【正文】 起到重要支撐作用。鉛酸蓄電池行業(yè)大有可為。二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前，蓄電池剩余容量的檢測方法很多，如檢測電解液密度法、高電率放電法、濕度法、利用蓄電池阻抗法等。通過測量電解液的密度可判斷蓄電池的充放電程度。但由于電解液擴(kuò)散速度較慢，在充電或放電后較長時間才能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。它是模擬啟動機(jī)啟動時的負(fù)載，測出蓄電池在大電流放電時的端電壓，根據(jù)端電壓變化來判定蓄電池的技術(shù)狀態(tài)。濕度法是借助固體電化學(xué)濕度傳感器，在蓄電池充放電過程中，將電解液相對濕度變化轉(zhuǎn)化為傳感器阻抗值的變化來確定蓄電池的容量。阻抗法是利用蓄電池充電過程中阻抗值升高，放電過程中阻抗值降低的特性，從被測量電池的頻率響應(yīng)數(shù)據(jù)預(yù)示電池的容量。三、主要工作和所采用方法通過調(diào)研和搜集資料，完成對鉛酸蓄電池的初步認(rèn)識，之后再通過自我學(xué)習(xí)，從所借閱的資料以及互聯(lián)網(wǎng)上的知識，獨(dú)立完成原理圖的繪制和版圖的制作，隨后進(jìn)入軟件編寫階段，在老師的指導(dǎo)下完成系統(tǒng)的調(diào)試最終完成論文。四、本次設(shè)計預(yù)計達(dá)到的效果設(shè)計出一個以單片機(jī)為核心的鉛酸蓄電池容量測試系統(tǒng)，通過放電可測試其容量，并且實(shí)時顯示電池電壓與容量，測量結(jié)束后有報警提示。為了檢測蓄電池的端電壓，以便顯示電壓，要進(jìn)行電壓采樣，并且采樣電路為小電流放電，使所測試的電壓值比較準(zhǔn)確；為了檢測蓄電池的容量，要進(jìn)行電流采樣，并且為大電流放電，還要求放電電流盡可能恒定。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。實(shí)時顯示當(dāng)前所放出的容量，積分計算出容量，不須人工計算。關(guān)鍵詞：鉛酸蓄電池 容量檢測 恒流放電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。 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。主要應(yīng)用在交通運(yùn)輸、通訊、電力、鐵路、礦山、港口、國防、計算機(jī)、科研等國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域，是社會生產(chǎn)經(jīng)營活動和人類生活中不可缺少的產(chǎn)品。“整個試驗(yàn)期間蓄電池均放置在溫度25177。2℃范圍較為精確，且規(guī)定電池、水浴之間的距離，使之在反應(yīng)過程中不會相互影響。2℃的要求，第一，只有在相同的環(huán)境條件下的試驗(yàn)結(jié)果才具有可比性，可重復(fù)性；第二，在放電過程中，蓄電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能，是放出能量，蓄電池要從環(huán)境中吸熱，蓄電池溫度下降，為避免影響化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，需要有恒溫水浴向蓄電池補(bǔ)充熱能使其溫度恒定。務(wù)必使試驗(yàn)溫度保持在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)，才能減少系統(tǒng)誤差，得出精確數(shù)據(jù)，真實(shí)反映產(chǎn)品的質(zhì)量水平。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 當(dāng)前蓄電池容量測試技術(shù)現(xiàn)狀核對放電法即100%C的深度放電，它具有容量測試準(zhǔn)確可靠的優(yōu)點(diǎn)，因此，仍然是目前世界上檢測電池性能的最可靠方法。傳統(tǒng)的核對放電設(shè)備普遍采用電阻絲進(jìn)行核對放電，并且是人工操作，程序繁瑣，存在一定的人身危險，這種傳統(tǒng)的核對放電試驗(yàn)方式正在逐步被淘汰。經(jīng)過數(shù)小時后，可以找出最落后的一到幾節(jié)電池，以落后電池到達(dá)終止電壓時的放電時間與放電電流來估算其容量，并以此容量作為整組電池的容量。(2)進(jìn)行核對性放電試驗(yàn)，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。(4)有損蓄電池的容量。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。我們會面臨兩難的選擇。國家有關(guān)電源維護(hù)規(guī)程中的核對放電試驗(yàn)?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。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。以前有廠家根據(jù)客戶的需求特點(diǎn)，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。大量研究實(shí)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。不過最大的缺點(diǎn)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)。(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。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)法能準(zhǔn)確查出完全失效的電池，根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)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。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。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。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(shí)健康狀況。往往采用Ah容量法。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(diǎn)SOC。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。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。對它進(jìn)行快速準(zhǔn)確的容量測試是非常困難的。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”。蓄電池容量測試技術(shù)的難點(diǎn)：(1)蓄電池的化學(xué)能不能直接測量。由于化學(xué)反應(yīng)不完全可逆。(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。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。(5)難以等效。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。 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(diǎn)，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)。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(yùn)算，最終得到放出的容量值。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(dú)測試電壓和電流，保證了所測試電壓和電流的準(zhǔn)確。主要創(chuàng)新點(diǎn)是系統(tǒng)采用恒流放電，該電路由集成運(yùn)算放大器構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便。本系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成簡單，主要功能均由軟件編程實(shí)現(xiàn)，因而體積小、可靠性高、測量顯示方便、直觀、價格低廉。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。 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。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。 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]。 因此，(24cell的42V,12cell的21V)，則應(yīng)停止使用，馬上充電。 (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。 因此: (1)冬季比夏季的使用時間短。 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。 放電量與比重蓄電池之電解液比重幾乎與放電量成比例。 測定鉛蓄電池之電解液比重為得知放電量的最佳方式。 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(diǎn)時，阻抗最大，主要因?yàn)榉烹姷倪M(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。 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。 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。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(shí)際容量是指在一定的放電條件下電池實(shí)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。因?yàn)橐坏╇姵鼗钚晕镔|(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(shí)際容量的一種反應(yīng)。而如果談電池的實(shí)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(shí)際容量的影響。 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?yàn)殡娊庖毫蛩岬牧客ǔＪ菈蛴玫?，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。一般情況下，在常溫及放電電流不太大時，電池的實(shí)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。當(dāng)極板上活性物質(zhì)總量確定以后，實(shí)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)。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。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。當(dāng)然極板也不能太薄，這樣不僅會影響電池的循環(huán)壽命，電池容量的增加也不會太明顯。也就是說，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。孔率對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)總量就會減少，容量反而減少，并且孔率過大，還會縮短電池的壽命?；钚晕镔|(zhì)的孔率決定于鉛膏的視比重及涂板時的壓板操作，鉛膏視比重小，壓板時壓力小，則孔率大，反之則孔率小。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。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)。因?yàn)閷τ诤钚晕镔|(zhì)的極板來說，活性物質(zhì)粒子越小，表面積就越大。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。此外，真實(shí)表面積還與孔的大小有關(guān)，把一個大孔分成幾個小孔，盡管總孔體積不變，但是真實(shí)表面積卻增大了。極板中心距是指兩個同極性極板中心之間的距離。說到電解液量對電池容量的影響，就需要引入另一個和極板中心距密切相關(guān)的概念：極板面間距，它指的是一個電池中不同極性的相鄰極板之間的距離。而在當(dāng)今比較流行的閥控密封型鉛酸蓄電池的設(shè)計原則中，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%的孔來作為氧復(fù)合的通道。 蓄電池使用時的因素對電池容量的影響對于同種規(guī)格和數(shù)量的極板制成的蓄電池來說，放電電流密度大時，放電容量減小。這是因?yàn)榉烹婋娏髅芏却髸r，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。反之，當(dāng)采用較小電流密度放電時，不僅電化學(xué)極化和濃差極化減小，而且由于鉛離子的過飽和度減小，生成的硫酸鉛層將是粗大而疏松的。這也是針對同種規(guī)格電池，各種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在大電流放電時，允許放出較少的容量的主要原因。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，放電到不宜再繼續(xù)放電時的電池電壓值。這是因?yàn)樾‰娏鞣烹姇r，放電曲線平坦部分很長，到終止電壓后，如果繼續(xù)放電，則電壓急劇下降。而且這樣的小電流過放電，容易形成大的PbSO4結(jié)晶或者在電極深處生成PbSO4，它們在充電時不易復(fù)原成金屬鉛，造成極板損傷。電解液溫度對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。溫度低時，電解液粘度增大，離子運(yùn)動受到較大阻力，電解液擴(kuò)散能力降低，濃差極化急劇增加；同時溫度低時，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。這里需要著重說明兩點(diǎn)：一是負(fù)極