【正文】 要求 通過放電方法測試電池容量。 實(shí)時(shí)顯示電池電壓 （ V） 。 三、主要技術(shù)指標(biāo) 放電電流為 3~。 實(shí)時(shí)測量電壓，放電到 ，顯示閃 爍最后數(shù)據(jù)。 四、應(yīng)收集的資料及參考文獻(xiàn) 51 單片機(jī)方面的知識及其接口技術(shù)。 模電、數(shù)字濾波、數(shù)電控制電路等資料。 第 5 周 ~第 8 周 繪制原理圖，制作板圖 。 第 13 周 ~第 14 周 完成論文。鉛酸蓄電池產(chǎn)業(yè)是二十一世紀(jì)最有發(fā)展前途和應(yīng)用前景的新型綠色能源體系，同時(shí)關(guān)系到國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)現(xiàn)。起動電池結(jié)構(gòu)逐步優(yōu)化升級，免維護(hù)蓄電池廣泛使用、仍然是軍用、民用交通運(yùn)輸裝備的重要電源裝置，為我國成為世界主要汽車生產(chǎn)國起到重要支撐作用。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(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。它是模擬啟動機(jī)啟動時(shí)的負(fù)載，測出蓄電池在大電流放電時(shí)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(jì)預(yù)計(jì)達(dá)到的效果 設(shè)計(jì)出一個(gè)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，當(dāng)電壓達(dá)到 ，并且實(shí)時(shí)顯示電池電壓與容量，測量結(jié)束后有報(bào)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，放電電流為 ，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(shí)顯示當(dāng)前所放出的容量，積分計(jì)算出容量，不須人工計(jì)算。 關(guān)鍵詞： 鉛酸蓄電池 容量檢測 恒流放電 Abstract The 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(jì)算機(jī)、科研等國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)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(gè)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(xiǎn)，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(shí)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(shí)的放電時(shí)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(shí)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(gè)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(gè)已石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 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(shí)，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(shí) Ah容量法僅能紀(jì)錄已經(jīng)使用或通過電量計(jì)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(gè)“黑箱”，至少是一個(gè)“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(gè)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(shí)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(jì)采用放電方法測試電池容量，并采取設(shè)計(jì)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(jià)格低廉。構(gòu)成鉛蓄電池之主要成份如下 [2]： 陽極板 (過氧化鉛 .PbO2) 活性物質(zhì) 陰極板 (海綿狀鉛 .Pb) 活性物質(zhì) 電解液 (稀硫酸 ) 硫酸 .H2SO4 + 水 .H2O 電池外殼 隔離板 其它 (液口栓 .蓋子等 ) 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(shí)，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 )。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。 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(shí)的電流 ◎ 放電終止電壓 ◎ 放電中的電解液溫度 30177。 (3)放電時(shí)，電池內(nèi)部阻抗即隨之增強(qiáng)，完全充電時(shí)若為 1倍，則當(dāng)完全放電時(shí)，即會增強(qiáng) 23倍。 蓄電池之容量表示 在容量試驗(yàn)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(shí)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。 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。 (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。 (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(shí)際使用時(shí)間顯著減短。 放電量與壽命 每日反復(fù)充放電以供使用時(shí)，則電池壽命將會因放電量的深淺，而受到影響。因此，根據(jù)蓄電池完全放電時(shí)的比重及 10%放電時(shí)的比重，即可推算出蓄電池的放電量。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(shí)，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。 白色硫酸鉛化 蓄電池放電，則陰、陽極板同時(shí)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) )石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 此狀態(tài)稱為白色硫化現(xiàn)象。放電時(shí)的溫度高，會提高充電完成時(shí)溫度，因此， 將放電終了時(shí)的溫度控制在 40℃ 以下為最理想。鉛酸蓄電池容量有理論容量、實(shí)際容量和額定容量之分。通常說影響鉛酸蓄電池容量的因素，都是指對電池實(shí)際容量的影響。因?yàn)榈舱f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。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(shí)表面積、極板的中心距、活性物質(zhì)的組成；二是使用時(shí)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。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(shí)際容量都要以電池中容量相對較小電 極的實(shí)際容量為準(zhǔn)，這就要看不同放電條件分別對正負(fù)極實(shí)際容量的影響程度了。但石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 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(jì)之初就要求電池的負(fù)極容量大于正極的容量。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，以較大的電流放 電時(shí)，由于表層生成的硫酸鉛會堵塞活性物質(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。伴隨著放電過程表現(xiàn)出來的現(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。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。 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)。因此極板孔率應(yīng)在極板生產(chǎn)時(shí)合理選擇工藝過程，并且要嚴(yán)格控制過程保障能力，以生產(chǎn)出適合不同使用條件要求的最佳孔率的極板。一般正極板孔率控制在 55%左右，負(fù)極板控制在 60%左右。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)又會影響活性