本實(shí)用新型涉及鉛酸電池領(lǐng)域,尤其涉及一種鉛酸電池延壽、修復(fù)裝置。
背景技術(shù):
鉛酸電池是一種電極主要由鉛及其氧化物制成,電解液是硫酸溶液的蓄電池。鉛酸電池放電狀態(tài)下,正極主要成分為二氧化鉛,負(fù)極主要成分為鉛;充電狀態(tài)下,正負(fù)極的主要成分均為硫酸鉛。鉛酸電池在使用過程中進(jìn)行放電和充電的過程會(huì)因?yàn)楦鞣N原因產(chǎn)生硫化,導(dǎo)致鉛酸電池使用壽命大大縮短。產(chǎn)生硫化的主要原因是電池的自放電和電池內(nèi)部發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)都會(huì)生成PbSO4晶體,從而使得依附在正負(fù)極板上的PbSO4晶體重結(jié)晶,轉(zhuǎn)為不可逆轉(zhuǎn)的PbSO4晶體。此外,電池內(nèi)部的其他柵板上的金屬元素如Sn、Al、Cd、Ba、As、Se、Mn也會(huì)在充放電過程中參加反應(yīng),有的失去電子(氧化)有的得到電子(還原),其中S、Cu、H、Ag等比Pb活性差的微量活性物質(zhì)產(chǎn)生硫化,從而產(chǎn)生S8、CuS、Ag2S、SeS、SnS、CdS、MnS等物質(zhì),這些硫化物包裹著PbSO4,形成通常所說的硫酸鉛結(jié)晶體。因?yàn)镃u和Ag等金屬元素的活性非常的差,所以CuS、Ag2S很難電解分離,具有穩(wěn)定的分子結(jié)構(gòu)很難被打破,導(dǎo)致被包裹住的PbSO4不能氧化還原成Pb2+和SO42-離子進(jìn)入電解質(zhì)中再次反應(yīng)?,F(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于鉛酸電池的保養(yǎng)修復(fù)通常只針對(duì)電池的修復(fù)階段,導(dǎo)致鉛酸電池在使用過程中得不到有效的防硫化處理,影響用戶的使用。
現(xiàn)有技術(shù)中缺少針對(duì)鉛酸電池持續(xù)進(jìn)行保養(yǎng)修復(fù)的裝置,并且現(xiàn)有技術(shù)中的鉛酸電池修復(fù)裝置僅能夠通過單一頻率范圍的脈沖波對(duì)鉛酸電池進(jìn)行修復(fù),其僅僅能夠打散少部分的極板沉積,保養(yǎng)修復(fù)效果差。此外,現(xiàn)有技術(shù)中鉛酸電池保養(yǎng)修復(fù)裝置不能夠在電池使用過程中進(jìn)行使用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足,本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠抑制大部分硫化物產(chǎn)生,增強(qiáng)鉛酸電池充放電效果,能夠有效的修復(fù)舊電池的鉛酸電池延壽、修復(fù)裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述目的,本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種鉛酸電池延壽、修復(fù)裝置,包括穩(wěn)壓電源模塊、單片機(jī)控制模塊、掃頻脈沖波生成模塊、電池狀態(tài)識(shí)別模塊和光電耦合模塊,所述單片機(jī)控制模塊分別與掃頻脈沖波生成模塊、穩(wěn)壓電源模塊、電池狀態(tài)識(shí)別模塊、LED信號(hào)顯示模塊、光電耦合模塊電路連接;
所述穩(wěn)壓電源模塊用于連接鉛酸蓄電池,并將鉛酸電池輸出的不穩(wěn)定的直流電源轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的交流電源輸出給單片機(jī)和掃頻脈沖波生成模塊;
所述單片機(jī)控制模塊用于根據(jù)電池狀態(tài)識(shí)別模塊識(shí)別到的電壓控制掃頻脈沖波生成模塊的運(yùn)行;
所述掃頻脈沖波生成模塊用于生成掃頻脈沖波,所述掃頻脈沖波為頻率在峰值到谷值改變的脈沖波;
所述光電耦合模塊用于將掃頻脈沖波生成模塊輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào),在輸出到鉛酸蓄電池的一端將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出給鉛酸蓄電池;
所述掃頻脈沖波生成模塊包括第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)、第四開關(guān)、電容、電感和二極管,所述第一開關(guān)與穩(wěn)壓電源并聯(lián)電連接,所述第二開關(guān)和第四開關(guān)并聯(lián)電連接,所述第二開關(guān)和第四開關(guān)的一端與第一開關(guān)與穩(wěn)壓電源的一端電連接,所述電容的兩端分別與第二開關(guān)和第一開關(guān)電連接,所述電感的兩端分別與第四開關(guān)和穩(wěn)壓電源模塊電連接,所述第三開關(guān)的兩端分別與電容的正極和負(fù)極電連接。
進(jìn)一步的,還包括LED信號(hào)顯示模塊,所述LED信號(hào)顯示模塊與單片機(jī)控制模塊電連接,所述LED信號(hào)顯示模塊位于單片機(jī)控制模塊和電池狀態(tài)識(shí)別模塊之間。
進(jìn)一步的,所述LED信號(hào)顯示模塊包括第一LED信號(hào)電路開關(guān)、第二LED信號(hào)電路開關(guān)、第三LED信號(hào)電路開關(guān)和第四LED信號(hào)電路開關(guān),所述第一LED信號(hào)電路開關(guān)、第二LED信號(hào)電路開關(guān)、第三LED信號(hào)電路開關(guān)和第四LED信號(hào)電路開關(guān)分別串聯(lián)電連接有開關(guān)電阻。
采用上述結(jié)構(gòu)后,本實(shí)用新型有益效果為:
(1)本實(shí)用新型通過電池狀態(tài)識(shí)別模塊識(shí)別鉛酸電池的工作電壓,單片機(jī)控制模塊根據(jù)工作電壓控制掃頻脈沖波生成模塊產(chǎn)生掃頻脈沖波輸入到鉛酸蓄電池中作用到極板上,其中單片機(jī)控制掃頻脈沖波生成模塊產(chǎn)生的脈沖波類型、范圍、方向和幅度根據(jù)工作電壓的改變,能夠根據(jù)鉛酸電池的不同工作狀態(tài)產(chǎn)生不同類型的脈沖波對(duì)極板作用,能夠與各種不同的極板沉積物產(chǎn)生諧振從而抑制多種硫化物的沉積,延長(zhǎng)了鉛酸電池的使用壽命。
(2)本實(shí)用新型通過穩(wěn)壓電源直接連接在鉛酸蓄電池上工作,通過穩(wěn)壓電源將不穩(wěn)定的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的交流電源,并且在鉛酸電池使用過程中依然能夠正常使用對(duì)鉛酸電池進(jìn)行保養(yǎng)延壽。
(3)本實(shí)用新型通過掃頻脈沖波對(duì)鉛酸電池極板進(jìn)行脈沖處理,能夠與電池極板上的多種沉淀物發(fā)生諧振,增強(qiáng)混亂度,將多種沉淀物打散,使得極板上活性物質(zhì)與電解液能夠充分接觸反應(yīng),確保鉛酸電池的使用效果。
(4)本實(shí)用新型能夠通過單片機(jī)控制掃頻脈沖生成模塊生成中高頻的掃頻脈沖波對(duì)鉛酸電池的極板進(jìn)行脈沖處理,能夠與各種不同的極板沉積物產(chǎn)生諧振打散。并且根據(jù)電池的工作電壓識(shí)別鉛酸電池的充電和浮充過程,采用不同頻率的掃頻脈沖波進(jìn)行修復(fù)電池極板,使得沉積在極板表面的晶體表層被打開,極板得以充分與電解液接觸,包裹在晶體層內(nèi)部的PbSO4結(jié)晶得以重新轉(zhuǎn)化為細(xì)小、電化學(xué)活性高的可逆硫酸鉛,同時(shí)減少蓄電池的析氣率,防止過充電。
附圖說明
圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2是本實(shí)用新型中的掃頻脈沖波生成模塊的結(jié)構(gòu)示意圖.
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。
為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式,對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的具體實(shí)施方式僅用以解釋本實(shí)用新型,并不用于限定本實(shí)用新型。
本具體實(shí)施方式披露了一種鉛酸電池延壽、修復(fù)裝置,包括穩(wěn)壓電源模塊、單片機(jī)控制模塊、掃頻脈沖波生成模塊、電池狀態(tài)識(shí)別模塊和光電耦合模塊,單片機(jī)控制模塊分別與掃頻脈沖波生成模塊、穩(wěn)壓電源模塊、電池狀態(tài)識(shí)別模塊、LED信號(hào)顯示模塊、光電耦合模塊電路連接。其中,穩(wěn)壓電源模塊用于連接鉛酸蓄電池,并將鉛酸電池輸出的不穩(wěn)定的直流電源轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的交流電源輸出給單片機(jī)和掃頻脈沖波生成模塊。單片機(jī)控制模塊用于根據(jù)電池狀態(tài)識(shí)別模塊識(shí)別到的電壓控制掃頻脈沖波生成模塊的運(yùn)行。在本實(shí)用新型的另一個(gè)具體實(shí)施方式中,單片機(jī)控制模塊可以采用帶ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī),這樣能夠通過識(shí)別鉛酸電池的工作電壓。此時(shí)單片機(jī)控制模塊同時(shí)作為電池狀態(tài)識(shí)別模塊。
掃頻脈沖波生成模塊用于生成掃頻脈沖波,掃頻脈沖波為頻率在峰值到谷值改變的脈沖波??尚械模瑓⒖磮D2掃頻脈沖波生成模塊包括第一開關(guān)1、第二開關(guān)2、第四開關(guān)4、電容6、電感7和二極管8,第一開關(guān)1與穩(wěn)壓電源5并聯(lián)電連接,第二開關(guān)2和第四開關(guān)4并聯(lián)電連接,第二開關(guān)2和第四開關(guān)4的一端與第一開關(guān)1與穩(wěn)壓電源5的一端電連接。電容6的兩端分別與第二開關(guān)2和第一開關(guān)1電連接,電感7的兩端分別與第四開關(guān)4和穩(wěn)壓電源模塊5電連接。參看圖2,是產(chǎn)生掃頻脈沖波的掃頻脈沖波生成模塊的結(jié)構(gòu)圖,當(dāng)電路中第四開關(guān)4閉合,第一開關(guān)1和第二開關(guān)2斷開時(shí),穩(wěn)壓電源5通過第四開關(guān)4向電容6充電,形成負(fù)脈沖。而當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)1閉合,第二開關(guān)2和第四開關(guān)4斷開時(shí),電容6中的能量通過第一開關(guān)向電感7充電。當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)1、第二開關(guān)2和第四開關(guān)4斷開時(shí),電容6和電感7中的能量通過二極管8向穩(wěn)壓電源5充電,形成正脈沖。通過單片機(jī)控制模塊對(duì)形成負(fù)脈沖和形成正脈沖之間的時(shí)間進(jìn)行控制即可實(shí)現(xiàn)頻率自動(dòng)改變,即自動(dòng)掃頻效果。在單片機(jī)控制模塊設(shè)定的范圍進(jìn)行頻率自動(dòng)改變,掃頻脈沖波對(duì)鉛酸電池極板進(jìn)行作用,能夠抑制極板上可能沉積大部分沉積物的積聚,確保鉛酸電池的使用效果,延長(zhǎng)鉛酸電池的使用壽命。
其中,當(dāng)電池狀態(tài)識(shí)別模塊檢測(cè)到電流方向?yàn)檎娏髁飨驎r(shí),此時(shí)鉛酸電池處于正常放電狀態(tài)。此時(shí),通過單片機(jī)控制模塊選擇第一脈沖波進(jìn)行脈沖處理,脈沖方式為諧振鋸齒波,波形為尖脈沖,脈沖方向?yàn)檎?fù)方向交替脈沖波,幅度為±0.02C,第一脈沖波的頻率范圍為100Hz-1KHz,第一脈沖波的掃頻周期為每掃頻1次停頓1秒,首次掃頻周期為1秒,之后每個(gè)周期結(jié)束停頓1秒。因?yàn)榉烹姞顟B(tài)電池會(huì)大量生成PbSO4與極板上原有的PbSO4形成晶粒粗大、質(zhì)地堅(jiān)硬的硫酸鉛,正向中低頻掃頻脈沖沖擊新生成的PbSO4使得其結(jié)構(gòu)松散有較大的表面積在充電時(shí)易分解,同時(shí)不會(huì)與極板上的PbSO4緊密結(jié)合形成硫化,并且脈沖也抑制了其他活性金屬雜質(zhì)發(fā)生硫化反應(yīng)。
當(dāng)電池狀態(tài)識(shí)別模塊檢測(cè)到電流方向?yàn)檎娏髁飨蚯毅U酸電池電壓小于21V時(shí),此時(shí)鉛酸電池處于過放電狀態(tài)。通過單片機(jī)控制模塊選擇第二脈沖波進(jìn)行脈沖處理,脈沖方式為諧振鋸齒波,波形為尖脈沖,脈沖方向?yàn)檎?fù)方向交替脈沖波,幅度為±0.02C,第二脈沖波的頻率范圍為10Hz-100Hz,第二脈沖波的掃頻周期為每掃頻1次停頓1秒。過放電過程對(duì)電池來講這是過渡放電,對(duì)電池的損害是致命的。當(dāng)蓄電池被過度放電時(shí),會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部有大量的硫酸鉛被吸付到電池的負(fù)極表面,形成電池負(fù)極的硫化。采用低頻脈沖在不損害電池極板的情況下,使得極板減少產(chǎn)生晶粒粗大、質(zhì)地堅(jiān)硬的硫酸鉛,從而減少硫化的產(chǎn)生。
當(dāng)電池狀態(tài)識(shí)別模塊在持續(xù)10秒的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到的電流強(qiáng)度<±0.0001C時(shí),此時(shí)鉛酸電池處于靜止?fàn)顟B(tài)。此時(shí),通過單片機(jī)控制模塊選擇第三脈沖波進(jìn)行脈沖處理,脈沖方式為諧振鋸齒波,波形為尖脈沖,脈沖方向?yàn)檎?fù)方向交替脈沖波,幅度為±0.02C,第三脈沖波的頻率范圍為10Hz-1kHz,第三脈沖波的掃頻周期為每掃頻2次停頓1秒。鉛酸電池的靜止?fàn)顟B(tài)對(duì)于鉛酸電池本身來說其實(shí)并非是完全靜止?fàn)顟B(tài),其內(nèi)部會(huì)發(fā)生自放電過程,并且在自放電過程中會(huì)形成。采用雙向低頻掃頻脈沖抑制電池的自放電反應(yīng)過程中的硫化效應(yīng),脈沖將HSO4-轉(zhuǎn)變?yōu)镠+與SO42-離子使得電解液不易沉淀形成電池內(nèi)部的回路,從而有效的抑制了電池自放電反應(yīng)的進(jìn)行,并且及時(shí)將由自放電形成的PbSO4轉(zhuǎn)換成Pb2+和SO42-,阻止活性的硫酸鉛就會(huì)再次結(jié)晶成為較大不可逆的晶體顆粒。
當(dāng)電池狀態(tài)識(shí)別模塊檢測(cè)到電壓發(fā)生突變時(shí),此時(shí)鉛酸電池處于恢復(fù)狀態(tài),即鉛酸電池突然改變狀態(tài)是,例如突然拔掉充電器或者突然插上充電器。此時(shí),通過單片機(jī)控制模塊選擇第四脈沖波進(jìn)行脈沖處理,脈沖方式為諧振鋸齒波,波形為尖脈沖,脈沖方向?yàn)檎?fù)方向交替脈沖波,幅度為±0.02C,第四脈沖波的頻率范圍為10Hz-1kHz,第四脈沖波的掃頻周期為每掃頻2次停頓1秒。在充電停止后的負(fù)恢復(fù)和負(fù)載釋放后的正恢復(fù)期,極板周圍也逐漸積聚大量帶電離子,包圍住極板,使極板被隔離,阻止后續(xù)帶電離子到達(dá)活性物質(zhì)。采用雙向中高頻掃頻脈沖加速聚集在陰極的部分電子回到陽極,使得蓄電池達(dá)到氧化還原平衡,兩極電勢(shì)快速達(dá)到相等,預(yù)防反應(yīng)突變過程中的硫化產(chǎn)生。而在放電停止后的正恢復(fù)和負(fù)載釋放后的負(fù)恢復(fù)期,極板周圍也逐漸積聚大量帶電離子,包圍住極板,使極板被隔離,阻止后續(xù)帶電離子到達(dá)活性物質(zhì)。采用雙向中高頻掃頻脈沖加速正極的部分電子回到負(fù)極,使得蓄電池達(dá)到氧化還原平衡,兩極電勢(shì)快速達(dá)到相等,預(yù)防反應(yīng)突變過程中的硫化產(chǎn)生。可行的,正常充電狀態(tài)和過充電狀態(tài)時(shí)也可以通過掃頻產(chǎn)生脈沖波進(jìn)行預(yù)防硫化物的產(chǎn)生。
當(dāng)?shù)谒拈_關(guān)4閉合,第一開關(guān)1、第二開關(guān)2和第三開關(guān)3斷開,電池5通過第四開關(guān)4向電容6充電,電容6充電后,第三開關(guān)3閉合,第一開關(guān)1、第二開關(guān)2和第四開關(guān)4斷開,電容6中的電能通過第三開關(guān)3釋放,電池5中將產(chǎn)生單向負(fù)脈沖。通過單片機(jī)控制模塊對(duì)形成負(fù)脈沖的時(shí)間進(jìn)行控制即可實(shí)現(xiàn)頻率自動(dòng)改變,即自動(dòng)掃頻效果。在單片機(jī)控制模塊設(shè)定的范圍進(jìn)行頻率自動(dòng)改變,掃頻脈沖波對(duì)鉛酸電池極板進(jìn)行作用,能夠與電池極板上的多種沉淀物發(fā)生諧振,增強(qiáng)混亂度,將多種沉淀物打散,使得極板與電解液能夠充分接觸反應(yīng),確保鉛酸電池的使用效果,修復(fù)舊鉛酸電池。
其中,當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到電流方向?yàn)樨?fù)電流流向時(shí),此時(shí)鉛酸電池處于正常充電狀態(tài)。此時(shí),通過單片機(jī)控制模塊選擇第一脈沖波進(jìn)行脈沖處理,選擇第一脈沖波進(jìn)行脈沖處理,脈沖方式為諧振鋸齒波,波形為尖脈沖,第一脈沖波的脈沖方向?yàn)樨?fù)方向,第一脈沖波的頻率范圍為1KHz-10KHz,脈沖幅度為-0.08C,第一脈沖波的掃頻周期為每掃頻2次停頓1秒。充電過程是鉛酸電池將硫化打散的最佳時(shí)機(jī),采用中高頻掃頻脈沖協(xié)助電解液內(nèi)部離子運(yùn)動(dòng),利用高頻脈沖所產(chǎn)生諧波震蕩沖擊正負(fù)極板,更大程度地使得Pb離子的價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)換,預(yù)防部分PbSO4沒有參與反應(yīng)即得失電子而沉積在極板上。
當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到的電流方向?yàn)樨?fù)電流流向,且電流強(qiáng)度<-0.015C時(shí),此時(shí)鉛酸電池處于過充電狀態(tài)。此時(shí),通過單片機(jī)控制模塊選擇第二脈沖波進(jìn)行脈沖處理,脈沖方式為諧振鋸齒波,波形為尖脈沖,第二脈沖波的脈沖方向?yàn)樨?fù)方向,第二脈沖波的頻率范圍為+/-15KHz至+/-25KHz,脈沖幅度為-0.025C,第二脈沖波的占空比為25%,第二脈沖波的掃頻周期為每掃頻2次停頓2秒。采用中高頻掃頻脈沖得到極高頻率的諧波震蕩沖擊已經(jīng)沉積在鉛板上的PbSO4結(jié)晶,打開結(jié)晶外層的部分金屬硫化物如(S8、CuS、Ag2S、SeS、SnS、CdS、MnS等)及包裹內(nèi)不易分解的PbSO4結(jié)晶。從而使得鉛酸電池的有效電容量得到回復(fù)增加,使舊鉛酸電池得到修復(fù),使用壽命得到延長(zhǎng)。
光電耦合模塊用于將掃頻脈沖波生成模塊輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào),在輸出到鉛酸蓄電池的一端將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出給鉛酸蓄電池。可行的,光電耦合模塊通過一光電耦合器實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換??梢酝ㄟ^將發(fā)光二極管和光敏三極管封裝在一起組成光電耦合器。發(fā)光二極管把輸入的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)傳給光敏管轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出,由于沒有直接的電氣連接,這樣既耦合傳輸了信號(hào),能夠避免短路,將從鉛酸電池輸入的電信號(hào)和裝置的輸出端進(jìn)行電氣隔離。
可行的,在本實(shí)用新型的另一個(gè)具體實(shí)施方式中,在電池狀態(tài)識(shí)別模塊和單片機(jī)控制模塊之間還可以設(shè)置有一LED信號(hào)顯示模塊,LED信號(hào)顯示模塊與單片機(jī)控制模塊電連接,LED信號(hào)顯示模塊位于單片機(jī)控制模塊和電池狀態(tài)識(shí)別模塊之間。
LED信號(hào)顯示模塊包括第一LED信號(hào)電路開關(guān)、第二LED信號(hào)電路開關(guān)、第三LED信號(hào)電路開關(guān)和第四LED信號(hào)電路開關(guān),第一LED信號(hào)電路開關(guān)、第二LED信號(hào)電路開關(guān)、第三LED信號(hào)電路開關(guān)和第四LED信號(hào)電路開關(guān)分別串聯(lián)電連接有開關(guān)電阻。第一LED信號(hào)電路開關(guān)、第二LED信號(hào)電路開關(guān)、第三LED信號(hào)電路開關(guān)和第四LED信號(hào)電路開關(guān)分別通過串聯(lián)的發(fā)光二級(jí)管來指示工作狀態(tài),第一LED信號(hào)電路開關(guān)、第二LED信號(hào)電路開關(guān)、第三LED信號(hào)電路開關(guān)和第四LED信號(hào)電路開關(guān)連接的發(fā)光二極管采用不同顏色的樹脂外殼進(jìn)行包覆,從而區(qū)分不同的工作狀態(tài)。各個(gè)二級(jí)管的工作電壓不同并且與鉛酸電池各個(gè)工作狀態(tài)的工作電壓等同。在本實(shí)用新型的另一具體實(shí)施方式中,還可以通過在固定裝置的外殼上設(shè)置指示工作狀態(tài)的字樣來區(qū)分鉛酸電池的各個(gè)工作狀態(tài)。
以上所述,僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案所做的其它修改或者等同替換,只要不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神和范圍,均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。