铅酸蓄电池容量检测仪故障诊断

2010年9月

文章编号：1002－6673（2010）05－133－03

Development＆InnovationofMachinery＆ElectricalProducts

机电产品开发与创新

Vol．23,No．5·测试与控制Sep．,2010·

铅酸蓄电池容量检测仪故障诊断

李国平1，李罡2，周文清3

（1.莱芜职业技术学院工程技术系，山东莱芜271100；2.莱芜市莱城区科技局，山东莱芜271100；

3.山东力创科技有限公司，山东莱芜271100）

摘

要：铅酸蓄电池检测装置应用十分广泛，因其集成化较高、结构复杂，故使用过程中的故障率较高。本

文以SP3605型铅酸蓄电池容量检测仪为例，在阐述该仪器的主体结构及各模块的工作原理基础上，就其常见故障和疑难问题进行了深入探讨。

关键词：铅酸蓄电池；检测装置；故障率；放电深度；集成化中图分类号：TM930.7

文献标识码：A

doi:10.3969/j.issn.1002-6673.2010.05.054

FailureDiagnosisofLead-acidStorageBatteryCapacityInspectionInstrument

LIGuo-Ping1，LIGang2，ZHOUWen-Qing3

（1.DepartmentofEngineeringTechnology,LaiwuVocational&TechnicalCollege，LaiwuShandong271100，China；

2.ScienceandTechnologyBureauofLaichengDistrictLaiwuCity，LaiwuShandong271100，China；3.ShandongLichuangScienceandTechnologyLimitedCompany，LaiwuShandong271100，China)

Abstract:Lead-acidstoragebatterycapacityinspectioninstrumentiswidelyused,butthefailurerateishigherbecauseofitshigherintegra-tionandcomplexstructure.UsedSP3605lead-acidstoragebatteryofSuperS&TIndustrialCo.,Ltdasanexample,thearticledoesanin-depthdiscussiononthefailuresandproblemsoftheequipmentbasedonexpatiatingitsprincipalpartsstructureandworkingprincipleofeachmodule.

Keywords:lead-acidbattery；inspectionequipment；failurerate；depthofdischarge；integrated

0引言

铅酸蓄电池广泛应用于各类有源电器，而铅酸蓄电池检测装置，对保障铅酸蓄电池的使用质量和寿命意义重大，在铅酸蓄电池维修及售后服务单位应用频率很高，仪器的故障率也较高。本文以典型的SP3605型铅酸蓄电池容量检测仪为例，就其常见故障进行了探讨。

充

电电流显示

状态时间容量显示

放电电流主显板示接口

SN7406N74LS244

主板接口

状态电流启动复位

单片机

（a）正面（b）反面

1铅酸蓄电池容量检测仪的总体结构

（1）整机的主要结构。典型的铅酸蓄电池容量检测

图1显示模块的板级示意图

Fig.1Paneldiagramofdisplaymodule

该电路中的单片机由两段主程序，充电和放电，分别用C和F来指示。开机时处在充电状态，状态显示为

仪由控制单元、显示模块、电源模块、充电和放电电路、接口电路等五部分组成。

（2）控制显示电路的工作原理。该控制电路以51单片机为核心来完成电池容量的检测和显示，单片机为

C；按一次状态键，进行入放电状态，显示为F；再按

一下状态键，进入充放状态，显示为CF；再按下状态键，进行充放充状态，显示为CFC。如果再按一下状态键，就回到充电状态，依次进行循环。

开机时，充电和放电电流默认为1A，按下电流键，就会显示为3A，再按一下就显示为5A，再按一次电流键，就回到1A。当设置好状态和充放电电流后，按一下启动键，就开始按设定的程序进行工作。按复位键，可使单片机回到开机状态。以上是检测仪控制部分工作

8051系列八位单片机，具有四组I/O口。

与单片机相连的集成电路还有74LS244和SN7406。五个数码管在板上的位置如图1所示。

收稿日期：2010－08－13

作者简介：李国平(1972-)，男，讲师，硕士研究生。主要从事机电一体化、机械工程材料的教学与研究。

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·测试与控制·

原理。

（3）主板与控制板的接口电路和驱动电路。由单片机发出的低电平信号不能直接用来驱动其它电路工作，因为8051单片机的输出电路为CMOS电路，不能直接驱动TTL电路。需要加一个驱动器来完成这个工作。在主板上用的驱动电路是SN7407，这个驱动集成电路。它是一个六路的TTL电路的驱动器。该集成电路的输出是集电极开路的，带负载能力强，由它来完成主板控制电路的驱动。

由控制板来的信号，通过驱动电路后，再通过集成运放来驱动功率管。在放电过程中，来自控制板的三路信号（1A、3A、5A）由SN7407完成功放后，通过三个可变电阻接成一路输出，到LM358的3脚。作为集成运放的同相输入端，该集成运放的反相输入端有一个

0.1欧的电阻接入，与该集成运放驱动的MOS管的漏极

相连获得放电电压的取样信号，如图2所示。

电池正极

放电电阻

放电控制

取样电阻

充电控制

去TL494第15脚

图2接口电路和驱动电路示意图

Fig.2Diagramofinterfacecircuitanddrivingcircuit当电池的放电电压达到10.5V时，集成运放反转，停止放电。即FDW变为低电平。由控制板来的三路充电控制信号电平（1A、3A、5A），由SN7407放大后，在三个充电电流控制电阻的分压下，去TL494的第15脚，来控制TL494输出脉冲的宽度，来实现充电电流的控制。当充电电压达到14.7V，电流小于0.4A时，另一个

LM358的一个集成运放反转，实现停止充电。即CDW

变为低电平。

（4）电源。在本仪器中采用的是一个双管正激式开关电源。所谓的双管，指的是在开关电路中，有两个功率管，因此，在驱动这两个管子的时候，也要有两路信号。在开关电源中，最常用的集成电路―TL494，它不仅用在开关电源中，也可以用在其它的PWM电路中，不同厂家生产，型号也有所不同。MST494、MB3759、

KA7500等模快的内部等效电路框图如图3所示。

由上图可见，它是由锯齿波发生器、D触发器、比较器1和2、误差放大器1和2、5V基准电压源和两个

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振荡器

死区比较器

PWM

比较器

基准电压源

图3MST494等模块的内部等效电路框图

Fig.3BlockdiagramofinnerequivalentcircuitofMST494

moduleetc

驱动三极管等构成。1、2、15和16脚是两个放大器的输入端，第3脚是相位控制端，4脚是死区电压控制端，

5和6脚是外接的定时元件（Ct和Rt），由这两个元件

决定锯齿波的频率。7脚为电源地。8和11脚是两个驱动晶体管的集电极，9和10脚是两个驱动晶体管的发射极，通过这两个晶体管发出的脉冲可以交替控制功率管的导通与截止。12脚为电源正，13脚是输出状态控制端。当13脚为高电平时，两个功率管交替导通，用于控制变换器的两个开关管。当13脚为低电平时，两个驱动晶体管同时导通或截止，用于控制变换器的一个开关管。14脚是片内输出的＋5V基准参考电压。

2铅酸电池容量检测仪的检测原理

在本检测仪中，220V的电源通过保险丝和NTC压敏电阻后，进入LC滤波网络，抑制电网高压或其它杂波的干扰，同时防止开关振荡脉冲扩散到电网中去。接下来是整流桥，由220V交流变为300V左右的高压直流电，再由电容滤波，这样就可以进入开关电路了。把两个E13007串在300V与地之间，取两个管子的中间作为变压器的输入。就形成了主体电路。

由TL494输出的脉冲，通过两个1815三极管放大后，加在一个有中心抽头的互感器上，在次级得到两个互补的高电压脉冲，用来驱动两个开关管。在该仪器中用的是E13007。

该仪器变压器的其它三组线圈上用一个公共的中心抽头，通过整流滤波后得到三个电压，分别是12V、

14.7V和16V。12V电压供TL494工作用，14.7V电压作

为充电电源，16V电压供其它电路。同时，KA7805输出的5V电压主要供控制板使用。这就是整个仪器的供电电路。

铅酸电池容量的检测过程关键在于多节电池串联使用时，出现的单节电池容量衰减过快或是充放电不平衡时，才对电池进行检测。得出结果后，对电池进行配组使用，同时也判断电池的质量好坏。电池的容量用安时

（AH）表示，也就是放电电流乘以放电时间。

先将待检测的电池接到仪器的接线上。通过按动状态键，将状态设为充放充（CFC）。再设置充放电电流，按动电流键，设置相应的检测电流值（据铅酸电池种类而定，例如：6－DZM－10（2hr），即为标称10AH，2小时放电。所以检测电流要设在5A上），最后再按一下启动键开始检测。先以5A的电流对电池进行充电，此时，三位数码管在CFC和充电时间之间交替闪烁。当电池的电压充电到14.7V左右，电流0.4A时，就停止充电，自动进入放电状态，以5A电流进行放电，此时，三位数码管在CFC和电池容量间交替闪烁，当电池的放电电压达到10.5V时，停止放电。再自动转入充电状态，再以5A的电流进行充电，此时三位数码管仍然在CFC和放电容量间交替闪烁。充电完成后，只显示检测出的电池容量，且不闪烁，这就标志着电池检测完成。

在整个检测过程中，充电电流是在不断变小的。而放电电流则是恒定的，只有在放电过程中才能得出电池的容量。即：放电时间（小时）×放电电流（安培）＝电池容量（安时）。在整个的检测过程中，有几个重要的参数，充电电压的峰值是14.7V。充电电流的最小值是

0.4A。达到这个条件时，标志着电池充满电。放电电压

达到10.5V时，此时放电完成。不过这个10.5V指的是放电深度，这个数值越小，测出的电池的容量就越大，如果这个电压太低，就会损伤电池，使其使用寿命缩短。

检测电池所用的时间长短，据电池的容量和初始电量来决定。该仪器的充电最长时间为190min，当充电到

190min时，仪器会自动停止，这就要重新进行设置检测

程序。

3常见检测故障

通常，电子产品故障多发生在高压区、大功率区，铅酸电池容量检测仪也是如此。在本仪器中既有高压区，又有大功率区域，因此，仪器的故障率较高而且比较复杂。针对仪器使用中出现的问题作如下分析：

（1）整机无电的情况。接通电源，打开开关，仪器没有任何反应，这种故障即为电源问题。打开机壳，检查线路板的保险丝是否烧坏。如果没有坏，用万用表测电源线到线路板是否为通路。如果不通，要么是电源线断，要么是开关坏。如果为通路，则检查保险丝卡座与保险丝是否接触不良，再查保险后面的电感是否为通路，MOS管及线路板是否有虚焊。

（2）无法完成充放电。当待测电池与仪器相连时，

·测试与控制·

仪器里有继电器吸合的声音。如果没有，证明继电器或电池与仪器之间的导线有断路，或者是充放电保险丝断或是接触不良，都会产生不能进行充放电的现象。

如果能放电，不能充电。在种情况大多是IRF4905故障，或是驱动故障。当IRF4905导通时，就对电池进行充电，不通时，就为放电状态。而IRF4905的栅极由一个S9014三极管进行驱动，S9014的基极信号又是由

A1015三极管驱动，A1015又受控于控制板的KSCD信

号。控制板输出的控制信号都是低电平有效，打开电源，接上待测电池，用万用表20V电压档测KSCD对地电压，此时应为5V，将仪器设为充电状态，按下启动键，接着KSCD应变为低电平，如果不变，则是控制板出现故障。如果变为低电平，则是A1015或是S9014出现故障，一般是S9014烧坏。这是充电开关的驱动电路的检查思路，检查时，先用万用表测S9014和A1013的好坏，再进行通电测量。

如果能充电，不能放电，则是放电电路故障。一般控制板与主板的接口电路不会出现故障，主要是放电开关管K851的驱动、放电取样电阻和放电电阻出现问题。首先，K851的驱动是由LM358来完成的，只要接口电路没有问题，则为LM358损坏。当放电时，LM358的输出端电压应为12V，否则，LM358损坏。放电取样电阻为0.1Ω，功率为3W。由于长时间使用，会造成虚焊现象。其次是放电电阻，它是由两个2Ω的电阻并联而成，功率较大，为10W，放电时发热较多，容易产生虚焊，就会导致不能放电。

（3）无继电器吸合声及反接时无报警。当电池接到仪器上时，应有继电器吸合的声音，若反接，应有报警的声音。当电池接到检测仪上，电池的电流流入机器，并把继电器吸合，这样，电池就与机内的充电电路接好了。在机内输出端有一个5A的保险丝，容易烧坏，烧坏后，就出现上述的现象。其次是电池的电量太小，不能使继电器吸合，也会出现以上的故障。

4结论

本文基于铅酸电池容量检测仪的基本原理，着重讨论了常见的检测故障，提出了常见的铅酸电池容量检测的思路与方案，对于从事专用铅酸电池容量检测的技术人员很有借鉴和帮助作用。参考文献:

[1]叶慧贞,杨兴洲.新颖开关稳压电源[M].北京:国防工业出版社出版,2006.

[2]刘瑞新.单片机原理及应用[M].北京:机械工业出版社出版,2003.[3]阎石.数字电子电路[M].北京:中央广播电视大学出版社,2002.

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