖特基二極體U1、升壓電路電子開關Q1、三極體Q4、電位器R6，保險絲Fl—端與蓄電池的正極連接，另一端與二級充電電子開關Q3的源極連接，所述二級充電電子開關Q3的漏極與升壓電路的電感LI連接，所述二級充電電子開關Q3的柵極通過電阻R34與所述一級充電電子開關Q5的漏極連接，所述一級充電電子開關Q5的柵極通過驅動晶片U4與微控制器的充電控制端連接，所述一級充電電子開關Q5的源極接地；所述雙肖特基二極體Ul的輸出端分別與儲能電容Cl正極端和電阻R3連接，所述儲能電容Cl的負極端接地，所述儲能電容Cl的正極端分別與電阻Rl和二級放電電子開關Q2的源極連接，所述電阻Rl與所述二級放電電子開關Q2的柵極連接，所述二級放電電子開關Q2的漏極通過電阻R9與蓄電池正極連接，所述一級放電電子開關Q6的柵極通過電阻R12和驅動晶片U4與微控制器的放電控制端連接，所述一級放電電子開關Q6的漏極通過電阻R2與所述二級放電電子開關Q2的柵極連接，所述一級放電電子開關Q6的源極接地；所述電流模式升壓控制晶片U2的輸出端通過電阻R4與所述升壓電路電子開關Ql的柵極連接，電阻R3與電位器R6連接，電位器R6 一路通過電阻Rll與晶片U2的電壓反饋端連接，電位器R6另一路通過電阻RlO接地。三極體Q4的基極與電阻R14、電容C6連接，三極體Q4的發射極與電阻R15連接，三極體Q4的集電極與電流模式升壓控制晶片U2的Vref端連接。所述電壓檢測模塊包括鉭電容C10、電容器C11、電阻R26、電阻R27、電阻R29，鉭電容ClO和電容器Cll並聯後一端分別與電阻R26和電阻R27連接，另一端分別與微控制器的接地端和電阻R29連接，所述電阻R26與微控制器的A/D採樣端連接，所述電阻R29與電阻R27連接後與蓄電池正極和負極連接。所述信號指示模塊包括紅色LED燈、綠色LED燈、黃色LED燈、蜂鳴器，所述紅色 LED燈、綠色LED燈、黃色LED燈、蜂鳴器的控制信號輸入端分別與驅動晶片U4的紅色LED燈、綠色LED燈、黃色LED燈、蜂鳴器的控制信號輸出端連接，所述驅動晶片U4的紅色LED 燈、綠色LED燈、黃色LED燈、蜂鳴器的控制信號輸入端分別通過電阻R18、電阻R19、電阻R20、電阻R23與微控制器的紅色LED燈、綠色LED燈、黃色LED燈、蜂鳴器的控制信號輸出端連接。所述的電源模塊包括DC/DC晶片U6和集成穩壓晶片U5，所述DC/DC晶片U6的輸入端與蓄電池的正極和負極連接，所述DC/DC晶片U6的輸出端分別與電流模式升壓控制晶片U2電源輸入端和集成穩壓晶片U5的電源輸入端連接，集成穩壓晶片U5的電源輸出端與微控制器的電源輸入端連接。本實用新型具有下述技術效果 本實用新型的蓄電池保養裝置在微控制器的控制下持續給蓄電池充放電脈衝，能夠有效防止鉛酸蓄電池處於靜止狀態產生硫化結晶，並且當蓄電池電壓較低時，及時報警，防止蓄電池過放電，延長了蓄電池的使用壽命，極大地提高大容量牽引型鉛酸蓄電池的使用效率。而且，節約了蓄電池的購置費用，節約了使用成本，同時，減少廢棄的蓄電池對環境的汙染。
圖I為本實用新型鉛酸蓄電池在線保養裝置的電路原理圖；圖2為電壓檢測模塊的電路圖；圖3為電源模塊的電路圖；圖4為驅動|旲塊和彳目號指旲塊的電路圖；圖5為升壓儲能模塊的電路圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。圖I為本實用新型鉛酸蓄電池在線保養裝置的電路原理圖，包括微控制器、電壓檢測模塊、電源模塊、信號指示模塊、驅動模塊、升壓儲能模塊、充電電子開關、放電電子開關和繼電器，所述電壓檢測模塊的輸出端與微控制器的A/D採樣輸入端連接，所述電源模塊的輸出端與所述微控制器的電源輸入端連接，所述微控制器分別通過驅動模塊與信號指示模塊輸入端、充電電子開關控制端、放電電子開關的控制端、繼電器的控制端連接，蓄電池的電源輸出端通過繼電器與充電電子開關的輸入端連接，所述充電電子開關的輸出端與升壓儲能模塊的輸入端連接，所述升壓儲能模塊的輸出端通過放電電子開關與蓄電池的輸入端連接，所述蓄電池的電能輸出端與電源模塊的輸入端連接。其中，驅動模塊可選用型號為ULN2003的產品。電源模塊將蓄電池的電壓轉換成微控制器工作所需的電壓，為微控制器供電。電壓檢測模塊與蓄電池連接檢測蓄電池的電壓，並將檢測到的蓄電池的電壓輸入到微控制器的A/D採樣輸入端，微控制器對此電壓值進行判斷，當電壓值超出蓄電池正常電壓值範圍時，微控制器通過驅動模塊控制信號指示模塊中相應的指示燈點亮，並斷開主迴路的繼電 器。當電壓值處於蓄電池正常電壓值範圍內時，微控制器通過驅動模塊吸合主迴路上的繼電器，並控制信號指示模塊中相應的指示燈點亮。之後打開充電電子開關，升壓儲能模塊開始工作，將蓄電池兩端的電壓通過Boost升壓電路提升到一定電壓後儲存到電容中，等待一定時間後關閉充電電子開關。然後打開放電電子開關，儲能電容中的高壓電能重新回充到蓄電池中，然後關閉放電電子開關。此過程為一個充放電循環。然後進入下一次充放電循環。微控制器控制充電電子開關和放電電子開關，從而控制充放電脈衝頻率，通過控制充電電子開關和放電電子開關實現控制升壓儲能模塊對蓄電池發出充電脈衝和放電脈衝。本實用新型的裝置中各個模塊可以有多種組成。本實施例中，充電電子開關和放電電子開關分別採用M0SFET。本實施例中的升壓儲能模塊的電路圖如圖5所示，所述升壓儲能模塊包括保險絲F1、一級充電電子開關Q5、二級充電電子開關Q3、一級放電電子開關Q6、二級放電電子開關Q2和Boost升壓電路，所述Boost升壓電路由儲能電容Cl、電流模式控制晶片U2、電感LI、雙肖特基二極體U1、升壓電路電子開關Q1、三極體Q4、電位器R6及電阻R33、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R7、電阻R8、電阻R9、電阻R10、電阻R11、電阻R12、電阻R13、電阻R14、電阻R15、電阻R34、電容C2、電容C3、電容C4、電容C5、電容C6組成。電流模式升壓控制晶片U2選用型號為UC3843的產品。保險絲Fl —端與蓄電池的正極連接，另一端與二級充電電子開關Q3的源極連接，所述二級充電電子開關Q3的漏極與升壓電路的電感LI連接，所述二級充電電子開關Q3的柵極通過電阻R34與所述一級充電電子開關Q5的漏極連接，所述一級充電電子開關Q5的柵極通過驅動晶片U4與微控制器的充電控制端連接，所述一級充電電子開關Q5的源極接地。所述雙肖特基二極體Ul的輸出端分別與儲能電容Cl正極端和電阻R3連接，所述儲能電容Cl的負極端接地，所述儲能電容Cl的正極端分別與電阻Rl和二級放電電子開關Q2的源極連接，所述電阻Rl與所述二級放電電子開關Q2的柵極連接，所述二級放電電子開關Q2的漏極通過電阻R9與蓄電池正極連接，所述一級放電電子開關Q6的柵極通過電阻R12和驅動晶片U4與微控制器的放電控制端連接，所述一級放電電子開關Q6的漏極通過電阻R2與所述二級放電電子開關Q2的柵極連接，所述一級放電電子開關Q6的源極接地。所述電流模式升壓控制晶片U2的輸出端通過電阻R4與所述升壓電路電子開關Ql的柵極連接，電阻R3與電位器R6連接，電位器R6 —路通過電阻Rll與晶片U2的電壓反饋端連接，電位器R6另一路通過電阻RlO接地。三極體Q4的基極與電阻R14、電容C6連接，三極體Q4的發射極與電阻R15連接，三極體Q4的集電極與晶片U2的VMf端連接。在微控制器的控制下，一級充電電子開關Q5導通控制二級充電電子開關Q3導通，蓄電池的電壓通過升壓電路提升後加在儲能電容Cl兩端，對儲能電容Cl進行充電。在微控制器的控制下，一級放電電子開關Q6導通控制三極體Q4導通，儲能電容Cl放電，通過放電迴路的OUT端將能量回充到蓄電池中，完成一個充放電脈衝。微控制器對充放電迴路上的一級充電電子開關Q5和一級放電電子開關Q6進行控制，從而控制二級充電電子開關Q3和二級放電電子開關Q2，實現充放電脈衝頻率的調整，通過調節升壓電路電壓反饋電路上電位器R6的阻值控制充放電脈衝幅值。本實施例中的電壓檢測模塊的電路圖如圖2所示，包括鉭電容C10、電容器Cl I、電阻R26、電阻R27、電阻R29。所述鉭電容ClO和電容器Cll並聯後一端分別與電阻R26和電阻R27連接，另一端分別與微控制器U3的接地端和電阻R29連接，所述電阻R26與微控制 器的A/D採樣端連接，所述電阻R29與電阻R27連接後與蓄電池正極和負極連接。蓄電池電壓通過電阻R29、電阻R27分壓後，電阻R29兩端的電壓引入到控制器A/D採樣端，實現電壓檢測。微控制器U3可選型號為ATmegal6的產品。所述電源模塊的電路圖如圖3所示，包括DC/DC晶片U6、集成穩壓晶片U5，以及組成兩個晶片的外圍電路。DC/DC晶片U6可選北京鑫達飛電子技術開發有限公司型號為DFA5-110S12-5W的產品，集成穩壓晶片U5可選型號為LM7805的產品。所述DC/DC晶片U6的輸入端與蓄電池的正極和負極連接，所述DC/DC晶片U6的輸出端分別與電流模式升壓控制晶片U2電源輸入端和集成穩壓晶片U5的電源輸入端連接，集成穩壓晶片U5的電源輸出端與微控制器的電源輸入端連接。所述DC/DC晶片U6將蓄電池的端電壓轉換成12V電壓，為升壓儲能模塊的電流模式升壓控制晶片U2提供12V工作電源，然後通過集成穩壓晶片U5轉換成5V電壓，為控制器提供電源。所述信號指示模塊和驅動模塊的電路圖如圖4所示，所述信號指示模塊包括紅色LED燈、綠色LED燈、黃色LED燈、蜂鳴器和電阻R25、電阻R28、電阻R32。所述驅動模塊包括驅動晶片U4及外圍電路。驅動晶片U4選用ULN2003的產品。所述紅色LED燈、綠色LED燈、黃色LED燈、蜂鳴器的控制信號輸入端分別與驅動晶片U4的紅色LED燈、綠色LED燈、黃色LED燈、蜂鳴器的控制信號輸出端連接，所述驅動晶片U4的紅色LED燈、綠色LED燈、黃色LED燈、蜂鳴器的控制信號輸入端分別通過電阻R18、電阻R19、電阻R20、電阻R23與微控制器的紅色LED燈、綠色LED燈、黃色LED燈、蜂鳴器的控制信號輸出端連接。信號指示模塊在微控制器的控制下，當裝置接通電源時紅色LED燈亮，當裝置正常工作時綠色LED燈亮，當裝置檢測到蓄電池電壓過低時黃色LED燈亮，且蜂鳴器報警。本實用新型的裝置是以蓄電池為能源的自源裝置，微控制器控制打開充電電子開關通過升壓變換將蓄電池電壓進行提升後的電壓加在儲能電容兩端，對電容進行充電；一定時間後電容中的能量在微控制器的控制下通過放電電子開關回充到蓄電池中，完成一個充放電脈衝，微控制器對充放電電子開關進行控制，將蓄電池的電能儲存在儲能電容中，並實現充放電脈衝頻率的調整。當蓄電池電壓過低、電量不足時，本實用新型的裝置可通過信號指示模塊產生聲光報警，提示人員對蓄電池進行及時充電。本實用新型的蓄電池在線保養裝置能夠有效防止鉛酸蓄電池靜止狀態硫化結晶，極大地提高大容量牽弓I型鉛酸蓄電池的使用效率。
權利要求1.ー種鉛酸蓄電池在線保養裝置，其特徵在幹，包括微控制器、電壓檢測模塊、電源模塊、信號指示模塊、驅動模塊、升壓儲能模塊、充電電子開關、放電電子開關和繼電器，所述電壓檢測模塊的輸出端與微控制器的A/D採樣輸入端連接，所述電源模塊的輸出端與所述微控制器的電源輸入端連接，所述微控制器分別通過驅動模塊與信號指示模塊輸入端、充電電子開關控制端、放電電子開關的控制端、繼電器的控制端連接，蓄電池的電源輸出端通過繼電器與充電電子開關的輸入端連接，所述充電電子開關的輸出端與升壓儲能模塊的輸入端連接，所述升壓儲能模塊的輸出端通過放電電子開關與蓄電池的輸入端連接，所述蓄電池的電能輸出端與電源模塊的輸入端連接。
2.根據權利要求I所述的鉛酸蓄電池在線保養裝置，其特徵在於，所述升壓儲能模塊包括保險絲F1、ー級充電電子開關Q5、ニ級充電電子開關Q3、儲能電容Cl、一級放電電子開關Q6、ニ級放電電子開關Q2、電流模式升壓控制晶片U2、電感LI、雙肖特基ニ極管U1、升壓電路電子開關Q1、三極體Q4、電位器R6，保險絲Fl —端與蓄電池的正極連接，另一端與ニ級充電電子開關Q3的源極連接，所述ニ級充電電子開關Q3的漏極與升壓電路的電感LI連接，所述ニ級充電電子開關Q3的柵極通過電阻R34與所述ー級充電電子開關Q5的漏極連接，所述ー級充電電子開關Q5的柵極通過驅動晶片U4與微控制器的充電控制端連接，所述ー級充電電子開關Q5的源極接地；所述雙肖特基ニ極管Ul的輸出端分別與儲能電容Cl正極端和電阻R3連接，所述儲能電容Cl的負極端接地，所述儲能電容Cl的正極端分別與電阻Rl和ニ級放電電子開關Q2的源極連接，所述電阻Rl與所述ニ級放電電子開關Q2的柵極連接，所述ニ級放電電子開關Q2的漏極通過電阻R9與蓄電池正極連接，所述ー級放電電子開關Q6的柵極通過電阻R12和驅動晶片U4與微控制器的放電控制端連接，所述ー級放電電子開關Q6的漏極通過電阻R2與所述ニ級放電電子開關Q2的柵極連接，所述ー級放電電子開關Q6的源極接地；所述電流模式升壓控制晶片U2的輸出端通過電阻R4與所述升壓電路電子開關Ql的柵極連接，電阻R3與電位器R6連接，電位器R6 —路通過電阻Rll與晶片U2的電壓反饋端連接，電位器R6另一路通過電阻RlO接地。三極體Q4的基極與電阻R14、電容C6連接，三極體Q4的發射極與電阻R15連接，三極體Q4的集電極與電流模式升壓控制晶片U2的Vref端連接。
3.根據權利要求2所述的鉛酸蓄電池在線保養裝置，其特徵在於，所述電壓檢測模塊包括鉭電容C10、電容器C11、電阻R26、電阻R27、電阻R29，鉭電容ClO和電容器Cll並聯後一端分別與電阻R26和電阻R27連接，另一端分別與微控制器的接地端和電阻R29連接，所述電阻R26與微控制器的A/D採樣端連接，所述電阻R29與電阻R27連接後與蓄電池正極和負極連接。
4.根據權利要求3所述的鉛酸蓄電池在線保養裝置，其特徵在於，所述信號指示模塊包括紅色LED燈、綠色LED燈、黃色LED燈、蜂鳴器，所述紅色LED燈、綠色LED燈、黃色LED燈、蜂鳴器的控制信號輸入端分別與驅動晶片U4的紅色LED燈、綠色LED燈、黃色LED燈、蜂鳴器的控制信號輸出端連接，所述驅動晶片U4的紅色LED燈、綠色LED燈、黃色LED燈、蜂鳴器的控制信號輸入端分別通過電阻R18、電阻R19、電阻R20、電阻R23與微控制器的紅色LED燈、綠色LED燈、黃色LED燈、蜂鳴器的控制信號輸出端連接。
5.根據權利要求4所述的鉛酸蓄電池在線保養裝置，其特徵在於，所述的電源模塊包括DC/DC晶片U6和集成穩壓晶片U5，所述DC/DC晶片U6的輸入端與蓄電池的正極和負極連接，所述DC/DC晶片U6的輸出端分別與電流模式升壓控制晶片U2電源輸入端和集成穩 壓晶片U5的電源輸入端連接,集成穩壓晶片U5的電源輸出端與微控制器的電源輸入端連接。
專利摘要本實用新型公開了一種鉛酸蓄電池在線保養裝置，以持續給蓄電池充放電脈衝，能夠有效防止鉛酸蓄電池靜止狀態硫化結晶，延長蓄電池的使用壽命，節約使用成本。電壓檢測模塊的輸出端與微控制器的A/D採樣輸入端連接，電源模塊的輸出端與所述微控制器的電源輸入端連接，微控制器分別通過驅動模塊與信號指示模塊輸入端、充電電子開關控制端、放電電子開關的控制端、繼電器的控制端連接，蓄電池的電源輸出端通過繼電器與充電電子開關的輸入端連接，充電電子開關的輸出端與升壓儲能模塊的輸入端連接，升壓儲能模塊的輸出端通過放電電子開關與蓄電池的輸入端連接，蓄電池的電能輸出端與電源模塊的輸入端連接。
文檔編號H02J7/00GK202423503SQ20112049850
公開日2012年9月5日 申請日期2011年12月5日 優先權日2011年12月5日
發明者朱詩順, 朱道偉, 楊鋼, 駱素君 申請人:朱詩順, 朱道偉, 楊鋼, 駱素君