【正文】 所存儲的化學(xué)能全部以熱能形式消耗掉，既浪費了電能又費時費力，效率低；少數(shù)放電系統(tǒng)采用逆變技術(shù)可以將化學(xué)能予以回收利用。(2)進(jìn)行核對性放電試驗，必須具備一定條件，首先，盡可能在市電基本保障的條件下進(jìn)行；其次，必須有備用電池組。(3)目前，核對放電只能測試整組電池容量，不能測試每一節(jié)單體電池容量，以容量最低的一節(jié)作為整組容量，而其他部分電池由于放電深度不夠，其劣化或落后程度還不能完全充分暴露出來。(4)有損蓄電池的容量。由于蓄電池的內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)不是完全可逆的。全深度循環(huán)放電的次數(shù)是有限的，所以，不宜對鉛酸蓄電池頻繁進(jìn)行深放電。但是間隔時間過長，兩次核對之間的蓄電池的狀態(tài)是不確定的。我們會面臨兩難的選擇。密封蓄電池的使用壽命是否終結(jié)的主要判據(jù)為，電池的剩余容量是否滿足機(jī)房工作要求，或者滿足有關(guān)維護(hù)規(guī)程的要求。國家有關(guān)電源維護(hù)規(guī)程中的核對放電試驗?zāi)壳叭允俏ㄒ槐还J(rèn)的測試剩余容量的最有效方法，它是衡量蓄電池在關(guān)鍵時刻能否發(fā)揮作用，確保通信暢通與生產(chǎn)正常的重要手段。對于電池組采用1%～5%C的淺度放電；機(jī)房可以沒有備用電池組。在放電狀態(tài)下，對蓄電池組的各單體電池的端電壓進(jìn)行巡檢，找出端電壓下降最快的一只，將其確認(rèn)為落后電池，再利用核對放電儀器，對該節(jié)電池進(jìn)行核對放電，檢測其容量，即代表該組電池的容量。目前，此法可以較快地判定電池組中部分或者個別落后或劣化電池，但還不足以準(zhǔn)確測定電池的好壞程度，包括電池的容量等指標(biāo)，僅適宜作為一個定性測試的參考。以前有廠家根據(jù)客戶的需求特點，推出一系列在線測試電池容量的設(shè)備與儀器，即在線檢測儀或在線巡檢儀，但是除了少數(shù)情況外，一般都達(dá)不到一個很理想的效果。原因是多方面的，其中有蓄電池的生產(chǎn)制造工藝的原因，有蓄電池電化學(xué)特性的原因，即容量相同的蓄電池的負(fù)載電壓本身具有離散性。大量研究實踐證明，即便是淺度放電狀態(tài)，單純通過電壓高低完全不足以判別電池性能的好壞。這種方法的優(yōu)點是操作簡單，風(fēng)險系數(shù)小，并可以快速查找落后電池。不過最大的缺點還是測試精度低，只能作為電池落后狀態(tài)判定依據(jù)，不能準(zhǔn)確測算電池的好壞程度及電池容量指標(biāo)。同時測試要求較高，測試情況還不是很理想，尤其是容量測試準(zhǔn)確度較低。(內(nèi)阻)測量法電導(dǎo)測試線是目前主要的日常維護(hù)儀器。從測試技術(shù)分為交流法和直流法，使用95%以上的電導(dǎo)(內(nèi)阻)測量儀屬于交流法。交流法電導(dǎo)測量是向蓄電池兩端加一個已知頻率和振幅的交流電壓信號，測量出與電壓同相位的交流電流值，其交流電流分量與交流電壓的比值即為電池的電導(dǎo)。電導(dǎo)是頻率的函數(shù)，不同的測試頻率下有不同的電導(dǎo)值，電池的容量越小，電池電阻越大，電導(dǎo)值越小。電導(dǎo)法能準(zhǔn)確查出完全失效的電池，根據(jù)大量的實驗分析及研究結(jié)果證明，電池的容量只有降低到50%時，內(nèi)阻或者電導(dǎo)會有所變化，降低到40%以后，會有明顯變化，所以，根據(jù)電池電導(dǎo)值或者內(nèi)阻值，可以在一定程度上確定電池的性能。采用電導(dǎo)法測試電池的內(nèi)阻或電導(dǎo)是判定蓄電池好壞的一種有價值的參考思路，但是問題如下：(1)對于電池的好壞程度，還不能提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)；不足以準(zhǔn)確地測算出電池的實際性能指標(biāo)，尤其是容量指標(biāo)；不能判斷(SOC)容量50%以上的蓄電池的好壞；不能到達(dá)國標(biāo)的要求。根據(jù)國家有關(guān)電源維護(hù)規(guī)程以及蓄電池維護(hù)效果要求，電池組荷電容量達(dá)不到80%便應(yīng)整組淘汰。(2)不同型號的儀表測量結(jié)果的差異性較大，由于各種交流法測量儀的測量頻率(15Hz～1000Hz)、測量方法(相位差法、有效值法、調(diào)制解調(diào)法、比較法等等)和測量電流(1A～10A)相差較大，讓使用不同的測量儀對于同一塊電池的測量結(jié)果相差較大，有時相差一倍。造成用戶選擇儀表困難，以及對于儀表測量結(jié)果的可信度懷疑。目前基于直流法的電導(dǎo)(內(nèi)阻)測量儀檢測水平也未能超出交流法測量儀。電導(dǎo)測量技術(shù)雖然測試工作比較簡單，但是，由于內(nèi)阻與容量是非線性的，所以，測試結(jié)果不能很好地反映蓄電池的真實健康狀況。對于動力蓄電池，蓄電池需要頻繁的充電、放電。往往采用Ah容量法。使用Ah容量法記錄的電能量，需要知道蓄電池的初始狀態(tài)和終點SOC；但是初始狀態(tài)和終點SOC受到下述多種因素的影響，在一般情況下，并不是一個常數(shù)。所以安時Ah容量法僅能紀(jì)錄已經(jīng)使用或通過電量計的電量，而不能較為準(zhǔn)確地預(yù)測終點SOC。 快速容量測試技術(shù)的難點分析針對目前的實際情況，就蓄電池制造廠家、蓄電池測試技術(shù)研究機(jī)構(gòu)，以及廣大蓄電池維護(hù)人員而言，都在積極探索一種快速、準(zhǔn)確、可靠、安全的蓄電池測試技術(shù)。特別對于廣大現(xiàn)場維護(hù)工程師而言，這種需求更顯迫切。遺憾的是，蓄電池是實現(xiàn)化學(xué)與電能之間轉(zhuǎn)換的一種非常復(fù)雜的裝置。蓄電池的放電過程是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程，蓄電池的充電過程是電能轉(zhuǎn)化變?yōu)榛瘜W(xué)能的的過程。從電化學(xué)的角度，不能對于使用者提供更多的內(nèi)部的信息。對它進(jìn)行快速準(zhǔn)確的容量測試是非常困難的。由于目前多是密封蓄電池，型號和規(guī)格千變?nèi)f化，性能也不盡相同，外部只有兩個電極接頭。對于使用者來說，從外部來看，密封蓄電池是一個“黑箱”，至少是一個“灰箱”。對于蓄電池的設(shè)計和制造者同樣如此。蓄電池容量測試技術(shù)的難點：(1)蓄電池的化學(xué)能不能直接測量。(2)蓄電池化學(xué)能本身是一個變量。由于化學(xué)反應(yīng)不完全可逆?；瘜W(xué)能隨著使用次數(shù)和使用時間、儲存時間而衰減。(3)使用容量又與工作溫度和充、放電率，充、放電的方法有關(guān)，并隨著SOC狀態(tài)等條件在變化。(4)容量相同的密封蓄電池的負(fù)載電壓和內(nèi)阻本身具有離散性。即使對于同一個廠、同期生產(chǎn)的、同型號的蓄電池也是如此，無法避免。而且，對于蓄電池組，使用時間越長，蓄電池個體之間的差異性和離散性越大，會出現(xiàn)兩極分化。(5)難以等效。一般來說，不能使用線性元器件或者其任意的組合來等效蓄電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。退一步說，使用非線性元器件的組合，可以等效蓄電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，也僅適用于特定的電池和特定的條件。不能適用于各種規(guī)格的電池以及同一個電池在不同的使用條件[1]。 容量測試技術(shù)解決的方向基于蓄電池本身的性能和技術(shù)特點，必須保留核對放電技術(shù)，它可以定量測試，是其他測試技術(shù)的基礎(chǔ)。其次，應(yīng)該改進(jìn)目前的電導(dǎo)法(內(nèi)阻法)、電壓測量法等快速測量法，使之提高測量精度，以滿足現(xiàn)場維護(hù)工程師的要求。采用恒流放電技術(shù)，使放電電流基本恒定，對電流和時間進(jìn)行積分，也就是對放電電流進(jìn)行求和運算，最終得到放出的容量值。 論文研究內(nèi)容及創(chuàng)新點主要研究利用單片機(jī)AT89C51設(shè)計一個蓄電池容量測量系統(tǒng)。鉛酸蓄電池的容量檢測方法很多，為了準(zhǔn)確測量蓄電池的容量，本設(shè)計采用放電方法測試電池容量，并采取設(shè)計的恒流放電電路，而且單獨測試電壓和電流，保證了所測試電壓和電流的準(zhǔn)確。要求實時顯示電池容量，實時顯示電池電壓，，三位數(shù)碼管顯示，切換顯示電壓/安時。主要創(chuàng)新點是系統(tǒng)采用恒流放電，該電路由集成運算放大器構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便。該恒流放電電路，保證了放電電流的基本恒定，從而保證了容量檢測的準(zhǔn)確。本系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成簡單，主要功能均由軟件編程實現(xiàn)，因而體積小、可靠性高、測量顯示方便、直觀、價格低廉。第2章 鉛酸蓄電池 工作原理所謂蓄電池即是貯存化學(xué)能量，在必要時放出電能的一種電氣化學(xué)設(shè)備。構(gòu)成鉛蓄電池之主要成份如下[2]： 陽極板() 活性物質(zhì)陰極板() 活性物質(zhì)電解液(稀硫酸) + 水 .H2O電池外殼 隔離板 其它()鉛蓄電池內(nèi)的陽極(PbO2)及陰極(Pb)浸到電解液(稀硫酸)中，兩極間會產(chǎn)生2V的電力，這是根據(jù)鉛蓄電池原理，經(jīng)由充放電，則陰陽極及電解液即會發(fā)生如下的變化： (陽極) (電解液) (陰極) PbO2 + 2H2SO4 + Pb PbSO4 + 2H2O+ PbSO4 (放電反應(yīng)) (過氧化鉛) (硫酸) (海綿狀鉛) (陽極) (電解液) (陰極)PbSO4 +2H2O +PbSO4 PbO2 + 2H2SO4 + Pb (充電反應(yīng)) (硫酸鉛) (水) (硫酸鉛) 放電中的化學(xué)變化蓄電池連接外部電路放電時，稀硫酸即會與陰、陽極板上的活性物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)，生成新化合物(硫酸鉛)。經(jīng)由放電硫酸成分從電解液中釋出，放電愈久，硫酸濃度愈稀薄。所消耗之成份與放電量成比例，只要測得電解液中的硫酸濃度，亦即測其比重，即可得知放電量或殘余電量。 充電中的化學(xué)變化由于放電時在陽極板，陰極板上所產(chǎn)生的硫酸鉛會在充電時被分解還原成硫酸，鉛及過氧化鉛，因此電池內(nèi)電解液的濃度逐漸增加,亦即電解液之比重上升，并逐漸回復(fù)到放電前的濃度，這種變化顯示出蓄電池中的活性物質(zhì)已還原到可以再度供電的狀態(tài)，當(dāng)兩極的硫酸鉛被還原成原來的活性物質(zhì)時，即等于充電結(jié)束，而陰極板就產(chǎn)生氫，陽極板則產(chǎn)生氧，充電到最后階段時，電流幾乎都用在水的電解，因而電解液會減少，此時應(yīng)以純水補(bǔ)充之。 蓄電池的容量電動車用蓄電池的容量以下列條件表示之： ◎ 電解液比值　　　　　　℃ ◎ 放電電流　　　　　　　5小時的電流 ◎ 放電終止電壓　　　　　◎ 放電中的電解液溫度　　30177。2℃ 放電中電壓下降放電中端子電壓比放電前之無負(fù)載電壓(開路電壓)低，理由如下： (1)V=EIRV端子電壓(V)　　 I放電電流(A) E開路電壓(V)　　　R內(nèi)部阻抗(Ω) (2)放電時，電解液比重下降，電壓也降低。 (3)放電時，電池內(nèi)部阻抗即隨之增強(qiáng)，完全充電時若為1倍，則當(dāng)完全放電時，即會增強(qiáng)23倍。 用于起重時電瓶電壓之所以比用于行走時的電壓低，乃是由于起重用之油壓馬達(dá)比行走用之驅(qū)動馬達(dá)功率大，因此放電流大，則上式的IR亦變大[3]。 蓄電池之容量表示在容量試驗中，放電率與容量的關(guān)系如下： 5HR....3HR....1HR....嚴(yán)禁到達(dá)上述電壓時還繼續(xù)放電，放電愈深，電瓶內(nèi)溫會升高，則活性物質(zhì)劣化愈嚴(yán)重，進(jìn)而縮短蓄電池壽命。 因此，(24cell的42V,12cell的21V)，則應(yīng)停止使用，馬上充電。 蓄電池溫度與容量當(dāng)蓄電池溫度降低，則其容量亦會因以下理由而顯著減少。 (A)電解液不易擴(kuò)散，兩極活性物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率變慢。 (B)電解液之阻抗增加，電瓶電壓下降，蓄電池的5HR容量會隨蓄電池溫度下降而減少。 因此: (1)冬季比夏季的使用時間短。 (2)特別是使用于冷凍庫的蓄電池由于放電量大，而使一天的實際使用時間顯著減短。 若欲延長使用時間，則在冬季或是進(jìn)入冷凍庫前，應(yīng)先提高其溫度。 放電量與壽命每日反復(fù)充放電以供使用時，則電池壽命將會因放電量的深淺，而受到影響。 放電量與比重蓄電池之電解液比重幾乎與放電量成比例。因此，根據(jù)蓄電池完全放電時的比重及10%放電時的比重，即可推算出蓄電池的放電量。 測定鉛蓄電池之電解液比重為得知放電量的最佳方式。因此，定期性的測定使用后的比重，以避免過度放電，測比重的同時，亦側(cè)電解液的溫度，以20℃所換算出的比重，切勿使其降到80%放電量的數(shù)值以下。 放電狀態(tài)與內(nèi)部阻抗內(nèi)部阻抗會因放電量增加而加大，尤其放電終點時，阻抗最大，主要因為放電的進(jìn)行使得極板內(nèi)產(chǎn)生電流的不良導(dǎo)體—硫酸鉛及電解液比重的下降，都導(dǎo)致內(nèi)部阻抗增強(qiáng)，故放電后，務(wù)必馬上充電，若任其持續(xù)放電狀態(tài)，則硫酸鉛形成安定的白色結(jié)晶后(此即文獻(xiàn)上所說的硫化現(xiàn)象)，即使充電，極板的活性物質(zhì)亦無法恢復(fù)原狀，而將縮短電瓶的使用年限。白色硫酸鉛化 蓄電池放電，則陰、陽極板同時產(chǎn)生硫酸鉛(PbS04)，若任其持續(xù)放電，不予充電，則最后會形成安定的白色硫酸鉛結(jié)晶(即使再充電，亦難再恢復(fù)原來的活性物質(zhì))此狀態(tài)稱為白色硫化現(xiàn)象。 放電中的溫度當(dāng)電池過度放電，內(nèi)部阻抗即顯著增加，因此蓄電池溫度也會上升。放電時的溫度高，會提高充電完成時溫度，因此，將放電終了時的溫度控制在40℃以下為最理想。 影響鉛酸蓄電池容量的因素鉛酸蓄電池的容量是指在一定的放電條件下，可以從電池中獲得的容量，一般用安時(Ah)數(shù)表示，符號為C。鉛酸蓄電池容量有理論容量、實際容量和額定容量之分。理論容量是假設(shè)電池中活性物質(zhì)放電時能夠全部參加反應(yīng)，并結(jié)合電池的反應(yīng)方程式和各成份的電化學(xué)當(dāng)量數(shù)值，按照法拉第定律計算求得的；實際容量是指在一定的放電條件下電池實際放出的電量，它總是低于理論容量；額定容量是設(shè)計和生產(chǎn)電池時，規(guī)定或保證電池在規(guī)定的放電條件下應(yīng)該放出的最低限度的電量。通常說影響鉛酸蓄電池容量的因素，都是指對電池實際容量的影響。因為一旦電池活性物質(zhì)的總量確定下來，電池的理論容量就確定了，并且額定容量也是實際容量的一種反應(yīng)。因為但凡說額定容量，都要確定放電電流值，并且也通常約定了放電的終止電壓。而如果談電池的實際放電容量，則包括的因素最為全面，不僅包含對理論容量的影響因素，甚至連對額定容量的影響因素也包含在內(nèi)了，下面著重談一下各種因素對鉛酸蓄電池實際容量的影響。影響電池容量的因素很多，大致可以分為兩類：一是生產(chǎn)工藝方面的因素，包括活性物質(zhì)量、極板厚度、活性物質(zhì)孔率、活性物質(zhì)的真實表面積、極板的中心距、活性物質(zhì)的組成；二是使用時的因素，包括放電的電流密度、放電的終止電壓、電解液的溫度和電解液的密度。 蓄電池生產(chǎn)工藝對電池容量的影響活性物質(zhì)量的多少是影響鉛酸蓄電池容量的主要因素，一個電池活性物質(zhì)的量確定以后，因為電解液硫酸的量通常是夠用的，因此它的理論容量也就確定了，其他因素對容量的影響，就是對活性物質(zhì)利用率的影響了。這里需要著重說明的是通常正極和負(fù)極的活性物質(zhì)的理論容量是不一樣的，并且在任何情況下，電池的實際容量都要以電池中容量相對較小電極的實際容量為準(zhǔn)，這就要看不同放電條件分別對正負(fù)極實際容量的影響程度了。一般情況下，在常溫及放電電流不太大時，電池的實際容量都受正極容量的限制，在低溫及放電電流比較大時，電池容量通常受負(fù)極容量控制。但是對于閥控密封型鉛酸蓄電池，由于氧復(fù)合反應(yīng)的要求，使電池在設(shè)計之初就要求電池的負(fù)極容量大于正極的容量。當(dāng)極板上活性物質(zhì)總量確定以后，實際反應(yīng)中，活性物質(zhì)參加反應(yīng)量的多少與極板厚度密切相關(guān)。一般說來，極板表面的活性物質(zhì)能夠直接和硫酸電解液接觸起反應(yīng)，而極板深處的活性物質(zhì)就不然，以較