一种单片机控制的铅酸蓄电池充电电源.doc

一种单片机控制的铅酸蓄电池充电电源（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑 完整版实用资料，欢迎下载） 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 一种单片机控制的铅酸蓄电池充电电源作者:田永盛, TIAN Yong-sheng作者单位:中兴通讯股份广东,深圳,518057刊名:电子设计工程英文刊名:ELECTRONIC DESIGN ENGINEERING年,卷(期:2021,19(3参考文献(8条1.Pressman A I Switching power supply design 20212.朱超一款低成本、高可靠性的电瓶车充电器制作 2004(103.EM78P258N/459系列8位单片机原理及应用 20004.张敏娟EM78P458单片机在电动自行车充电嚣中的应用期刊论文-自动化技术与应用 2007(055.李匡成;范艳成;杨亚丽铅酸蓄电池快速充电模糊控制技术研究期刊论文-现代电子技术 2021(146.李俄收;吴文民铅酸蓄电池的充电方法与充电工艺期刊论文-电源技术 2004(057.徐晓丹;白志峰关于密封铅酸蓄电池充放电电路的研究期刊论文-通信电源技术 2021(018.吴敬民电动自行车用蓄电池的充电方式对电池性能的影响期刊论文-蓄电池 2002(02中国科技信息 2021年第 21期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Nov.2021实用技术推广-125- 维护比较的方便,使用寿命也相对较长,质量较为稳定,转化成 PbSO 4,正极 4, 将化学能转化成电能。 2SO 44+2H2O铅酸蓄电池和传统的电池相比较而言有着一些不同, 铅酸蓄电池的电解液是封闭在隔离系统当中或者是以凝 胶形式存在的。在设计和制造的工艺方面是对这一电池的 使用寿命产生影响的一个重要因素。电池在一定的速率下 的循环和起始酸的相对密度以及电池间的温度等都有着关 系,连续循环的工作状态下,高充电电流以及电压电池比 较容易产生氧气这样就会比较容易引起电池的失效。充电接受能力的影响因素在这一过程中,如果是充电不当就会使得电池在使用 寿命上缩短,铅酸蓄电池的物理化学特征能够使得充电控 制比较的简单,但是也要注意在动态充电接受能力以及恒 电位下充电接受能力是对铅酸电池的使用寿命有重要影响 的一个因素。 合适的充电策略能够对电能的损失进行弥补, 在电池的性能方面也能够得以有效的改善,实践证明,温 度是充电条件的一个最为关键的影响因素,提高温度才能张 歆张歆(1983-女,河北邢台市人,工作单位:天能集团。张 歆 图 1 铅酸蓄电池结构图网络出版时间:2021-11-24 17:42中国科技信息 2021年第 21期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Nov.2021实用技术推广 -126-够对电池完全快速的充电。电解液质量及密度方面的影响因素在铅酸蓄电池当中的电解液是其结构中最为关键的内 容,所以将其维持在一定的水平比较重要,它不只是用来 导电还能够产生热量从极板转移出来,倘若电解液的水平 比极板的水平要低,那么裸露出来的极板区域就不会再具 有电化学活性, 这样就会造成铅酸蓄电池的局部热量聚集, 最终使得极板变形以及活性物质脱落,蓄电池的使用寿命 也会随之而缩短。响,在 Ca/Sn等于 重要。充放电的反复进行过程中,二氧化铅颗粒间的结合就会松 弛并软化,以致从板栅上脱落,这样就会直接导致电池的 失效。再者就是干涸或者热失控,对于少维护电池要求充电 电压不超过单格 2.4V,而在实际的使用过程中调压的装置 则可能失控,这样就会使得充电电压过大就会使得电池的 内阻下降,最终使得电池开裂失效。还有锑在活性物质上的严重积累以及早期的容量的损失也会导致电池的失效。 除此之外还有枝晶穿透以及电池的电压不均衡性和一些意 外所造成的突然失效,例如部件选择的不正确以及设计方 面的不合理和没有正确的使用等等。强化铅酸蓄电池的使用寿命策略在对铅酸蓄电池的使用寿命的影响因素以及电池失效 的原因进行分析之后,下面就对其加强铅酸蓄电池的使用 寿命的策略进行探究,从多个角度进行研究。首先对铅酸蓄电池的使用以及维护要能够和普通的蓄 2.33V/2.35V/单 综上所述,对于铅酸蓄电池的使用寿命的提高主要根 据其失效的原因进行针对性的控制,另外采用三大段大电 流脉冲过充电的方法能够有效的对电池充电失水问题得以 解决,与此同时在正常的使用过程中,要对电池进行常规 性的检查,测试蓄电池的性能,只有从多方面进行加强才 能够使蓄电池的使用寿命的问题得以有效的解决。收稿日期:2003-12-18作者简介:崔文晓(1966-,男,河南郑州人,工程师,1991年毕业于大连理工大学。新颖的矿用密封铅酸蓄电池充电器的设计崔文晓,郭海霞(河南省煤炭科学研究所,河南郑州450002摘要:介绍了一种新颖的密封铅酸蓄电池充电器的设计原理,给出了确定充电参数的方法、计算公式和一个简单实用的双电平浮充充电器的实际应用电路。关键词:密封铅酸蓄电池;充电器;浮充;电路中图分类号:TM912文献标识码:B 文章编号:1003-0506(200402-0006-02图1简单的双电平浮充电路 在煤矿机械设备中,大量使用密封铅酸电池作为后备电源。然而,不正确的充电方法,使得蓄电池不能发挥其最大效率和达到额定的使用寿命。因此,密封铅酸电池使用正确充放电方法,对其使用寿命和循环周期起着至关重要的作用。随着集成电路技术的发展,使用集成芯片UC 3906设计的密封铅酸电池充电器得到了广泛的应用。UC 3906是密封铅酸电池充电专用芯片,它拥有密封铅酸电池最佳充电所需要的全部控制和检测功能。更主要的是它能使充电器的各种转换电压随电池电压的温度系数的变化而变化,从而使密封铅酸蓄电池在很宽的范围内达到最佳的充电状态。1UC3906的结构原理111UC3906的结构特性UC3906的结构如图1中虚线框内所示。该芯片内含独立的电压控制电路和限流放大器,可控制芯片内的驱动器。驱动器提供的输出电流可达25mA ,可直接驱动外部串联调整管,以调整充电器的输出电压和电流。电压和电流检测比较器可用于检测蓄电池的充电状态,同时还可以用来控制充电状态逻辑电路的输入信号。当电池电压或温度过低时,充电使能比较器可控制充电器进入涓流充电状态。当驱动器截止时,该比较器还能输出25mA 涓流充电电流。这样,当电池短路或反接时,充电器只能以小电流充电,从而避免因充电电流过大而损坏电池。UC3906的一个重要特性就是其内部的精确基准电压随环境温度的变化规律与铅酸电池电压的温度特性完全一致。同时,该芯片仅需117mA 的输入电流就可工作,从而可减小芯片的功耗,实现对工作环境温度的准确检测,保证电池既充足电又不会严重过充电。此外,UC3906还包含一个输入欠压62004年第2期中州煤炭总第128期检测电路以对充电周期进行初始化,并可驱动一个逻辑输出。当加上电源后,器件的第7脚还可以指示电源的状态。112充电参数的确定使用UC3906只需很少的外部元件即可实现对密封铅酸蓄电池的快速精确充电。图1是一个完整的双电平浮充充电器电路。其中由R A 、RB 、和RC 组成的电阻分压网络可用来检测充电电池的电压。该电路还可通过精确的内部参考电压V REF 相比较来确定浮充电压、过充电压和涓流充电的阈值电压。蓄电池的一个充电周期按时间可分为大电流快速充电状态、过充电状态和浮充充电状态3种,其主要充电参数有OC 电压值V OC 、浮充电压V F 、最大充电电流I MAX 、OC 结束电流I OCT 等。取流过分压网络的电流在50100A 。各参数与R A 、R B 、R C 及R S 之间的关系可从公式(1(6中反映出来。V OC =V REF (1+R A R B +R AR C (1V F =V REF (1+R A R B(2V 12=0195V OC (3V 31=0190V F (4I MAX =0125V /R S (5I OCT =01025V /R S(6其中,V 12为大电流到OC 转换电压,V 31为浮充到大电流充电转换电压,V REF 的温度系数为-410mV/,I MAX 、I OCT 、V F 、V OC 等均可独立设置。只要输入电源允许和功率管可以承受,I MAX 值可以尽可能的大。尽管有些厂家称如果有过充保护电路,充电率可达到甚至超过2C (C 为电池的额定容量,但电池制造厂商推荐的充电率范围为C/20C/3。过充终止电流I OCT 的选择应尽可能使电池接近100%充电。其合适值取决于V OC 和在V OC 时电池充电电流的衰减特性。I MAX 和I OCT 分别由电流限制放大器和电流检测放大器的偏置电压和电流检测电阻R S 决定。V F 、V OC 的值则由内部参考电压V REF 和外部电阻R A 、R B 、R C 组成的网络决定。2实际运用电路图2是一个为6 V/215Ah 蓄电池设计的双电平浮充电路,在25时的参数如表1所示。由于充电器始终接在蓄电池上,为防止蓄电池的输出电流流入充电器,应在串联调整管和输出端之间穿入1只二极管。为避免输入电源中断后蓄电池通过电阻网络放电,设计时将电阻网络的下端通过电源指示晶体管连接到地。图2双电平浮充电路实例表125时双电平浮充电路参数输入电源电压值/V 91013操作温度范围/070涓流充电起始值/mA 10(V IN =10V 起始电压值/V 511大电流充电率/mA 500(C /5大电流到OC 转换电压/V71125OC 电压值/V 715OC 结束电流/mA50(C /50浮充电压/V710浮充到大电流充电转换电压/V 613温度系数/mV -1-12输入电源电压为0V 时的反向电流/A53结论由于仅需要很少的外部元件就可在较大温度范围内实现蓄电池的精确快速充电,因此,使用UC3906简化了蓄电池充电器的设计。它不仅可用于矿用蓄电池充电,也可在其他场合广泛使用。(责任编辑:闫茜72004年第2期崔文晓等:新颖的矿用密封铅酸蓄电池充电器的设计总第128期华中科技大学硕士学位论文浮充使用长寿命阀控式密封铅酸蓄电池研究姓名:黄红燕申请学位级别:硕士专业:化学工程指导教师:唐和清20051111华中科技大学硕士学位论文r8卜奄、图3.5lh率放电后充电电流与充电时间关系3.4.3不同合金板栅电池浮充电压与浮充电流的关系不同合金板栅三组电池测定浮充电压分别为2.20V、2.25V、2.30V下的电流值,浮充电压与浮充电流的关系见图3-6。由图可见,Pb.SbCd合金浮充电流比PbCa 系合金高。堰脚根处最脚菩浮充电压(v25。Pb.SbCdPbCaSn-AI。ePb.CaSn-AICd图3-6不同合金板栅电池浮充电压与浮充电流的关系岁破,哆 华中科技大学硕士学位论文表313过充电试验电池重量变化从过充电寿命试验可发现:PbCa.sn.AlCd五元合金过充电寿命最长,共进行11周期,而Pb.Ca和PbSb.Cd合金板栅电池只进行了8个周期。采用Pb-CaSn一舢-Cd五元合会,可大大提高电池过充电寿命性能,满足浮充长寿命要求。Pb-casn-和Pb.SbCd合金板栅电池过充电寿命周期基本相同,但工作特性曲线形状相差较大,Pb.sbcd合金板栅电池在过充电寿命过程中,容量有一上升段,而Pb-Ca系合金基本保持平稳或逐步下降。从电池失重上看,第一周期电池失水较多,从第二周期开始电池重量基本保持不变。试验表明:板栅合金中的添加物,如sb,它既对腐蚀层.活性物质的界面有影响,也对活性物质本身有影响,。用凝胶.晶体理论解释,正极活性物质的凝胶区与电解液之间处于平衡,可以和溶液中的离子进行交换。来自板栅合金的sb3+,它们可以渗入凝胶,sb3+对水有高度亲和性,一个Sb3+可联结2个水化聚合物链,Sb3+和水化聚合物链可形成大孔聚合物的骨骼。Sb3+如粘结剂一样,它可以防止水化聚合物链分解,防止正极活性物质密度降低,即它们有稳定聚合物链,改善质子电导的作用。3.4.5电池装配比对过充电寿命的影响1,35mm厚普通隔板、富液隔板组装的14、2。、34、4“电池,和1.25mm厚度隔板组装的5。、64电池,过充电寿命各周期1h率放电容量数据见表3-14,不同隔板过充电寿命曲线见图3-8,试验各周期电池重量变化见表315。一52O 2。I :晏坝伽抛K坫抖HH.一1O 05也|曩栅伽弼“一坫HH.一昵巧巧加一HM心.一500444。忑铷伽槲似似“一坫M HH抖一254O 00。|鐾懈似栅枷枷x 一:2HH HH一一鳄硝西n 刀加撕一HMn;,一08。|景伽栅伽栅H一坫HH抖.。埘忱懈曩X三!j一坫H 抖.量一;忆”帅璧始鞋鞋期划重一开周周周 石家庄铁道学院毕业设计铅酸蓄电池容量检测系统的设计Design of Lead-acid Battery CapacityDetection System2021 届电气与电子工程分院专业自动化学号 20041667学生姓名张义顺指导教师邓晓燕完成日期 2021年5 月25日毕业设计成绩单 毕业设计任务书 毕业设计开题报告 摘要本设计是以AT89C51单片机为核心的蓄电池容量检测系统,通过对AT89C51单片机软件编程可以实现以下基本要求:1、通过蓄电池放电测量电池容量;2、测量电压动态值;3、可切换显示电池容量/电压;4、测量结束后有报警提示。为了检测蓄电池的端电压,以便显示电压,要进行电压采样,并且采样电路为小电流放电,使所测试的电压值比较准确;为了检测蓄电池的容量,要进行电流采样,并且为大电流放电,放电电流为3A-4.5A,还要求放电电流尽可能恒定。系统的恒流放电电路由集成运算放大器构成,结构简单,调整方便。该恒流放电电路,保证了放电电流的基本恒定,从而保证了容量检测的准确。实时测量并显示电压,放电到10.5V 则放电结束。实时显示当前所放出的容量,积分计算出容量,不须人工计算。采用了Atmel公司的AT89C51单片机,该单片机片内有4K的ROM,不需外接ROM,由它设计制成的数字显示的蓄电池容量检测系统,其整个系统呈现单片化结构,硬件电路构成简单,主要功能均由软件编程实现,因此体积小、可靠性高、测量显示方便、直观、价格低廉。关键词:铅酸蓄电池容量检测恒流放电AbstractThe design is battery measurement system, of which AT89C51 micro controller as the core, through the software programming of AT89C51 SCM can achieve the following basic requirements: 1, battery capacity measurement by battery discharge; 2, measuring dynamic value of voltage, 3, may switch display the battery capacity / voltage; 4, alarm after the end of a measure.In order to detect the battery voltage, show that voltage, we must sample voltage, and sampling circuit is small current discharge so that test the voltage more accurate; To test the battery capacity, we must sample current, and discharge current is large. Discharge current is 3A-4.5A, also requires discharge current constant as possible. The constant current discharge circuit is composed of Integrated Operational amplifier. Structure is simple, and adjustment is easy. The constant discharge circuit ensure that the discharge current fundamental constant, so as to ensure the accurate of capacity detection. Measure and display voltage by real-time, 10.5 V to the discharge, and the discharge is over. Display capacity by real-time, and calculate the capacity by integration, do not need manual calculations.Using AT89C51 SCM of Atmel, 4K ROM within the SCM, without external ROM, the battery capacity detection system, design made of it, showed its monolithic structure, hardware circuit is simple, the main function work by the software programming. So size is small, it is highly reliable and measurement and showing is convenient, intuitive, price is low.Key words: Lead-acid batteries Capacity detection Constant current discharge目录第1章绪论 (11.1 课题研究的目的及意义 (11.2 国内外研究现状 (11.3 论文研究内容及创新点 (4第2章铅酸蓄电池 (52.1 工作原理 (52.2 蓄电池的容量 (62.3 影响铅酸蓄电池容量的因素 (8第3章 AT89C51单片机结构及功能简介 (133.1 AT89C51简介 (133.2 主要特性 (133.3 管脚说明 (133.4 时钟振荡器 (15第4章硬件设计 (174.1 采样电路的设计 (174.2 恒流放电电路的设计 (184.3 数字显示电路的设计 (204.4 A/D接口电路的设计 (21第5章软件设计 (245.1 主要算法 (245.2 主程序设计 (265.3 A/D转换程序的设计 (275.4 数字显示程序设计 (28第6章结论与展望 (31参考文献 (32致谢 (33附录 (34第1章绪论1.1 课题研究的目的及意义铅酸蓄电池经过百余年的发展与完善已成为世界上广泛使用的一种化学电源,具有良好的可逆性、电压特性平稳、使用寿命长、适用范围广、原材料丰富(且可再生使用及造价低廉等优点。主要应用在交通运输、通讯、电力、铁路、矿山、港口、国防、计算机、科研等国民经济各个领域,是社会生产经营活动和人类生活中不可缺少的产品。随着铅酸蓄电池的广泛应用,如何精确检测蓄电池容量成为广大用户极为关注的问题。GB5008.1标准规定“整个试验期间蓄电池均放置在温度252的水浴中”,由此可见,标准对于试验温度的要求252范围较为精确,且规定电池、水浴之间的距离,使之在反应过程中不会相互影响。因为蓄电池放电容量与温度的关系密切,标准才规定2的要求,第一,只有在相同的环境条件下的试验结果才具有可比性,可重复性;第二,在放电过程中,蓄电池将化学能转换成电能,是放出能量,蓄电池要从环境中吸热,蓄电池温度下降,为避免影响化学反应的进行,需要有恒温水浴向蓄电池补充热能使其温度恒定。质检部门的监督检验及仲裁检验,工商部门市场监测,教学研究等工作,务求对蓄电池容量检测数据准确无误。务必使试验温度保持在标准要求范围内,才能减少系统误差,得出精确数据,真实反映产品的质量水平。研制蓄电池容量检测系统很有必要。1.2 国内外研究现状1.核对放电法核对放电法即100%C的深度放电,它具有容量测试准确可靠的优点,因此,仍然是目前世界上检测电池性能的最可靠方法。核对放电法即全放电的容量试验,是检测电池容量最直接、最可靠的方法,无论是在线还是离线进行检测,都必须设置备用电源作为防范措施,以保证系统的安全。传统的核对放电设备普遍采用电阻丝进行核对放电,并且是人工操作,程序繁琐,存在一定的人身危险,这种传统的核对放电试验方式正在逐步被淘汰。目前,国内外普遍采用了新型的等效的电子负载,以保证电池组恒流放电。经过数小时后,可以找出最落后的一到几节电池,以落后电池到达终止电压时的放电时间与放电电流来估算其容量,并以此容量作为整组电池的容量。不过它的缺点也很突出,主要表现为:(1放电时间长,风险大,电池组须脱离系统,蓄电池组所存储的化学能全部以热能形式消耗掉,既浪费了电能又费时费力,效率低;少数放电系统采用逆变技术可以将化学能予以回收利用。(2进行核对性放电试验,必须具备一定条件,首先,尽可能在市电基本保障的条件下进行;其次,必须有备用电池组。(3目前,核对放电只能测试整组电池容量,不能测试每一节单体电池容量,以容量最低的一节作为整组容量,而其他部分电池由于放电深度不够,其劣化或落后程度还不能完全充分暴露出来。(4有损蓄电池的容量。由于蓄电池的内部化学反应不是完全可逆的。全深度循环放电的次数是有限的,所以,不宜对铅酸蓄电池频繁进行深放电。但是间隔时间过长,两次核对之间的蓄电池的状态是不确定的。我们会面临两难的选择。密封蓄电池的使用寿命是否终结的主要判据为,电池的剩余容量是否满足机房工作要求,或者满足有关维护规程的要求。国家有关电源维护规程中的核对放电试验目前仍是唯一被公认的测试剩余容量的最有效方法,它是衡量蓄电池在关键时刻能否发挥作用,确保通信畅通与生产正常的重要手段。2.不完全放电测试法对于电池组采用1%5%C的浅度放电;机房可以没有备用电池组。在放电状态下,对蓄电池组的各单体电池的端电压进行巡检,找出端电压下降最快的一只,将其确认为落后电池,再利用核对放电仪器,对该节电池进行核对放电,检测其容量,即代表该组电池的容量。目前,此法可以较快地判定电池组中部分或者个别落后或劣化电池,但还不足以准确测定电池的好坏程度,包括电池的容量等指标,仅适宜作为一个定性测试的参考。以前有厂家根据客户的需求特点,推出一系列在线测试电池容量的设备与仪器,即在线检测仪或在线巡检仪,但是除了少数情况外,一般都达不到一个很理想的效果。原因是多方面的,其中有蓄电池的生产制造工艺的原因,有蓄电池电化学特性的原因,即容量相同的蓄电池的负载电压本身具有离散性。大量研究实践证明,即便是浅度放电状态,单纯通过电压高低完全不足以判别电池性能的好坏。这种方法的优点是操作简单,风险系数小,并可以快速查找落后电池。不过最大的缺点还是测试精度低,只能作为电池落后状态判定依据,不能准确测算电池的好坏程度及电池容量指标。同时测试要求较高,测试情况还不是很理想,尤其是容量测试准确度较低。3.电导(内阻测量法电导测试线是目前主要的日常维护仪器。从测试技术分为交流法和直流法,使用95%以上的电导(内阻测量仪属于交流法。交流法电导测量是向蓄电池两端加一个已知频率和振幅的交流电压信号,测量出与电压同相位的交流电流值,其交流电流分量与交流电压的比值即为电池的电导。电导是频率的函数,不同的测试频率下有不同的电导值,电池的容量越小,电池电阻越大,电导值越小。电导法能准确查出完全失效的电池,根据大量的实验分析及研究结果证明,电池的容量只有降低到50%时,内阻或者电导会有所变化,降低到40%以后,会有明显变化,所以,根据电池电导值或者内阻值,可以在一定程度上确定电池的性能。采用电导法测试电池的内阻或电导是判定蓄电池好坏的一种有价值的参考思路,但是问题如下:(1对于电池的好坏程度,还不能提供准确的数据依据;不足以准确地测算出电池的实际性能指标,尤其是容量指标;不能判断(SOC容量50%以上的蓄电池的好坏;不能到达国标的要求。根据国家有关电源维护规程以及蓄电池维护效果要求,电池组荷电容量达不到80%便应整组淘汰。(2不同型号的仪表测量结果的差异性较大,由于各种交流法测量仪的测量频率(15Hz1000Hz、测量方法(相位差法、有效值法、调制解调法、比较法等等和测量电流(1A10A相差较大,让使用不同的测量仪对于同一块电池的测量结果相差较大,有时相差一倍。造成用户选择仪表困难,以及对于仪表测量结果的可信度怀疑。目前基于直流法的电导(内阻测量仪检测水平也未能超出交流法测量仪。电导测量技术虽然测试工作比较简单,但是,由于内阻与容量是非线性的,所以,测试结果不能很好地反映蓄电池的真实健康状况。4.安时Ah容量法对于动力蓄电池,蓄电池需要频繁的充电、放电。往往采用Ah容量法。使用Ah 容量法记录的电能量,需要知道蓄电池的初始状态和终点SOC;但是初始状态和终点SOC受到下述多种因素的影响,在一般情况下,并不是一个常数。所以安时Ah容量法仅能纪录已经使用或通过电量计的电量,而不能较为准确地预测终点SOC。针对目前的实际情况,就蓄电池制造厂家、蓄电池测试技术研究机构,以及广大蓄电池维护人员而言,都在积极探索一种快速、准确、可靠、安全的蓄电池测试技术。特别对于广大现场维护工程师而言,这种需求更显迫切。遗憾的是,蓄电池是实现化学与电能之间转换的一种非常复杂的装置。蓄电池的放电过程是化学能转变为电能的过程,蓄电池的充电过程是电能转化变为化学能的的过程。从电化学的角度,不能对于使用者提供更多的内部的信息。对它进行快速准确的容量测试是非常困难的。由于目前多是密封蓄电池,型号和规格千变万化,性能也不尽相同,外部只有两个电极接头。对于使用者来说,从外部来看,密封蓄电池是一个“黑箱”,至少是一个“灰箱”。对于蓄电池的设计和制造者同样如此。蓄电池容量测试技术的难点:(1蓄电池的化学能不能直接测量。(2蓄电池化学能本身是一个变量。由于化学反应不完全可逆。化学能随着使用次数和使用时间、储存时间而衰减。(3使用容量又与工作温度和充、放电率,充、放电的方法有关,并随着SOC状态等条件在变化。(4容量相同的密封蓄电池的负载电压和内阻本身具有离散性。即使对于同一个厂、同期生产的、同型号的蓄电池也是如此,无法避免。而且,对于蓄电池组,使用时间越长,蓄电池个体之间的差异性和离散性越大,会出现两极分化。(5难以等效。一般来说,不能使用线性元器件或者其任意的组合来等效蓄电池的内部结构。退一步说,使用非线性元器件的组合,可以等效蓄电池的内部结构,也仅适用于特定的电池和特定的条件。不能适用于各种规格的电池以及同一个电池在不同的使用条件1。基于蓄电池本身的性能和技术特点,必须保留核对放电技术,它可以定量测试,是其他测试技术的基础。其次,应该改进目前的电导法(内阻法、电压测量法等快速测量法,使之提高测量精度,以满足现场维护工程师的要求。采用恒流放电技术,使放电电流基本恒定,对电流和时间进行积分,也就是对放电电流进行求和运算,最终得到放出的容量值。1.3 论文研究内容及创新点主要研究利用单片机AT89C51设计一个蓄电池容量测量系统。铅酸蓄电池的容量检测方法很多,为了准确测量蓄电池的容量,本设计采用放电方法测试电池容量,并采取设计的恒流放电电路,而且单独测试电压和电流,保证了所测试电压和电流的准确。要求实时显示电池容量,实时显示电池电压,放电到10.5V测量结束并有报警提示,放电电流为3-4.5A,三位数码管显示,切换显示电压/安时。主要创新点是系统采用恒流放电,该电路由集成运算放大器构成,结构简单,调整方便。该恒流放电电路,保证了放电电流的基本恒定,从而保证了容量检测的准确。本系统硬件电路构成简单,主要功能均由软件编程实现,因而体积小、可靠性高、测量显示方便、直观、价格低廉。第2章铅酸蓄电池2.1 工作原理所谓蓄电池即是贮存化学能量,在必要时放出电能的一种电气化学设备。构成铅蓄电池之主要成份如下2:阳极板(过氧化铅.PbO2- 活性物质阴极板(海绵状铅.Pb - 活性物质电解液(稀硫酸 - 硫酸.H2SO4 + 水 .H2O电池外壳隔离板其它(液口栓.盖子等铅蓄电池内的阳极(PbO2及阴极(Pb浸到电解液(稀硫酸中,两极间会产生2V的电力,这是根据铅蓄电池原理,经由充放电,则阴阳极及电解液即会发生如下的变化: (阳极(电解液(阴极PbO2+ 2H2SO4+ Pb - PbSO4 + 2H2O + PbSO4 (放电反应(过氧化铅(硫酸(海绵状铅(阳极(电解液(阴极PbSO4+ 2H2O + PbSO4 - PbO2 + 2H2SO4 + Pb (充电反应(硫酸铅(水(硫酸铅蓄电池连接外部电路放电时,稀硫酸即会与阴、阳极板上的活性物质产生反应,生成新化合物(硫酸铅。经由放电硫酸成分从电解液中释出,放电愈久,硫酸浓度愈稀薄。所消耗之成份与放电量成比例,只要测得电解液中的硫酸浓度,亦即测其比重,即可得知放电量或残余电量。由于放电时在阳极板,阴极板上所产生的硫酸铅会在充电时被分解还原成硫酸,铅及过氧化铅,因此电池内电解液的浓度逐渐增加,亦即电解液之比重上升,并逐渐回复到放电前的浓度,这种变化显示出蓄电池中的活性物质已还原到可以再度供电的状态,当两极的硫酸铅被还原成原来的活性物质时,即等于充电结束,而阴极板就产生氢,阳极板则产生氧,充电到最后阶段时,电流几乎都用在水的电解,因而电解液会减少,此时应以纯水补充之。2.2 蓄电池的容量电动车用蓄电池的容量以下列条件表示之:电解液比值 1.280/20放电电流5小时的电流放电终止电压 1.70V/Cell放电中的电解液温度302放电中端子电压比放电前之无负载电压(开路电压低,理由如下:(1V=E-IRV-端子电压(VI-放电电流(AE-开路电压(VR-内部阻抗(2放电时,电解液比重下降,电压也降低。(3放电时,电池内部阻抗即随之增强,完全充电时若为1倍,则当完全放电时,即会增强2-3倍。用于起重时电瓶电压之所以比用于行走时的电压低,乃是由于起重用之油压马达比行走用之驱动马达功率大,因此放电流大,则上式的IR亦变大3。在容量试验中,放电率与容量的关系如下:5HR.1.7V/cell3HR.1.65V/cell1HR.1.55V/cell严禁到达上述电压时还继续放电,放电愈深,电瓶内温会升高,则活性物质劣化愈严重,进而缩短蓄电池寿命。因此,堆高机无负重扬升时的电池电压若已达1.75V/cell(24cell的42V,12cell的21V,则应停止使用,马上充电。当蓄电池温度降低,则其容量亦会因以下理由而显著减少。(A电解液不易扩散,两极活性物质的化学反应速率变慢。(B电解液之阻抗增加,电瓶电压下降,蓄电池的5HR容量会随蓄电池温度下降而减少。因此:(1冬季比夏季的使用时间短。(2特别是使用于冷冻库的蓄电池由于放电量大,而使一天的实际使用时间显著减短。若欲延长使用时间,则在冬季或是进入冷冻库前,应先提高其温度。每日反复充放电以供使用时,则电池寿命将会因放电量的深浅,而受到影响。蓄电池之电解液比重几乎与放电量成比例。因此,根据蓄电池完全放电时的比重及10%放电时的比重,即可推算出蓄电池的放电量。测定铅蓄电池之电解液比重为得知放电量的最佳方式。因此,定期性的测定使用后的比重,以避免过度放电,测比重的同时,亦侧电解液的温度,以20所换算出的比重,切勿使其降到80%放电量的数值以下。内部阻抗会因放电量增加而加大,尤其放电终点时,阻抗最大,主要因为放电的进行使得极板内产生电流的不良导体硫酸铅及电解液比重的下降,都导致内部阻抗增强,故放电后,务必马上充电,若任其持续放电状态,则硫酸铅形成安定的白色结晶后(此即文献上所说的硫化现象,即使充电,极板的活性物质亦无法恢复原状,而将缩短电瓶的使用年限。白色硫酸铅化蓄电池放电,则阴、阳极板同时产生硫酸铅(PbS04,若任其持续放电,不予充电,则最后会形成安定的白色硫酸铅结晶(即使再充电,亦难再恢复原来的活性物质此状态称为白色硫化现象。当电池过度放电,内部阻抗即显著增加,因此蓄电池温度也会上升。放电时的温度高,会提高充电完成时温度,因此,将放电终了时的温度控制在40以下为最理想。2.3 影响铅酸蓄电池容量的因素铅酸蓄电池的容量是指在一定的放电条件下,可以从电池中获得的容量,一般用安时(Ah数表示,符号为C。铅酸蓄电池容量有理论容量、实际容量和额定容量之分。理论容量是假设电池中活性物质放电时能够全部参加反应,并结合电池的反应方程式和各成份的电化学当量数值,按照法拉第定律计算求得的;实际容量是指在一定的放电条件下电池实际放出的电量,它总是低于理论容量;额定容量是设计和生产电池时,规定或保证电池在规定的放电条件下应该放出的最低限度的电量。通常说影响铅酸蓄电池容量的因素,都是指对电池实际容量的影响。因为一旦电池活性物质的总量确定下来,电池的理论容量就确定了,并且额定容量也是实际容量的一种反应。因为但凡说额定容量,都要确定放电电流值,并且也通常约定了放电的终止电压。而如果谈电池的实际放电容量,则包括的因素最为全面,不仅包含对理论容量的影响因素,甚至连对额定容量的影响因素也包含在内了,下面着重谈一下各种因素对铅酸蓄电池实际容量的影响。影响电池容量的因素很多,大致可以分为两类:一是生产工艺方面的因素,包括活性物质量、极