【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 大的電流放電時(shí)，由于表層生成的硫酸鉛會(huì)堵塞活性物質(zhì)的孔隙，致使極板深層的活性物質(zhì)得不到電解液的及時(shí)補(bǔ)充而中斷反應(yīng)，導(dǎo)致極板越厚，深處極板上活性物質(zhì)反應(yīng)的利用率就越少。這是因?yàn)樵诨钚晕镔|(zhì)總量相同的前提下，要么增加極板片數(shù)，要么增加單極板的表面積。這兩種方式都相當(dāng)于擴(kuò)大了電解液擴(kuò)散的表面積，如果把極板變薄，則相當(dāng)于減小了擴(kuò)散的厚度。在這種情況下，不僅擴(kuò)散速度加快，濃度極化減小，而且由于反應(yīng)面積的增加，電化學(xué)極化也減小。伴隨著放電過(guò)程表現(xiàn)出來(lái)的現(xiàn)象是，電池端電壓下降的慢，電池的放電容量增加，而厚極板則是情況相反。當(dāng)然極板也不能太薄，這樣不僅會(huì)影響電池的循環(huán)壽命，電池容量的增加也不會(huì)太明顯。有研究表明：盡管極板越薄，活性物質(zhì)利用率越高，但是當(dāng)極板厚度減薄到2mm以下時(shí)，再減薄極板厚度，活性物質(zhì)利用率也變化不大。也就是說(shuō)，在活性物質(zhì)總量相同的前提下，薄極板的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在大電流放電情況下。所謂極板的孔率是指極板上活性物質(zhì)中孔的總體積與鉛膏的表觀總體積之比的百分?jǐn)?shù)?？茁蕦?duì)放電容量的影響具有兩重性，一方面孔率大了，擴(kuò)散容易，容量提高；另一方面，孔率大了，活性物質(zhì)總量就會(huì)減少，容量反而減少，并且孔率過(guò)大，還會(huì)縮短電池的壽命。因此極板孔率應(yīng)在極板生產(chǎn)時(shí)合理選擇工藝過(guò)程，并且要嚴(yán)格控制過(guò)程保障能力，以生產(chǎn)出適合不同使用條件要求的最佳孔率的極板?；钚晕镔|(zhì)的孔率決定于鉛膏的視比重及涂板時(shí)的壓板操作，鉛膏視比重小，壓板時(shí)壓力小，則孔率大，反之則孔率小。一般正極板孔率控制在55%左右，負(fù)極板控制在60%左右。需要注意的是，不僅要注意孔率，還要注意孔的大小及其分布。這是因?yàn)榛钚晕镔|(zhì)放電后，體積要增加，孔太小時(shí)很容易被堵塞而使活性物質(zhì)不能被充分利用，孔太大時(shí)又會(huì)影響活性物質(zhì)之間的連接，在閥控密封鉛酸蓄電池中，還會(huì)因影響氣體復(fù)合時(shí)的通道而影響氣體的復(fù)合效率。相同活性物質(zhì)總量的極板放電容量不僅與上面提到的因素有關(guān)，而且還與極板的真實(shí)表面積有關(guān)。所謂真實(shí)表面積，也就是能夠與電解液直接接觸的活性物質(zhì)的表面積，它要比按照極板幾何尺寸計(jì)算出來(lái)的面積大的多，一方面包括極板的片數(shù)，另一方面還包括極板細(xì)孔的表面積。因?yàn)閷?duì)于含活性物質(zhì)的極板來(lái)說(shuō)，活性物質(zhì)粒子越小，表面積就越大。并且鉛酸蓄電池活性物質(zhì)的粒子都很小，因此它們做出的極板的真實(shí)表面積要比極板的表觀表面積大幾百到幾千倍。真實(shí)表面積大，則擴(kuò)散截面積與反應(yīng)面積都增加，因此放電時(shí)濃度極化和電化學(xué)極化都減小，電池電壓下降減慢，放電容量提高。因此對(duì)于體積、重量一定的鉛酸蓄電池來(lái)說(shuō)，要想提高其放電容量，可以通過(guò)增大極板的真實(shí)表面積來(lái)得到。此外，真實(shí)表面積還與孔的大小有關(guān)，把一個(gè)大孔分成幾個(gè)小孔，盡管總孔體積不變，但是真實(shí)表面積卻增大了。但需要注意的是小孔易被堵塞，造成這一部分表面積不能發(fā)揮作用。極板中心距是指兩個(gè)同極性極板中心之間的距離。極板中心距的大小對(duì)電池的容量也有一定的影響，這個(gè)影響可以從兩個(gè)方面來(lái)分析，一是要考慮電解液量對(duì)電池容量的影響；二是通過(guò)極板中心距的改變影響內(nèi)阻，進(jìn)而影響電池放電時(shí)放出電量的多少。說(shuō)到電解液量對(duì)電池容量的影響，就需要引入另一個(gè)和極板中心距密切相關(guān)的概念：極板面間距，它指的是一個(gè)電池中不同極性的相鄰極板之間的距離。大家都知道，極板中活性物質(zhì)孔內(nèi)的酸液量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠活性物質(zhì)電化學(xué)反應(yīng)的需要，據(jù)報(bào)道鉛酸電池極板中的酸液量?jī)H夠活性物質(zhì)總量的10%參加電化學(xué)反應(yīng)。而在當(dāng)今比較流行的閥控密封型鉛酸蓄電池的設(shè)計(jì)原則中，不僅不允許有游離態(tài)的電解液存在，還要求電池隔板中的酸液量不能夠飽和，必須留下5%～10%的孔來(lái)作為氧復(fù)合的通道。并且鉛酸蓄電池中電解液硫酸的利用率通常也只有75%左右，這就要求電池在設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要有足夠活性物質(zhì)反應(yīng)的電解液量，而且又要極板的面間距盡可能的小，這樣可以減小電池的內(nèi)阻，放電容量同樣也會(huì)上升。 蓄電池使用時(shí)的因素對(duì)電池容量的影響對(duì)于同種規(guī)格和數(shù)量的極板制成的蓄電池來(lái)說(shuō)，放電電流密度大時(shí)，放電容量減小。反之，放電電流密度小時(shí)，放電容量增大。這是因?yàn)榉烹婋娏髅芏却髸r(shí)，電化學(xué)極化和濃差極化都將加劇，造成放電電壓迅速下降，放電容量減小。此外，放電電流密度大時(shí)，鉛離子的數(shù)量在電極附近增加很快，使硫酸鉛的過(guò)飽和度增大，生成晶粒細(xì)小而又致密的薄層硫酸鉛鹽層，它會(huì)在電解液來(lái)不及擴(kuò)散進(jìn)入活性物質(zhì)內(nèi)部時(shí)堵塞孔道，造成電極內(nèi)部活性物質(zhì)更加不易反應(yīng)，利用率更低，放電容量更少。反之，當(dāng)采用較小電流密度放電時(shí)，不僅電化學(xué)極化和濃差極化減小，而且由于鉛離子的過(guò)飽和度減小，生成的硫酸鉛層將是粗大而疏松的。這種鹽層雖然也遮蓋了電極表面，但是硫酸電解液仍然可以通過(guò)它的孔隙擴(kuò)散到極板深處與活性物質(zhì)接觸、反應(yīng)，當(dāng)然能夠放出較多的容量。這也是針對(duì)同種規(guī)格電池，各種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在大電流放電時(shí)，允許放出較少的容量的主要原因。比如，針對(duì)固定型的閥控密封鉛酸蓄電池，各種標(biāo)準(zhǔn)基本都規(guī)定，3小時(shí)率放電的容量只要達(dá)到10小時(shí)率放電容量的75%即判為合格。鉛酸蓄電池的放電終止電壓，指的是蓄電池在一定的電流密度下放電時(shí)，放電到不宜再繼續(xù)放電時(shí)的電池電壓值。終止電壓是根據(jù)實(shí)際需要而定的，一般小電流放電時(shí)，終止電壓高些，大電流放電時(shí)，終止電壓低些。這是因?yàn)樾‰娏鞣烹姇r(shí)，放電曲線平坦部分很長(zhǎng)，到終止電壓后，如果繼續(xù)放電，則電壓急劇下降。超過(guò)終止電壓的容量最多也不能超過(guò)總?cè)萘康?0%左右。而且這樣的小電流過(guò)放電，容易形成大的PbSO4結(jié)晶或者在電極深處生成PbSO4，它們?cè)诔潆姇r(shí)不易復(fù)原成金屬鉛，造成極板損傷。而大電流放電時(shí)，電壓沒(méi)有平坦部分，這時(shí)主要是擴(kuò)散跟不上，形成的PbSO4較細(xì)，再充電時(shí)容易還原成金屬鉛，所以終止電壓可以定得高些。電解液溫度對(duì)鉛酸蓄電池在一定放電率和終止電壓條件下可供給的容量值有很大的影響，電解液溫度升高，放電容量增加；溫度降低，放電容量減小。電池容量隨著溫度降低而減小，與溫度對(duì)電解液粘度和電阻有嚴(yán)重影響密切相關(guān)。溫度低時(shí)，電解液粘度增大，離子運(yùn)動(dòng)受到較大阻力，電解液擴(kuò)散能力降低，濃差極化急劇增加；同時(shí)溫度低時(shí)，電解液的歐姆電阻也增大，導(dǎo)致電化學(xué)極化和歐姆極化也增加，容量同樣減小。另外，溫度低時(shí)，硫酸鉛在電解液中的飽和度降低，這就必然造成鉛離子在極板附近的過(guò)飽和度增加，形成致密的硫酸鉛層，阻礙活性物質(zhì)與電解液接觸，同樣也導(dǎo)致電池容量降低。這里需要著重說(shuō)明兩點(diǎn)：一是負(fù)極板受溫度的影響比正極板敏感，這也說(shuō)明了電池制造商為了提高電池的低溫或大電流放電性能，通常都只在負(fù)極鉛膏中增加相應(yīng)的添加劑；二是由于電解液溫度降低而引起的放電容量的降低，并不是說(shuō)電池?fù)p失了一部分容量，因?yàn)橹灰o蓄電池加溫，使電解液溫度升高，鉛蓄電池仍可放出其額定的放電容量。在鉛酸蓄電池中，硫酸電解液密度的變化直接影響其放電的容量。密度太低，不僅極板孔內(nèi)電解液密度下降太多，造成內(nèi)阻增加，容量下降，而且還會(huì)造成電極附近電解液擴(kuò)散困難而導(dǎo)致容量減少。雖然低密度的電解液會(huì)對(duì)電池容量產(chǎn)生不利的影響，但是電解液密度也不能太高，如果電解液密度超過(guò)一定限度時(shí)，電解液的固有電阻增加，粘度變大，同時(shí)電池的自放電也增大，對(duì)電池容量反而不利。，但是在電池放電過(guò)程中，酸的密度發(fā)生變化，由于放電率不同以及溫度和對(duì)應(yīng)于電池內(nèi)活性物質(zhì)量的電解液量不同，電解液的最適宜密度也就不同。，除能增加自放電外，還會(huì)加速電池中隔板和正極板柵的腐蝕。這里需要著重說(shuō)明的是：電池電解液密度的提高僅對(duì)正極有利，對(duì)負(fù)極則不然，特別是在大電流低溫放電時(shí)這種差異更為顯著，這時(shí)負(fù)極可能成為限制電池容量的因素[4]。第3章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)及功能簡(jiǎn)介 AT89C51簡(jiǎn)介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案[5]。 主要特性與MCS51兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年全靜態(tài)工作：0Hz24Hz三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定1288位內(nèi)部RAM32位可編程I/O線兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源 可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 管腳說(shuō)明VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流(ILL)這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳 備選功能 RXD(串行輸入口) TXD(串行輸出口) (外部中斷0) (外部中斷1) T0(記時(shí)器0外部輸入) T1(記時(shí)器1外部輸入) (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通) (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。/VPP：當(dāng)保持低電平時(shí)，則在此期間為外部程序存儲(chǔ)器(0000HFFFFH)，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)端保持高電平時(shí)，此間為內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性:XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石英晶體振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 時(shí)鐘振蕩器AT89C51中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷振蕩器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見(jiàn)圖31。外接石英晶體(或陶瓷振蕩器)及電容CC2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電容CC2雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30pF177。10pF，而如使用陶瓷振蕩器建議選擇40pF177。10pF。用戶也可以采用外部時(shí)鐘。采用外部時(shí)鐘的電路如圖31右圖所示。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。圖31 內(nèi)部振蕩電路和外部振蕩電路由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過(guò)一個(gè)2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的。所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒(méi)有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。第4章 硬件設(shè)計(jì) 采樣電路的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思路對(duì)蓄電池進(jìn)行容量檢測(cè)，需要大電流恒流放電，并且要測(cè)量出電流值，通過(guò)積分和累加計(jì)算出蓄電池容量，因此必須有電流取樣電路。電流采樣電路為大電流放電電路，因此放電回路上的電阻應(yīng)為大功率電阻，其他器件也要符合大功率和大電流的要求；需要對(duì)電池放