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1、10申请公布号CN102356502A43申请公布日20120215CN102356502ACN102356502A21申请号201080010298422申请日2010091612/62861520091201USH01M10/48200601G01F23/2620060171申请人触摸传感器科技有限责任公司地址美国伊利诺伊州72发明人MW赫雷马RD伯迪74专利代理机构中国专利代理香港有限公司72001代理人董均华杨炯54发明名称蓄电池电解质液位指示器57摘要蓄电池电解质监测器包括探针和控制电路。控制电路包括在探针内的电容元件。探针是耐酸的，从而探针保护电容元件不与蓄电池电解质接触。控制电路。
2、使用直流定期地给电容元件充电和放电。取决于充电特性和放电特性中的至少一个，控制电路确定电解质液位。如果电解质低于期望最小液位，那么控制电路照亮指示器灯。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2011090286PCT申请的申请数据PCT/US2010/0490202010091687PCT申请的公布数据WO2011/068579EN2011060951INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图13页按照条约第19条修改的权利要求书2页CN102356512A1/2页21一种蓄电池组件，包括蓄电池，所述蓄电池具有适合于接收和容纳电解质的单元，电解质。
3、在所述单元内具有期望最小液位；延伸到所述单元内的探针，所述探针包括探针壳体和在探针壳体内的电容器，所述探针壳体不导电且是耐酸的，所述探针壳体防止电解质和电容器之间接触，探针将电容器支撑在单元内的期望最小液位处；和电连接到探针壳体内的电容器的控制电路，所述控制电路适合于给电容器充电和放电，确定充电特性和放电特性中的至少一个，且根据充电特性和放电特性中的至少一个来确定电解质液位是否处于期望最小液位。2根据权利要求1所述的蓄电池组件，其中，控制电路适合于使用直流给电容器充电和放电。3根据权利要求1所述的蓄电池组件，其中，控制电路包括由所述探针壳体支撑的印刷电路板。4根据权利要求3所述的蓄电池组件，还。
4、包括灯，且其中，所述控制电路适合于使得所述灯在电解质液位低于期望电解质液位时的第一状态和电解质液位高于期望电解质液位时的第二状态之间切换。5根据权利要求4所述的蓄电池组件，其中，所述灯是板安装在印刷电路板上的LED。6根据权利要求5所述的蓄电池组件，还包括盖，所述盖附连到探针壳体且装配在印刷电路板上，从而探针壳体和盖封装印刷电路板。7根据权利要求4所述的蓄电池组件，其中蓄电池包括侧面；且所述灯位于蓄电池的侧面处。8一种蓄电池电解质液位监测器，包括探针，所述探针包括探针壳体和在探针壳体内的电容器，所述探针壳体不导电且是耐酸的，当探针插入到蓄电池单元内时，所述探针壳体防止电容器和蓄电池单元内的电解。
5、质之间接触，当探针被支撑在蓄电池单元内时，电容器定位在探针壳体内从而被支撑在最小电解质液位处；和电连接到电容器的控制电路，所述控制电路适合于给电容器充电和放电，所述控制电路适合于确定分别与充电和放电相关的充电特性和放电特性中的至少一个，所述控制电路适合于根据充电特性和放电特性中的至少一个来确定电解质是高于还是低于最小电解质液位。9根据权利要求7所述的蓄电池电解质液位监测器，其中，控制电路适合于使用直流给电容器充电和放电。10根据权利要求8所述的蓄电池电解质液位监测器，其中，控制电路包括由所述探针壳体支撑的印刷电路板。11根据权利要求10所述的蓄电池电解质液位监测器，还包括灯，且其中，所述控制电。
6、路适合于使得所述灯在电解质液位低于最小电解质液位时的第一状态和电解质液位高于最小电解质液位时的第二状态之间切换。12根据权利要求11所述的蓄电池电解质液位监测器，其中，所述灯是板安装在印刷权利要求书CN102356502ACN102356512A2/2页3电路板上的LED。13根据权利要求12所述的蓄电池电解质液位监测器，还包括盖，所述盖附连到探针壳体且装配在印刷电路板上，从而探针壳体和盖封装印刷电路板。14根据权利要求11所述的蓄电池电解质液位监测器，其中，所述灯适合于距探针远程地定位。15一种确定蓄电池内的电解质液位的方法，所述方法包括将探针插入蓄电池单元内，所述探针不导电且是耐酸的，所述。
7、探针包括电容器，所述探针将电容器支撑在最小电解质液位处；给电容器充电；给电容器放电；确定分别与充电步骤和放电步骤相关的充电特性和放电特性中的至少一个；和根据先前确定步骤来确定实际电解质液位是高于还是低于最小电解质液位。16根据权利要求15所述的方法，其中，充电步骤和放电步骤使用直流。17根据权利要求15所述的方法，还包括使得灯在电解质液位低于最小电解质液位时的第一状态和电解质液位高于最小电解质液位时的第二状态之间切换。18根据权利要求17所述的方法，还包括将所述灯板安装在由探针支撑的印刷电路板上。19根据权利要求18所述的方法，还包括将盖附连到探针且将所述盖装配在印刷电路板上，从而探针和盖封装。
8、印刷电路板。20根据权利要求17所述的方法，还包括将所述灯定位在蓄电池的侧面处。权利要求书CN102356502ACN102356512A1/5页4蓄电池电解质液位指示器技术领域0001本发明涉及铅酸蓄电池，且更具体地涉及用于监测和指示铅酸蓄电池内电解质液位的装置。背景技术0002铅酸蓄电池的适当工作需要每个蓄电池单元内的合适液位的电解质。如果蓄电池与填充不足的单元一起使用，那么容量的永久损失可能来自于暴露的板的硫酸盐化作用以及过高操作温度。此外，由相关短路引起的热量引入了由于点燃单元气体导致的爆炸可能性。0003因而，尤其是在工业蓄电池领域，标准实践是将电动探针定位在蓄电池单元内以测量单元内。
9、的电解质液位。用于测量电解质液位的两种主要方法是1）导电探针装置和2）AC供电局部接地的电容感测探针。0004导电探针装置基于这样的原理当导电探针与电解质接触时，电能够流经闭合电路中的探针和电解质。装置内的控制电路监测开路状况且适当地警告蓄电池使用者。该技术的示例在1999年8月10日授予给JONES等的美国专利5,936,382和2000年3月21日授予给MEMURREN的美国专利6,040,079中公开。0005不幸的是，导电探针装置具有多个缺陷。第一，该装置的导电探针延伸到蓄电池单元内，因而随着年龄侵蚀。在置于酸性环境（例如，蓄电池单元）中时，导电材料易受腐蚀，尤其是在经受电流时。随着探。
10、针材料腐蚀，颗粒从基本探针材料脱离；且探针侵蚀。侵蚀或变短的探针导致电解质液位指示器不能准确地确定电解质液位。第二，导电探针可能与内部单元结构接触，例如地衣防护物（MOSSSHIELD）或铅条。这种接触可能引起错误读数，在实际上液位低时指示合适的电解质液位。0006电容感测探针是更近的发展。这种探针的示例在2005年9月13日授予FLORIN等的美国专利6,943,566中说明。这种类型使用交流（AC）来测量电解质和延伸到电解质中的探针的电容。电流通过AC电路在电解质和探针之间流动。系统的电容随着电解质液位变化而变化，因而电容提供电解质液位的指示。该变化被监测，且该装置适当地警告蓄电池使用者。。
11、0007不幸的是，电容感测探针也具有缺陷。第一，延伸到蓄电池电解质中的探针是暴露金属，其如上所述侵蚀。第二，探针可能与内部单元结构接触，如上所述。第三，由于电流必须在该装置和电解质之间流动，因而探针必须接地到被监测的单元。这种所需接地对于这些类型的系统来说是独特的，因而在安装过程期间可能引起混淆。发明内容0008根据本发明构造的电解质液位指示器包括这样的探针（A）不侵蚀，（B）在与蓄电池单元内的固体结构接触时不产生问题，以及（C）包括与被监测单元独立的控制电路。所述液位指示器使用电容感测来确定电解质液位。所述液位指示器包括探针，所述探针具有说明书CN102356502ACN102356512A。
12、2/5页5壳体和在所述壳体内的电容元件。探针壳体不导电且是耐酸的，从而保护壳体内的电容元件。0009探针内的电容元件使用直流定期地充电和放电。控制电路监测充电和放电属性以识别充电和放电曲线或特性。在被封装探针靠近或接触电解质时，探针的放电属性变化。控制电路监测这些变化以确定电解质液位，且适当地警告蓄电池使用者。灯（例如，LED）可以给使用者提供警告。0010本发明的探针解决了现有技术装置的所述缺陷。第一，探针不腐蚀或侵蚀。第二，探针在与蓄电池单元内的固体结构或污染物接触时不提供错误信号。因而，探针对地衣防护物、铅条和污染物（例如油）不敏感。第三，探针提高安全性。在含有金属探针液位指示器的单元内。
13、以一定规律性发生爆炸。常见理论为，流经金属探针的电流能产生火花，火花可点燃由蓄电池产生的可燃气体。本发明的不导电探针壳体将探针与电解质电绝缘，从而火花不能在两者之间跳过，可能导致爆炸。第四，液位指示器使用直流来监测电解质液位。电路在外部供电且不接地到所安装的单元。因而，没有电流流入电解质或蓄电池单元。0011探针的长度基于给定应用的期望电解质液位选择。此外，指示器灯可以与探针装置一体地包括和/或设置在可以安装在蓄电池边缘上的独立装置中。0012通过参考当前实施例的说明和附图，将更充分地理解和了解本发明的这些和其它优势和特征。附图说明0013图1是根据本发明第一实施例的蓄电池电解质液位指示器的透。
14、视图；图2是示出了安装在铅酸蓄电池内的液位指示器的部分透视图；图3是示出了安装在蓄电池上的液位指示器的截面图；图4是探针壳体的透视图；图5是探针壳体的截面图；图6是探针壳体的俯视图；图7是指示器盖的透视图；图8是指示器盖的仰视图；图9是指示器的控制电路的示意图；图10是图示控制电路操作的流程图；图11是示出了液位指示器的第二实施例的透视图，其中，在与探针组件独立的壳体中包含指示器灯；图12是独立灯壳体的透视图；和图13是独立灯壳体的仰视图。具体实施方式0014I第一当前实施例根据本发明第一实施例构造的蓄电池电解质液位监测器在图110中示出且总体上标记为10。液位指示器10包括探针组件12和一对。
15、电导线14。如图23所示，探针组件12延伸到包含电解质18的蓄电池16中。当液位指示器10安装在蓄电池16上时，探针组件说明书CN102356502ACN102356512A3/5页612的下端44位于期望最小电解质液位20处。如果电解质高于最小液位20，如22所示，液位指示器10提供第一指示，例如绿光。如果电解质液位下降低于最小液位20，如24所示，液位指示器10提供第二指示，例如红光，表示蓄电池16需要水。0015铅酸蓄电池（例如，蓄电池16）是本领域熟知的且将不详细描述。阐述蓄电池16包括容纳其它部件的外壳26就足够了。蓄电池包括一个或多个单元，每个均包含电解质18。蓄电池还包括限定端口。
16、30和32的顶部28，端口30和32为检查蓄电池、添加电解质和/或接收加水系统提供通路。在蓄电池操作期间，电解质被消耗（虽然是逐渐地），且必须定期补充。这种补充通常称为“加水”。0016探针组件12包括探针壳体34、印刷电路板（PCB）36（参见图3）和盖38。0017探针壳体34可能在图46中最佳地示出。探针壳体是单个喷射模制件，包括细长中空探针部分40和顶部42。探针部分40具有与进入蓄电池单元的期望延伸范围相对应的长度，从而探针部分40的下端44位于最小电解质液位20（参见图3）处。顶部42包括多个支撑件46和48以及支座50和52。支撑件46和48在顶部42上支撑印刷电路板36，支座5。
17、0和52定位印刷电路板。0018探针34包括安装在探针部分40上的索环35。索环是将指示器12在蓄电池16内支撑和密封的常规设计。0019盖38可能在图78中最佳地示出。盖38是大致矩形，包括顶部54，其可包括整体模制的商标或其它标记。盖38的内表面在图8中示出且被处理以提高光分配属性。因而，由于该表面处理，来自于指示器LED（下文描述）的光的分配被增强。盖38包括定位印刷电路板36的多个支座55。PCB36夹在探针34的支座和盖38之间。盖38填充有透明或半透明环氧树脂，其将探针34、PCB36和盖相互紧固。包括环氧树脂的组件提供耐水和抗电解质的封装。0020当前制造探针34的材料是不导电且。
18、耐酸的。当前实施例的材料是ABS，但是可以使用宽范围的各种其它材料。所述材料防止电容元件60和蓄电池电解质18之间的导电性。此外，探针34封装电容元件60以防止所述元件接触电解质18；因而，电容元件60不易受腐蚀或侵蚀。0021当前制造盖38的材料是纯聚碳酸酯，以允许光从LED68传输。可以使用其它合适材料。0022控制电路62包括PCB36（图3），其是电子领域技术人员熟知的类型和结构。控制电路还包括位于探针部分40内邻近或几乎邻近其下端44的电容元件60（图3）。电容元件60以常规方式电连接到PCB36，例如通过钎焊。此外，PCB36包括一个或多个板安装（BOARDMOUNTED）的发光二。
19、极管（LED）（参见图9）。0023图示控制电路62的电示意图在图9中示出。控制电路由电导线14供电，其可连接到蓄电池16的功率端子。可选地，导线14可连接到任何其它DC电压源。控制电路包括电压调节器64、电容感测微计算机63和显示微计算机65。电压调节器64给电路的其余部分提供功率，包括微计算机63和65。0024电路管脚定义如下VDD用于两个微计算机的5伏电源VPP显示微计算机的闪存可编程ROM的编程电压DAT显示微计算机的闪存编程的数据说明书CN102356502ACN102356512A4/5页7CLK显示微计算机的闪存编程的时钟同步GND两个微计算机的接地参考VPP1电容感测微计算机。
20、的编程电压的连接点DAT1电容感测微计算机的编程数据的连接点CLK1电容感测微计算机的编程时钟的连接点管脚用于在生产期间编程微计算机63和65。控制电路62可选地可以包括预先编程的微计算机，这消除了编程管脚的需要。此外，可选地，取代微计算机63和65，控制电路62可以包括单个微计算机。0025电容元件60在点66处电连接到PCB36。控制电路62包括红色、绿色和蓝色发光二极管68，其被控制以给蓄电池使用者提供电解质液位的视觉指示。在当前实施例中，在电解质液位高于最小电解质液位20时，照亮绿色LED；在电解质液位低于最小电解质液位20时，照亮红色LED。0026导线14是常规的，且以常规方式连接。
21、到探针组件12以给控制电路62提供功率。0027图10是示出了控制电路62操作的流程图。程序流开始（100），其中，微计算机63和65以及输入和输出初始化（102）。计时器被设置或初始化（104）。然后，通过设置或初始化比较器（108）开始电容器感测（106）。从电容器60去除5伏轨道电压（110）以允许电容器放电到接地端。在放电期间，放电电容器60的电压与06伏参考电压进行比较（112）。如果电容器电压等于06伏参考电压（114），那么计时器停止（116）且获得计时器计数（118）。如果电容器不等于06伏参考电压（114），那么控制过程返回框112。如果计时器计数大于或等于预定阈值（120）。
22、，那么输出设定为高（122）以照亮绿色LED68A（参见图9）。如果计时器计数不大于或等于预定阈值（120），那么输出设定为低（124）以照亮红色LED68B。在步骤122或124之后，发生10毫秒（MS）至100MS范围内的短延迟（126），且程序流返回至步骤106。预定阈值与对于蓄电池16和控制电路62内电气部件合适的放电时间相对应。放电时间限定放电曲线。可选地，放电时间能以与限定充电曲线类似的方式监测。控制电路62可以使用放电曲线和充电曲线中的任一个或两者来确定单元内的电解质液位。本领域技术人员将认识到，该说明书中的所有参数的具体值仅仅是为了说明，且一个或所有值可以按照蓄电池和期望性能变。
23、化。0028液位指示器10的第一实施例有时称为“本地”实施例，因为所有部件（除了导线14）都容纳在探针组件12内。0029II第一当前实施例的组装和操作指示器12的组装是直截了当的。探针壳体34和盖38被喷射模制。电容元件60插入到探针34内，使得电容元件60定位成邻近或几乎邻近探针壳体34的下端44。PCB36安装在探针34的顶部42上，支撑在支撑件46和48上，且由支座50和52（参见图36）定位。导线14以常规方式机械地连接到探针组件12且电连接到PCB36。具有PCB26的探针34插入到盖38中。盖然后用环氧树脂（未示出）填充，从而盖、探针和环氧树脂一起封装印刷电路板36，以提供耐水和。
24、抗电解质的组件。0030通过将探针壳体34插入穿过端口32，探针组件12安装在蓄电池16上。索环35与蓄电池接合以将探针组件12在蓄电池16内支撑和密封。导线14连接到DC电压源，例如蓄电池16的功率端子。0031操作中，电容元件60使用直流重复地或定期地充电和放电。电容元件60的每次充说明书CN102356502ACN102356512A5/5页8电和放电得到取决于电解质18液位的曲线或特性。如果电解质高于最小液位20，如22所示，那么充电和放电具有第一曲线。如果电解质18低于最小液位20，如24所示，那么充电和放电具有第二曲线。当控制电路62基于充电曲线和放电曲线中的至少一个确定电解质液位。
25、高于最小液位20时，照亮绿色LED。当控制电路62确定电解质液位低于最小液位20时，那么照亮红色LED。如果期望，LED能够以规则或不规则图案闪烁以进一步吸引注意。可选地，可以使用其它指示器技术，例如听觉警告和/或无线信号。另一种可能是控制电路62控制自动加水系统，从而在确定电解质液位低于最小液位时水可自动地添加到蓄电池16。0032III第二当前实施例根据本发明的第二实施例构造的指示器系统在图11中示出且总体上标记为110。第二实施例有时称为“远程”实施例，因为容纳指示器LED68的第二壳体112B与探针组件112A分开。0033探针组件112A与第一实施例的探针组件12基本上相同，除了一个。
26、例外。探针组件112A不包括指示器灯，例如LED68。在第二实施例110中，指示器LED68包括在第二或光壳体112B内，其通过缆线170连接到指示器112A。0034光壳体112B与前述壳体12类似地喷射模制。壳体112B包括在其上具有一个或多个板安装LED的印刷电路板（未示出）。如图1213所示，壳体112B的外部和内部配置成增加从其中包含的LED的光分配。光壳体还包括在其一侧上的插孔172。插孔172可以接收铲子174（参见图11），其可以用于远程地定位壳体112B。例如，壳体112B可以位于蓄电池16的边缘或侧面，在该情况下，铲子174可以装配在蓄电池和蓄电池外壳（未示出）之间，以将壳。
27、体112B支撑到位。0035IV第二实施例的操作第二实施例110的操作与第一实施例10的操作基本上相同。不同之处在于，指示器LED设置在蓄电池16的边缘或侧面。在许多应用（最值得注意的是工业应用）中，指示器灯的这种壳体可以利于通过串联设置的LED观察。0036V第三当前实施例根据本发明第三实施例构造的指示器系统在附图未示出。第三实施例有时称为“本地/远程”实施例，因为探针组件和远程组件两者都包括一个或多个指示器灯，例如LED。0037上述说明是本发明的当前实施例的说明。可以做出各种变化和改变，而不偏离由所附权利要求限定的本发明的精神和更广方面，权利要求应当根据包含等同原则的专利法原理来进行解释。
28、。说明书CN102356502ACN102356512A1/13页9图1说明书附图CN102356502ACN102356512A2/13页10图2说明书附图CN102356502ACN102356512A3/13页11图3说明书附图CN102356502ACN102356512A4/13页12图4说明书附图CN102356502ACN102356512A5/13页13图5说明书附图CN102356502ACN102356512A6/13页14图6说明书附图CN102356502ACN102356512A7/13页15图7说明书附图CN102356502ACN102356512A8/13页16。
29、图8说明书附图CN102356502ACN102356512A9/13页17图9说明书附图CN102356502ACN102356512A10/13页18图10说明书附图CN102356502ACN102356512A11/13页19图11说明书附图CN102356502ACN102356512A12/13页20图12说明书附图CN102356502ACN102356512A13/13页21图13说明书附图CN102356502ACN102356512A1/2页221一种蓄电池组件，包括蓄电池，所述蓄电池具有适合于接收和容纳电解质的单元，电解质在所述单元内具有期望最小液位；延伸到所述单元内的探。
30、针，所述探针包括探针壳体和在探针壳体内的电容器，所述探针壳体不导电且是耐酸的，所述探针壳体防止电解质和电容器之间接触，探针将电容器支撑在单元内的期望最小液位处；和电连接到探针壳体内的电容器的控制电路，所述控制电路适合于使用直流给电容器充电和放电，确定充电特性和放电特性中的至少一个，且根据充电特性和放电特性中的至少一个来确定电解质液位是否处于期望最小液位。2根据权利要求1所述的蓄电池组件，其中，控制电路包括由所述探针壳体支撑的印刷电路板。3根据权利要求2所述的蓄电池组件，还包括灯，且其中，所述控制电路适合于使得所述灯在电解质液位低于期望电解质液位时的第一状态和电解质液位高于期望电解质液位时的第二。
31、状态之间切换。4根据权利要求3所述的蓄电池组件，其中，所述灯是板安装在印刷电路板上的LED。5根据权利要求4所述的蓄电池组件，还包括盖，所述盖附连到探针壳体且装配在印刷电路板上，从而探针壳体和盖封装印刷电路板。6根据权利要求3所述的蓄电池组件，其中蓄电池包括侧面；且所述灯位于蓄电池的侧面处。7一种蓄电池电解质液位监测器，包括探针，所述探针包括探针壳体和在探针壳体内的电容器，所述探针壳体不导电且是耐酸的，当探针插入到蓄电池单元内时，所述探针壳体防止电容器和蓄电池单元内的电解质之间接触，当探针被支撑在蓄电池单元内时，电容器定位在探针壳体内从而被支撑在最小电解质液位处；和电连接到电容器的控制电路，所。
32、述控制电路适合于使用直流给电容器充电和放电，所述控制电路适合于确定分别与充电和放电相关的充电特性和放电特性中的至少一个，所述控制电路适合于根据充电特性和放电特性中的至少一个来确定电解质是高于还是低于最小电解质液位。8根据权利要求7所述的蓄电池电解质液位监测器，其中，控制电路包括由所述探针壳体支撑的印刷电路板。9根据权利要求8所述的蓄电池电解质液位监测器，还包括灯，且其中，所述控制电路适合于使得所述灯在电解质液位低于最小电解质液位时的第一状态和电解质液位高于最小电解质液位时的第二状态之间切换。10根据权利要求9所述的蓄电池电解质液位监测器，其中，所述灯是板安装在印刷电路板上的LED。11根据权利。
33、要求10所述的蓄电池电解质液位监测器，还包括盖，所述盖附连到探针壳体且装配在印刷电路板上，从而探针壳体和盖封装印刷电路板。12根据权利要求9所述的蓄电池电解质液位监测器，其中，所述灯适合于距探针远程按照条约第19条修改的权利要求书CN102356502ACN102356512A2/2页23地定位。13一种确定蓄电池内的电解质液位的方法，所述方法包括将探针插入蓄电池单元内，所述探针不导电且是耐酸的，所述探针包括电容器，所述探针将电容器支撑在最小电解质液位处；使用直流给电容器充电；使用直流给电容器放电；确定分别与充电步骤和放电步骤相关的充电特性和放电特性中的至少一个；和根据先前确定步骤来确定实际电解质液位是高于还是低于最小电解质液位。14根据权利要求13所述的方法，还包括使得灯在电解质液位低于最小电解质液位时的第一状态和电解质液位高于最小电解质液位时的第二状态之间切换。15根据权利要求14所述的方法，还包括将所述灯板安装在由探针支撑的印刷电路板上。16根据权利要求15所述的方法，还包括将盖附连到探针且将所述盖装配在印刷电路板上，从而探针和盖封装印刷电路板。17根据权利要求14所述的方法，还包括将所述灯定位在蓄电池的侧面处。按照条约第19条修改的权利要求书CN102356502A。