【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及蓄电池，尤其涉及一种蓄电池在线整组修复和能量保障装置和方法。
技术介绍
1、铅酸蓄电池是一种电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的一种蓄电池。但铅酸蓄电池使用寿命短是主要短板，彻底解决铅酸蓄电池因为硫化原因导致的使用寿命短、容量下降快的致命缺陷成为蓄电池能量保障技术的一个主要研究方向。
2、铅酸蓄电池的失效跟生成工艺、使用方式、环境等因素都有很大关系。电池的失效是失水伴随硫化造成电池内阻增加，电池受容性降低后充电过程产生热，从而加速失水和硫化，到一定程度后电解液密度过高出现极板软化、腐蚀、鼓包直至电池报废，因此硫化(硫酸铅结晶)是导致电池失效的根本原因。
3、蓄电池硫化的原因包括以下不正常使用：大电流放电、小电流深度放电、充电不及时、长期搁置以及长时间浮充条件下不放电。
4、铅酸蓄电池工作在放电状态时在电解液中会形成硫酸铅，当硫酸铅的浓度达到一定的阈值时就会发生结晶，结晶后的硫酸铅不能再参与到循环反应中，从而造成铅酸蓄电池容量下降。
5、铅酸蓄电池广泛应用于电力、军事、交通、通信、金融行业的电力储能、数据中心和基站以及恶劣环境下运行的各类设备的备用电源，蓄电池人工维护费用高昂，因此对电池的在线维护和通过除硫延长寿命有广泛的市场和技术需求；铅酸蓄电池的在线维护除硫技术在绿色环保发展和社会能源节约方面有着巨大的市场空间和深远社会经济意义。
6、目前常用的维修铅酸蓄电池硫化的方法为高频振谐修复，即通过产生高频共振电流与已经硫化的硫酸铅晶体产生共振，从而击
7、按照原子物理学和固体物理学的原理，硫离子具有5个不同的能级状态，通常处于亚稳定能级状态的离子趋向于迁落到最稳定的共价键能级而存在。在最低能级(即共价键能级状态)，硫以包含8个原子的环形分子形式存在，这8个原子的环形分子模式是一种稳定的组合，难以被打碎，形成电池的不可拟硫酸盐化——硫化。多次发生这样的情况，就形成一层类似于绝缘层的硫酸铅结晶。
8、要打碎这些硫酸盐层的束缚，要提升原子的能级到一定的程度，这时候在外层原子加带的电子被激活到下一个更高的能带，使原子之间解除束缚。每一个特定的能级都有唯一的谐振频率，必须提供给一些能量，才能够使得被激活的分子迁移到更高的能级状态，太低的能量无法达到跃迁所需要得能量要求，但是过高的能量会使已经脱离束缚而跃迁的原子处于不稳定状态，又回落到原来的能级。因此，必须通过多次谐振，使其脱离束缚，达到最活跃的能级状态而又没有回落的原来的能级，这样，就转化为溶解于电解液的自由离子，而参与电化学反应。
9、在修复铅酸蓄电池时，不同硫酸铅晶粒尺寸的晶体，其对应的共振频率也会不同。如果采用前沿陡峭的脉冲电流，利用傅立叶级数进行频率分析可以知道脉冲会产生丰富的谐波成分，其低频部分振幅大，高频部分振幅小。这样，大硫酸铅结晶获得的能量大，小硫酸铅结晶获得的能量小。高频振荡波形修复保养技术原理就是通过运用高频振荡波形能量冲击硫酸铅粗晶粒，使其脉冲频率与硫酸铅结晶体固有频率产生共振，当能量足够时，把蓄电池在实际使用环境下通过充电无法还原的硫酸铅晶体击碎溶解于硫酸电解液，重新参与化学反应，从而延长电池使用寿命，提高电源系统的安全可靠性。
10、现有在线蓄电池整组修复过程中，采用的是将高频振荡波形施加到正在运行的电池组上面，为达到修复目的，高频振荡波形需要具备特征1.足够的能量，2.丰富的频率特性。高频振荡因为其固有的波形特征原因，不可避免地会产生电磁纹波，对连接在电池回路上的其他设备的产生运行安全隐患。
11、为降低纹波干扰对运行设备和环境的影响，传统的降低纹波干扰技术是通过在设备上增加滤波电路来降低纹波影响，但由于前述特征，高频振荡脉冲波形会由不同频率和幅值的波形组成，其低频部分振幅大，高频部分振幅小。这样，才能保证大硫酸铅结晶获得的能量大，小硫酸铅结晶获得的能量小。传统的滤波电路采用固定的滤波电容来进行滤波存在一定的不足：1.高频振荡波形频率前后不同，采用相同的电容不能滤除所有的纹波；2.电池在修复过程中，阻抗在不断的变化，固定的电容不能实现针对不同阻抗情况下的纹波进行滤波。3.依靠电池的固定的直流阻抗不能真实反映电池在高频修复时的高频阻抗，因此选择的滤波电容达不到实际的滤波效果。不适应变化的频率和变化的高频阻抗的单纯的滤波电路，不能完全过滤脉冲波形产生的纹波。因此，如何对当前采用高频振荡波形进行电池除硫的修复技术而衍生的对系统的纹波干扰进行滤除，是制约在线维护技术推广发展的一个关键技术瓶颈，也间接造成了大量的蓄电池资源不能发挥百分百的作用和维护维修费用高昂的结果，与当前绿色环保和能源节约的社会发展思想相悖。
技术实现思路
1、鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种蓄电池在线整组修复和能量保障装置，用以解决现有蓄电池在线修复和能量保障电路工作时产生的纹波对连接在电池组上运行的设备和周围环境的纹波干扰的问题。
2、一方面，本专利技术实施例提供了一种蓄电池在线整组修复和能量保障装置，包括：核心控制处理单元，用于分时控制恒流源功放单元生成施加至整组电池单元中各单体电池的高频复合谐波电流；电池复合谐波高频阻抗测量单元，用于采集与所述高频复合谐波电流相对应的各单体电池的高频电压值并提供给所述核心控制处理单元；所述核心控制处理单元，还用于基于所述高频复合谐波电流和所述高频电压值计算所述整组电池单元中各单体电池的高频阻抗，基于所述整组电池单元中除当前正在修复的单体电池之外其他单体电池的高频阻抗之和以及高频频率计算滤波电容值以实时更新存储器中的滤波电容值，其中，所述滤波电容值在所述整组电池单元的修复过程中随各单体电池的高频阻抗变化而变化；以及同步滤波网络单元，用于基于所述核心控制处理单元的控制，实时接通所述同步滤波网络单元中与所述电容值相匹配的滤波电容器以进行纹波干扰滤波。
3、上述技术方案的有益效果如下：蓄电池能量在线维护装置，既要通过高频复合谐波实现对电池的修复和保养，又要防止高频复合谐波对环境和接入电池的其他电路和电气设备产生纹波干扰影响，因此在设计上需要综合考虑；整组电池单元由各个单体电池组合而成，如果施加单一的高频复合谐波对整组电池同时进行修复和维护，则此波形会同时施加到外部电路上形成纹波干扰，如果加上滤波电容，又会削弱波形信号强度，达不到修复效果，这是一对矛盾。因此本装置分时对整组电池中的各个单体电池进行修复和保养，对单体电池进行高频复合谐波修复，同时通过匹配整组电池阻抗的滤波网络单元对高频复合谐波产生的纹波干扰进行滤波处理，实现了对单体电池的修复保养和对整组电池对外的滤波的统一设计思路和原则。
4、基于上述装置的进一步改进，所述核心控制处理单元，用于在首个修复周期的首个修复循环内，基于所述整组电池单元中除当前正在修复的单体电池之外其他单体电池的默认高频阻抗之和以及高频频率计算初始电容值并将所述初始电容本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种蓄电池在线整组修复和能量保障装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的蓄电池在线整组修复和能量保障装置，其特征在于，所述核心控制处理单元，用于在首个修复周期的首个修复循环内，基于所述整组电池单元中除当前正在修复的单体电池之外其他单体电池的默认高频阻抗之和以及高频频率计算初始电容值并将所述初始电容值存储在存储器中作为滤波电容值，其中，多个修复周期包括首个修复周期和后续修复周期，每个修复周期包括首个修复循环和后续修复循环。
3.根据权利要求1所述的蓄电池在线整组修复和能量保障装置，其特征在于，所述核心控制处理单元用于在对所述单体电池K修复时通过以下公式计算不同高频频率相对应的滤波电容值：
4.根据权利要求1所述的蓄电池在线整组修复和能量保障装置，其特征在于，所述核心控制处理单元的PWM输出接口连接至所述恒流源功放单元的输入端，所述恒流源功放单元基于所述PWM信号生成高频复合谐波电流，以及通过所述恒流源功放单元的正向输出端和负向输出端分别输出正向高频复合谐波电流I+和负向高频复合谐波电流I-。
5.根据权利要求4所述的蓄电
6.根据权利要求5所述的蓄电池在线整组修复和能量保障装置，其特征在于，所述电池复合谐波高频阻抗测量单元包括运算放大器、第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器、第一电容器、第二电容器、第三电容器和稳压器，其中，
7.根据权利要求5所述的蓄电池在线整组修复和能量保障装置，其特征在于，所述同步滤波网络单元设置在多层高速线路板中，所述同步滤波网络单元包括多个电容器和多个高频电子开关，所述多个电容器包括m个uF级别的电容器、m个nF级别的电容器和m个pF级别的电容器，其中，每个电容器通过多个高频电子开关中的一个高频电子开关接入滤波系统。
8.根据权利要求7所述的蓄电池在线整组修复和能量保障装置，其特征在于，所述多个高频电子开关为3m个高频电子开关，所述3m个高频电子开关根据开关控制信号A接通所述同步滤波网络单元中与所述电容值相匹配的电容器，其中，
9.一种蓄电池在线整组修复和能量保障方法，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的蓄电池在线整组修复和能量保障方法，其特征在于，还包括：通过电池选择开关分时对所述整组电池单元中各个单体电池施加高频复合谐波电流，其中，将所述高频复合谐波电流施加在单体电池上单独成为一个回路，同时将所述高频复合谐波电路信号作为一个信号源，通过所述整组电池单元的其他N-1个单体电池的高频阻抗对外部电路和环境生成对外辐射干扰的纹波干扰源回路，既能对所述整组电池单元中各单体电池进行修复，又能利用所述整组电池单元中其他单体电池的阻抗匹配滤波电容器进行纹波干扰抑制。
...【技术特征摘要】
1.一种蓄电池在线整组修复和能量保障装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的蓄电池在线整组修复和能量保障装置，其特征在于，所述核心控制处理单元，用于在首个修复周期的首个修复循环内，基于所述整组电池单元中除当前正在修复的单体电池之外其他单体电池的默认高频阻抗之和以及高频频率计算初始电容值并将所述初始电容值存储在存储器中作为滤波电容值，其中，多个修复周期包括首个修复周期和后续修复周期，每个修复周期包括首个修复循环和后续修复循环。
3.根据权利要求1所述的蓄电池在线整组修复和能量保障装置，其特征在于，所述核心控制处理单元用于在对所述单体电池k修复时通过以下公式计算不同高频频率相对应的滤波电容值：
4.根据权利要求1所述的蓄电池在线整组修复和能量保障装置，其特征在于，所述核心控制处理单元的pwm输出接口连接至所述恒流源功放单元的输入端，所述恒流源功放单元基于所述pwm信号生成高频复合谐波电流，以及通过所述恒流源功放单元的正向输出端和负向输出端分别输出正向高频复合谐波电流i+和负向高频复合谐波电流i-。
5.根据权利要求4所述的蓄电池在线整组修复和能量保障装置，其特征在于，所述整组电池单元包括n个单体电池和n对电池选择开关，每对电池选择开关用于根据所述核心控制处理单元提供的开关控制信号接通所述n个单体电池中的一个单体电池，其中，
6.根据权利要求5所述的蓄电池在线整组修复和能量保障装置，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑海洋，张自强，张宏波，彭桂武，修增仁，吴洋，吴文昊，
申请(专利权)人：通号工程局集团有限公司北京轨道交通技术分公司，
类型：发明
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