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正文內(nèi)容

畢業(yè)設(shè)計-移動式太陽能警示牌設(shè)計(編輯修改稿)

2024-07-12 16:23 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 鉛酸蓄電池和閥 控密封膠體蓄電池。 2 鉛酸蓄電池的基本結(jié)構(gòu) 鉛酸蓄電池主要由正極板、負(fù)極板、電解質(zhì)、隔板、電池槽、電池蓋、跨橋、安全閥、接線端等組成,如圖 所示。 11 圖 鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)示意圖 3 鉛酸蓄電池的工作原理 鉛酸蓄電池的工作過程就是電化學(xué)反應(yīng)將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,再將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程,其電化學(xué)反應(yīng)過程如下: 正極 電解液 負(fù)極 正極 水 負(fù)極 放電過程: PbO2 + 2H2SO4 + Pb → PbSO4 + 2H2O + PbSO4 充電過程 : PbO2 + 2H2SO4 + Pb ← PbSO4 + 2H2O + PbSO4 鉛酸蓄電池在充電和放電過程中的可逆反應(yīng)理論比較復(fù)雜,目前公認(rèn)的是 “ 雙硫酸化理論 ” 。該理論的含義我鉛酸蓄電池在放電后,兩電極的活性物質(zhì)和硫酸發(fā)生作用,均轉(zhuǎn)化為硫酸化合物 —— 硫酸鉛;充電時又恢復(fù)為原來的鉛和二氧化鉛。 事實上,鉛酸蓄電池在充電時會有氣體析出,因為在其完成正常充電、放電過程的同時,伴隨著許許多多其它的化學(xué)反應(yīng),在電解液中含有 Pb+、 H+、 HO、 SO42等帶電荷離子,特別在充電末期 ,鉛酸蓄電池正負(fù)極分別還原為 PbO2和 Pb 時,部分 H+與 HO會 在充電狀態(tài)下產(chǎn)生 H2與 O2兩種氣體,其方程式為 : 2H+ +2HO =2H2↑ + O2↑ 膠體型鉛酸蓄電池 1.膠體型鉛酸蓄電池的工作原理 膠體型鉛酸蓄電池 (如圖 ) 是對液體電解質(zhì)鉛酸蓄電池的改進(jìn),實際上是將鉛酸蓄電池中的硫酸電解液換成膠體電解液,其工作原理仍與鉛酸蓄電池相似。膠體電解液是用 SiO2凝膠和一定濃度的硫酸,按照適當(dāng)?shù)谋壤旌显谝黄?,形成一個多孔、多通道的高分子聚合物 ,結(jié)構(gòu)如圖 。膠體電解液進(jìn)入蓄電池內(nèi)部或充電若干小時后,會逐漸發(fā)生膠凝,使液態(tài)的電解質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槟z狀物,膠 體中添加有多12 種表面活性劑 ,有助于灌裝蓄電池前抗膠凝,而且還有助于防止極板硫酸鹽化,減小對隔板的腐蝕,提高極板活性物質(zhì)的反應(yīng)利用率通常膠體型鉛酸蓄電池采用富液設(shè)計,比普通鉛酸蓄電池多加了 20%的酸液。 圖 圖中有電池型號和參數(shù) “ 6DZM20”的含義是: 本電池是有 6 組 2V的單體電池串聯(lián)組成;“ DZM” :閥控式鉛酸蓄電池;“ 20”代表容量 20(A h)。 圖 ( 1)結(jié)構(gòu)密封,電解液凝膠,無滲漏:充放電無酸霧、無污染,安全、對環(huán)境友好。 ( 2)自放電極小 ,平均自放電在 25℃條件下 ,每 3 個月不高于 %。出廠充13 足電的蓄電池,在正常溫度下,連續(xù)存放 12 個月不需充電可投入使用。 ( 3)使用壽命長,由于凝膠電解液有效地防止了電解液的分層,極板活化反應(yīng)均勻,延長了極板的活化反應(yīng)循環(huán)次數(shù),提高了電池的使用壽命,其正常使用壽命可達(dá) 10~ 15 年。 ( 4) 深度放電循環(huán)性能優(yōu)良,放電至 0V能正?;謴?fù)。 ( 5)優(yōu)良的抗高低溫性能,適用環(huán)境范圍廣,可在 45℃~ 70℃的高低溫環(huán)境下使用。 ( 6)容 量高,充電能力接受強;浮充電流小,電池發(fā)熱量少;可放在任意位置 。 電池 與鉛酸蓄電池的性能比較,如表 。 表 膠體型鉛酸蓄電池與鉛酸蓄電池的性能比較 比較項目 膠體蓄電池 鉛酸蓄電池 自放電(正常室內(nèi)存放時間) 存放 1 年不需要充電可正常使用,存放兩年后,恒壓 充電 24h后,靜置 12h,其電池容量可恢復(fù)到 95%以上 每存放 3~ 6 個月須充電一次,容量最多能恢復(fù)到70% 電池在 20℃的正常使用壽命 12V電池設(shè)計壽命 10 年以上,2V電池設(shè)計壽命 15 年以上 3~ 5 年的壽命 深度放電循環(huán)性能(過放電至 0V 后接受充電能力) 容量可恢復(fù)至 100% 恢復(fù)狀態(tài)較差 耐過充電能力(充電完畢后以 充電) 在過充電 16h 后,沒有液體滲漏,外殼沒有變形 不允許過充電,否則會引起過熱而導(dǎo)致電池?fù)p壞 使用溫度范圍 45℃~ 70℃ 20℃~ 50℃ 高低溫使用性能 40℃時電池容量可保持在 60%以上, 70℃任然可以使用 以 25℃為 基準(zhǔn),溫度每升高 10℃,壽命縮短一半,溫度降低時,容量將減少 20℃時的浮充電流 每單元 ~ 時浮充電流為 ~ 時浮充電流為 ~ 外殼損壞后,腐蝕性液體的 滲漏 不會有液體的滲漏,可繼續(xù)使用 液體滲漏后不可在使用 制造成本 高 低 太陽能控制器 控制器是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件之一,也是平衡系統(tǒng)的的主要組成部14 分。在小型光伏發(fā)電系統(tǒng)中,控制器主要用來保護(hù)蓄電池。在大中型系統(tǒng)中,控制器起著平衡光伏系統(tǒng)能量、保護(hù)蓄電池及整個系統(tǒng)正常工作和顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)燈重要作用。 控制器可以單獨使用,也可以和逆變器等合為一體。 光伏控制器應(yīng)具有以下功能:①防止蓄電池過充和過放電,延長蓄電池壽命;②防止電池板或光伏方陣、蓄電池極性接反;③防止負(fù)載、控制器和其它設(shè)備內(nèi)部短 路;④具有防雷擊引起的擊穿保護(hù);⑤具有溫度補償?shù)墓δ?;⑥顯示光伏發(fā)電系統(tǒng)的各個工作狀態(tài),包括蓄電池(組)電壓、負(fù)載狀態(tài)、光伏方陣工作狀態(tài)、輔助電源狀態(tài)、環(huán)境溫度狀態(tài)、故障報警 等 。 下面就以我們所選控制器來做分析介紹 。 SYC10LA 智能太陽能控制器 1 基本資料 如圖 是 SYC10LA 智能太陽能控制器的基本外形 。 圖 智能太陽能控制器 SYC10LA 智能太陽能控制器采用最先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)設(shè)計,全自動運行。它的脈寬調(diào)制( PWM)試的蓄電池充電方式將大大 提高蓄電池的壽命。擁有許多獨特的功能,使用方便: 1) 12/24V自動識別 ; 2) 高效的串聯(lián)式 PWM 充電方式,充電效率較非 PWM 高 3%~ 6%,延長了蓄電池的壽命,增加了用電時間,提高了系統(tǒng)性能; 3) 使用功率 MOSFET 作為電子開關(guān),沒有任何機械開關(guān); 4) 具有廣泛的適用性,自動識別白天 /黑夜,并且光控靈敏度可調(diào); 5) 直觀的 LED 發(fā)光管指示當(dāng)前電池狀態(tài); 6) 定時時段 1~ 15 小時可調(diào); 7) 密封、膠體、開口式三種類型蓄電池充電程序可選; 8) 采用外置傳感器溫度補償,精確度高,自動調(diào)整充放電參數(shù),提高蓄電池壽命; 15 9) 采用工業(yè)級芯片,能在寒冷 、高溫、潮濕環(huán)境運行。采用晶振定時控制,精確; 10) 具有過溫、過充、過放、過載、短路自動保護(hù)功能 ,并且以上保護(hù)不損壞任何部件,不燒保險; 11) 任意組合的光電池及蓄電池反接自動保護(hù)功能。 2 產(chǎn)品特征 圖 控制器的外形特征 如圖 所示為太陽能控制器的外形特征 。 型號“ SYC10LA”的含義是:“ SYC”指產(chǎn)品型號;“ 10”指最大充電電流 10A;“ L”指路燈用;“ A”代表標(biāo)準(zhǔn)版 。 ①充電狀態(tài)指示燈 ,顯示充電狀態(tài)和光伏輸入故障情況; ② 蓄電池狀態(tài)指示燈,顯示蓄電池電壓狀態(tài); ③ 負(fù)載狀態(tài)指示燈,顯示負(fù) 載通斷狀態(tài)和輸出故障情況; ④ 溫度傳感器,采集溫度信息,進(jìn)行充放電溫度補償; ⑤ 顯示數(shù)碼管,控制器的工作模式和蓄電池選擇; ⑥ 太陽能電池接線端子; ⑦ 蓄電池接線端子; ⑧ 負(fù)載接線端子; ⑨功能按鍵,設(shè)置控制器的工作模式及蓄電池類型選擇。 3 控制器的接線方式 16 控制器的接線方式很重要,必須細(xì)心謹(jǐn)慎。接線順序為:蓄電池 →太陽能電池→負(fù)載。接線必須牢固,以防短路。 4 控制器各指示燈的含義 ① 充電狀態(tài)指示,見表 表 顏色 指示狀態(tài) 系統(tǒng)狀態(tài) 綠色 常亮 充電正常 綠色 慢閃 充電量不足 綠色 急閃 系統(tǒng)過電壓 ② 蓄電池狀態(tài)指示,見表 表 顏色 指示狀態(tài) 系統(tǒng)狀態(tài) 綠色 閃爍 正在充電 綠色 常亮 蓄電池飽和 紅色 常亮 蓄電池欠壓 紅色 閃爍 蓄電池過放 ③負(fù)載狀態(tài)顯示,見表 表 顏色 指示狀態(tài) 系統(tǒng)狀態(tài) 紅色 常亮 負(fù)載輸出正常 紅色 閃爍 負(fù)載過載或短路 熄滅(無) 無 負(fù)載輸出關(guān)斷 5 工作模式和蓄電池選型概述 本控制器有 18 種工作模式,依次為 0,1,?? ,16,17。其中“ 0”模式為純光控的開通 /關(guān)斷,根據(jù)光照強弱,開 通 /關(guān)斷延時十分鐘。模式“ 1— 15”為依次延時 1— 15 小時進(jìn)行開通 /關(guān)斷。模式“ 16”為手動模式進(jìn)行負(fù)載的開通 /關(guān)斷。模式“ 17”為調(diào)試模式。 蓄電池的選擇有三種, b1 為免維護(hù)蓄電池,一般設(shè)默認(rèn)值; b2 為開口電池; b3為膠體電池。 燈的選用 在本設(shè)計中,選用了 LED 燈 (如圖 ) ,它主要的優(yōu)點是亮度高、工作壽命長。17 對此我們選用了 3mm直徑的黃色 LED 燈,它的主要參數(shù)是: 發(fā)光角度: 60 度 工作溫度: 20℃~ 60℃ 儲藏溫度: 20℃~ 60℃ 黃光: 2021~ 3000MCD;波段: 590~ 595NM 產(chǎn)品光衰:零光衰(測試時間 1000 個小時) 使用壽命: 50000 小時 圖 18 第 七 章 產(chǎn)品的制作組裝 與性能測試 制作 組裝 在本產(chǎn)品支架的制作中,我們選用角鋼和鋼管焊接, 材料堅固,不易損壞。 底架支撐設(shè)計為三角稱體,下部整體呈三角錐形, 提高了放置的穩(wěn)定性。 2 警示牌的制作 警示牌所選材料在前面已經(jīng)做了概述,在制作過程中我們進(jìn)行了防水設(shè)計,確保了警示牌的密封,整個密封過程采用了 中性硅酮耐候膠進(jìn)行密封,對所用材料沒有腐蝕性,耐水、耐老化、耐高低溫,粘結(jié)性好。 防水與通風(fēng)設(shè)計 蓄電池安置于支架底部,增強了產(chǎn)品放置的穩(wěn)定性,整個蓄電池緊固在蓄電池倉底部,不會有晃動現(xiàn)象。蓄電池倉進(jìn)行了內(nèi)外兩層防水設(shè)計,全部使用中性硅酮耐候膠做了密封,同時,因為蓄電池在工作時會產(chǎn)生一些氣體,所以整個蓄電池倉做了通風(fēng)設(shè)計,以便所產(chǎn)生氣體的排散。 太陽能組件安置在整個支架的頂部,傾角依據(jù)當(dāng)?shù)鼐暥瘸?370 斜面,接受太陽光線性能好,能夠避開一般遮擋物,整個組件采用鋼架螺栓的緊固,便于不時之需的拆裝。 5 外觀美化設(shè)計 整個支架使用自噴漆噴涂,增強光感美觀,保光、保色性能優(yōu)良 ,耐水耐腐蝕,而且對金屬支架有防銹作用。 性能測試 太陽能電池是本設(shè)計中的一個重要環(huán)節(jié),它的發(fā)電量直接影響著整個系統(tǒng)的優(yōu)良,對此我們對太陽能電池進(jìn)行了發(fā)電量的測試,見 表 . 19 表 測試時間 開路電壓( V) 短路電流( mA) 功率( W) 10:00 420 11:30 710 12:50 950 13:40 870 14:30 750 15:30 680 16:00 510 16:40 700 17:30 430 圖 太陽能電池輸出特性曲線 蓄電池在滿充情況下可負(fù)載使用 60 小時以上。 在本次測試中,我們所測量的數(shù)據(jù)與設(shè)計值有些相
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