智能電池充電器的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文-在線瀏覽
2025-08-06 16:30本頁(yè)面
【正文】 學(xué)號(hào) 2010050212 題 目： 智能電池充電器的設(shè)計(jì) 內(nèi)容與要求：： 第一，有關(guān)鉛蓄電池的電化學(xué)原理和充放電原理。Anhui Vocactional amp。 Technical College of Industry amp。 第二，關(guān)于充電器對(duì)鉛蓄電池充電的原理及其電路設(shè)計(jì)。、控制方法的設(shè)計(jì)以及整個(gè)電路的分析。在充電過(guò)程中主要選擇用單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)沖保護(hù)。由于鉛酸蓄電池維護(hù)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、供電可靠、使用壽命長(zhǎng)，廣泛作為汽車(chē)、飛機(jī)、輪船等機(jī)動(dòng)車(chē)輛或發(fā)電機(jī)組的啟動(dòng)電源，也在各類(lèi)需要不間斷供電的電子設(shè)備和便攜式儀器儀表中用作一些電器及控制回路的工作電源。因此，為了適應(yīng)市場(chǎng)的需求，我們需要設(shè)計(jì)一種鉛蓄電池智能充電器。 通常，日常生活中的電瓶就是指鉛酸蓄電池。一般它用填滿(mǎn)了海綿狀的鉛的鉛板作負(fù)極，填滿(mǎn)了二氧化鉛的鉛板作正極，并用22～28％的稀硫酸作電解質(zhì)。電池在放電時(shí)，金屬鉛是負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，被氧化為硫酸鉛；二氧化鉛是正極，發(fā)生還原反應(yīng)，被還原為硫酸鉛。在用直流電給電池充電時(shí)，兩極分別生成了鉛和二氧化鉛。鉛蓄電池可以反復(fù)充電、放電，所以也叫二次電池。 由于鉛酸蓄電池維護(hù)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、供電可靠、使用壽命長(zhǎng)，廣泛作為汽車(chē)、飛機(jī)、船等機(jī)動(dòng)車(chē)輛或發(fā)電機(jī)組的啟動(dòng)電源，也在各類(lèi)需要不間斷供電的電子設(shè)備和便攜式儀器儀表中用作一些電器及控制回路的工作電源。為了滿(mǎn)足人們對(duì)大功率充電器的需求，設(shè)計(jì)了一款基于LPC933鉛酸蓄電池的制造成本低、容量大、價(jià)格低廉，使用十分廣泛。影響鉛酸蓄電池壽命的因素很多，采用正確的充電方式，能有效延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。第一章 基本理論介紹 鉛蓄電池充電理論基礎(chǔ)上世紀(jì)60年代中期，美國(guó)科學(xué)家馬斯對(duì)蓄電池的充電過(guò)程作了大量的試驗(yàn)研究，并提出了以最低出氣率為前提的，蓄電池可接受的充電曲線，如圖11所示。原則上把這條曲線稱(chēng)為最佳充電曲線，從而奠定了智能充電方法的研究方向。eti0圖11 最佳充電曲線由圖11可以看出：在初始充電時(shí)的電流很大，但是隨時(shí)間的增加電流變小的很快。在密封式蓄電池充電過(guò)程中，正極板產(chǎn)生氧氣，當(dāng)氧氣不能被及時(shí)吸收時(shí)，便堆積在正極板，使電池內(nèi)部壓力加大，電池溫度上升 ，同時(shí)縮小了正極板的面積，其內(nèi)阻就會(huì)變大，會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部出現(xiàn)極化現(xiàn)象。（1）極化 充電過(guò)程中，正負(fù)離子向兩極遷移。為了克服這個(gè)內(nèi)阻，外加電壓就必須額外施加一定的電壓，以克服阻力推動(dòng)離子遷移。 隨著充電電流急劇加大，歐姆極化將造成蓄電池在充電過(guò)中的高溫。實(shí)際上，生成物和反應(yīng)物的擴(kuò)散速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上化學(xué)反應(yīng)速度，從而造成極板附近電解質(zhì)溶液濃度發(fā)生變化。這種現(xiàn)象稱(chēng)為濃度極化。例如：電池的負(fù)極放電前，電極表面帶有負(fù)電荷，其附近溶液帶有正電荷，兩者處于平衡狀態(tài)。電極表面負(fù)電荷減少，而金屬溶解的氧化反應(yīng)進(jìn)行緩慢，不能及時(shí)補(bǔ)充電極表面電子的減少，電極表面帶電狀態(tài)發(fā)生變化?？傆幸粋€(gè)時(shí)刻，達(dá)到新的動(dòng)態(tài)平衡。也就是電化學(xué)極化電壓變高，從而嚴(yán)重阻礙了正常的充電電流。這3種極化現(xiàn)象都是隨著充電電流的增大而嚴(yán)重。其中最著名的就是“安培小時(shí)規(guī)則”：充電電流安培數(shù)，不應(yīng)超過(guò)蓄電池待充電的安時(shí)數(shù)。這個(gè)現(xiàn)象對(duì)蓄電池充電所必須的最短時(shí)間具有重要意義。恒流充電法是用調(diào)整充電裝置輸出電壓或改變與蓄電池串聯(lián)電阻的方法，保持充電電流強(qiáng)度不變的充電方法。此方法包括二階段充電法和三階段充電法。首先，以恒電流充電至預(yù)定的電壓值，然后，改為恒電壓完成剩余的充電。三階段充電法：在充電開(kāi)始和結(jié)束時(shí)采用恒電流充電，中間用恒電壓充電。這種方法可以將出氣量減到最少，但作為一種快速充電方法使用，受到一定的限制 。但在充電初期電流過(guò)大，對(duì)蓄電池壽命造成很大影響，且容易使蓄電池極板彎曲，造成電池報(bào)廢。例如，汽車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，蓄電池就是以恒壓充電法充電的?？焖俪潆娂夹g(shù)近年來(lái)得到了迅速發(fā)展。這些方法都是圍繞著最佳充電曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)的，目的就是使其充電曲線盡可能地逼進(jìn)最佳充電曲線。脈沖充電方式首先是用脈沖電流對(duì)電池充電，然后讓電池停充一段時(shí)間，如此循環(huán)，如圖12所示。間歇脈沖使蓄電池有較充分的反應(yīng)時(shí)間，減少了析氣量，提高了蓄電池的充電電流接受率 。由于它采用了新型的充電方法，解決了鎳鎘電池的記憶效應(yīng)，因此，大大降低了蓄電池的快速充電的時(shí)間。如圖13所示，Reflex充電法的一個(gè)工作周期包括正向充電脈沖，反向瞬間放電脈沖，停充維持3個(gè)階段。其特點(diǎn)是將恒流充電段改為限壓變電流間歇充電段。充電后期采用定電壓充電段，獲得過(guò)充電量，將電池恢復(fù)至完全充電態(tài)。（4) 變電壓變電流波浪式間歇正負(fù)零脈沖快速充電法綜合脈沖充電法、Reflex快速充電法、變電流間歇充電法及變電壓間歇充電法的優(yōu)點(diǎn)，變電壓變電流波浪式正負(fù)零脈沖間歇快速充電法得到發(fā)展應(yīng)用。采用了一種不同于這兩者的控制模式，脈沖電流幅值和PWM信號(hào)的頻率均固定，PWM占空比可調(diào)，在此基礎(chǔ)上加入間歇停充階段，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)充進(jìn)更多的電量，提高蓄電池的充電接受能力。一般地說(shuō),充電電流在充電過(guò)程中隨時(shí)間呈指數(shù)規(guī)律下降,不可能自動(dòng)按恒流或恒壓充電。隨著放電狀態(tài)、使用和保存期的不同,即使是相同型號(hào)、相同容量的同類(lèi)蓄電池的充電也大不一樣。由于蓄電池的初始接受電流Io=AC，所以0=AC=K1（2） 對(duì)于任何給定的放電量，蓄電池充電電流接受比a與放電電流Id的對(duì)數(shù)成正比，即a=K2logkId式中：K2為放電量常數(shù)，視放電量的多少而定；k為計(jì)算常數(shù)。綜合馬斯三定律,可以推出，蓄電池的總電流接受比可表示為α=It/Ct式中：Ct=C1＋C2＋C3＋C4＋...為各次放電量的總和，即蓄電池放出的全部電量。也就是說(shuō)通過(guò)反向大電流放電，可以使蓄電池的可接受電流曲線不斷右移，同時(shí)其陡度不斷增大，即α值增大，從而大大提高充電速度，縮短充電時(shí)間。根據(jù)蓄電池充電前的殘余電量，進(jìn)入不同的充電階段。為了避免這一問(wèn)題要先對(duì)蓄電池實(shí)行穩(wěn)定小電流充電，使電池電壓上升，當(dāng)電池電壓上升到能接受大電流充電的閾值時(shí)再進(jìn)行大電流快速充電。開(kāi)始充電時(shí)采用大電流，隨著電池容量的增加，電壓逐漸升高，電流等級(jí)開(kāi)始降低，使充電電流的脈沖幅度和寬度隨蓄電池端電壓的升高而分級(jí)減小。圖15 分級(jí)電流脈沖快速充電法在脈沖快速充電過(guò)程中，電池電壓上升較快，當(dāng)電壓上升至補(bǔ)足充電電壓閾
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