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1、铅酸蓄电池三段式智能充电器设计毕业论文 前 言如今，越来越多的家庭开始拥有自己的汽车，根据国家统计局的统计数据显示，在2003年，全国民用汽车保有量达到2400多万辆，这其中私人汽车的数量为1219万辆。但是，大多数人对汽车的主要部件的维修和保养知识极为欠缺，所以，造成汽车故障频出，而蓄电池电池的作用是汽车驱动系统的惟一动力源。而在装备传统发动机与蓄电池的混合动力汽车中，蓄电池既可扮演汽车驱动系统主要动力源的角色，也可充当辅助动力源的角色。由此可见蓄电池在汽车中起着十分重要的作用。如果蓄电池工作不良，说不准哪天就能把您的车撂在路上，影响大家的出行和安全，所以注意蓄电池的日常维护就显得尤为重要。
2、蓄电池的主要使用过程中不可避免的要用充电器进行充电，而充电器的好坏则直接影响蓄电池的效用。于是我决定对汽车电瓶充电器进行研究，期望能对这方面的知识有所认识。 在确定该课题后，通过阅览相关书籍和网上查阅等途径研究了蓄电池的工作环境、充放电方式和结构原理，对蓄电池的充电器所满足的条件有了框架性的认识，然后通过查阅资料，完成了对现有充电器的结构认识，之后，在总结现有充电器电路的优缺点之后，设计了这个充电器，该充电器除了完成对蓄电池充电的基本功能外，同时增加了极性保护和充电指示功能，满足了人们对蓄电池充电器的基本要求。同时，在阅读本文后，也能对蓄电池有一定的认识和了解，有利于在日常生活中对蓄电池的正确
3、使用和维护保养。第一章 绪论1.1蓄电池的发展历史 法国科学家普兰特在19世纪50年代发明了开口式铅酸蓄电池，到现在已经有近150年的发展历程。到20世纪初，铅酸蓄电池已经经过了几十年的研发和改进，也提高了蓄电池的循环使用时间、高倍率的放电、能量密度等的性能。然而，开口式铅酸蓄电池有两个主要缺点：气体扩散出来时会有酸雾形成，会慢慢的腐蚀周围金属设备，对人体健康不利，并污染了环境；在蓄电池充电的末期水会分解为氢气，氧气析出，而且需要经常加酸、水，平时的维修工作繁重，严重限制了蓄电池的应用。在之后的几十年的时间里，为了解决蓄电池使用中的这两个主要问题，世界各国科学家争相地开发密封铅酸蓄电池以代替开
4、口式铅酸蓄电池，以期实现蓄电池的密封，由此获得纯粹的电力能源。在上世纪的六十年代，美国盖特公司发明了铅钙合金这一重要物质，从那以后，引起了对铅酸蓄电池的开发狂潮，因为这种物质对于蓄电池有十分重要的意义。世界上很多的蓄电池企业研发纷纷投入大量的物力人力进行开发。在1969年之后的一年时间里，美国EC公司制造了几十万只小型密封铅酸蓄电池，该电池首次采用了玻璃纤维棉隔板，这也是最早的商业用阀控式铅酸蓄电池，遗憾的是那时人们还尚未认识到其氧再化合原理。 1975年，美国的一家公司在经过多年的努力，最终研发成功了并获得了D型密封铅酸干电池，这也是今天密封式铅酸蓄电池的电池原型。在此之后，铅酸蓄电池在理论
5、研究方面，在产品种类及品种、产品电气性能等方面都得到了长足的进步，不论是在交通、通信、电力、军事还是在航海、航空各个经济领域，铅酸蓄电池都起到了不可缺少的重要作用。 在蓄电池研发的不断发展中，铅酸蓄电池的充电技术也得到了很大的技术方面的提高，当然这也经历了一个非常长的过程。从刚开始出现的的恒电流充电方式、恒电压充电方式，一直到后来的恒压限流充电方式，直到现代热门的智能充电方式，蓄电池充电技术的不断进步不仅满足了新型蓄电池对充电的要求，最关键的是提高了蓄电池充电质量，蓄电池使用寿命也得到了大大的延长。但是由于目前大都采用传统充电技术，充电时间长、不能适应现代生产和生活的需要，而且大多不能精确控制
6、充电程度，使得电池不能充分工作，并缩短了使用寿命。因此，成熟和完善的充电技术对于蓄电池的寿命和工作效果有着至关重要的影响。 1.2 铅酸蓄电池充电技术及其发展概况 在蓄电池不断发展的同时，蓄电池的充电技术从蓄电池发明以来也在不断发展。早在1935年，伍德布里奇发现了温度对充电的影响。1967年，英国人麦斯(JAMas)研究了蓄电池充电过程中出现的析气问题，在之后的研究中发现了析气出现的原因以及出现的影响。随着人们对充电问题的日益重视，不少新型的充电装置也相继被研发出来，比如以电流接受能力为控制因素而研发的铅酸蓄电池充电装置等快速充电装置等。 对于铅酸蓄电池来说，传统的充电方法主要有恒流转恒压二
7、阶段充电方式、恒流充电方式、恒压充电方式等。以上所说的这些传统充电方式的主要优点是充电器的控制电路不复杂，容易实现，但是由于充电方法固定不变，所需要的充电时间较长，所以很容易因为控制不当而伤害到电池内部结构，影响电池的使用以及使用寿命。晶闸管硅整流设备是我国目前蓄电池充电装置较多采用的充电设备，这种设备的控制一般是依据模拟调节式方案。这套设备虽然功率密度低，但由于其稳定的工作效果，可靠的性能表现，在实际生产中应用十分广泛。 随着科学技术和生产工艺要求的提高，蓄电池要满足的工作环境越来越苛刻，由此带来了一系列蓄电池充电方面的问题。其中，电池充电速度和充电效率因为生产工艺要求的提高而受到越来越多的
8、重视。近年来，快速充电技术的研究和改进，得到了许多科技工作人员的关注，并取得了一定的成就，并首次成功地应用于电机和矿山机车牵引用蓄电池。改进的铅酸蓄电池快速充电器实现了支持数字控制的微机控制，大大提高了更个系统的稳定性，使得充电系统的运行调试和之后的维护工作量大大的得到减缩。虽然充电技术得到改进，但是其主要的技术理论却依然是传统的充电理论。从评价快速充电技术性能好坏的的几个指标即充电效率、充电时间、使用寿命的长短和稳升的大小来讲，还存在着一些不太符合要求的地方，针对目前蓄电池传统充电方法存在的安全性能不好、充电时间长、充电效果不佳等缺陷，国内外的学者和研究者不断的提出一些新型的充电方法，如变电
9、流间歇充电法、Reflex充电法、分级定流充电法、脉动式充电法等可以实现最佳充电模式的充电理论。其中的分级定流法对于铅酸蓄电池的充电来讲己经得到了广泛的应用，并得到普遍好评。近几年，随着技术的不断成熟，也有人开始采用更加先进的充电控制方法，比如利用模糊控制本身适合处理非线性系统的优势而出现的模糊控制充电法，可以更好的处理充电过程中的时变性和干扰性等常规控制方法难以解决的问题。 1.3 密封铅酸蓄电池的充电技术要求 密封铅酸蓄电池使用寿命的技术指标是生产厂家在环境温度为25时给出的，这些指标比较可靠。因为单体的密封式铅酸蓄电池的电压会因为温度上升1摄氏度而下降4毫伏，所以，一个由六个单体密封铅酸
10、蓄电池串联组成的12V蓄电池组，在25摄氏度时的浮充电压为13.5V；当温度升至40摄氏度时，浮充电压应为l3.05V；当温度降为零度时，浮充电压应为14.25V。也就是说，环境温度越低，铅酸蓄电池的浮充电压越高。除此之外，密封式铅酸蓄电池的另一个特性：当环境温度一定时，如果充电电压比要求的电压低100mV时，流经蓄电池的充电电流将增大数倍，因此，将导致密封铅酸蓄电池的热失控，进而导致过充损坏。同时，密封铅酸蓄电池的容量也受温度的影响，温度每降低1，容量将下降约1，所以，到了冬季当放出25后就应及时充电，在夏季密封铅酸蓄电池放出额定容量的50后应该及时充电。对于端电压为12V的汽车铅酸蓄电池来
11、说，13.513.8V是浮充电压正常的波动范围。如果浮充时电压太高，就会造成过压充电。这里规定浮充电压大于15V时，就被判定为是过电压充电，如果浮充时电压过低，则铅酸蓄电池充不满电。严禁对密封铅酸蓄电池进行过电压充电，是因为过电压充电会使得蓄电池中的酸溶液所含的水会被电解成为氧气、氢气而减少，使电解液的浓度变大，导致电池的使用时间缩短甚至损坏。1.4 该课题研究的意义对于汽车来讲，其供电系统就是蓄电池，一个蓄电池的普通寿命大约为2到3年，但是很多的蓄电池并没有到设计的工作年限就会提前报废，造成了不必要的财产损失。而在造成蓄电池到不了工作年限就提前“下岗”的主要原因中有两个很重要的原因与充电有关
12、：充电电流过大，造成电池极板上的活性物质过早的脱落；长时间在充电不足的情况下放置或者使用，造成极板硫化严重。而如果对电池进行日常保养，尤其是在充电方面格外注意爱护的话，蓄电池的寿命将会延长至3到4年，由此可知，一个好的充电器对于蓄电池的寿命有着十分重要的意义。铅酸蓄电池除了是汽车的供电系统外，在其他生产和应用中，也有着无可替代的地位。现在，铅酸蓄电池作为固定用电源，在电话通信、不间断电源（UPS）、安全报警、应急灯及医疗设备中有着广泛应用。从这个层次上讲，研究蓄电池的充电技术的意义更为深远。 现在全世界都在宣传低碳生活，如果使用好的充电器就能起到节约能量消耗，增加蓄电池的使用寿命，提高工作效率
13、，不仅是对蓄电池也是对地球的保护。而且在最近一段时间内许多新闻都有因使用者使用不当造成事故的报道，这些都会严重影响使用者的安全和蓄电池的使用，所以未来充电器的发展方向将是节能与安全。而研究该课题也因此有十分重要的意义和实用价值，也势必会取得良好的经济效益和社会效益。1.5 本章小结本章对铅酸蓄电池的历史及国内外发展状况进行了介绍，分析了铅酸蓄电池能得到广泛应用的原因和未来的发展前景。总结了铅酸蓄电池的充电技术的发展历史，提出设计铅酸蓄电池智能充电器的必要性和广阔的应用前景，并详细说明了铅酸蓄电池充电的技术要求和指标。第二章 蓄电池及其充电原理2.1 蓄电池一、蓄电池在汽车中的作用 在发动机起动
14、时，向起动机、点火系统等主要用电设备供电。 在发动机不运行或低速运行时，蓄电池向各种用电设备供电。 当用电设备过多、用电量超过发电机的供电能力时，蓄电池协助发电机向各种用电设备供电。 稳定电压的作用。蓄电池相当于一个大电容，可以吸收电路中瞬间的过电压，以保护用电设备。二、蓄电池的构造汽车常用的蓄电池为铅酸蓄电池，12V的蓄电池由6个单格蓄电池串联而成，每个单格蓄电池的标称电压为2V，充满电时为2.1V。 图2.1 蓄电池结构图 如图2.1所示，铅酸蓄电池由极板、隔板、电解液和壳体组成。蓄电池的极板分为正极板和负极板，它们都以铅锑合金浇铸成的栅架为骨架，在栅架上填充活性物质制成极板。正极板上的活
15、性物质是深棕色的二氧化铅(PbO2)，负极板上的活性物质是海绵状、青灰色的纯铅(Pb)。目前，蓄电池采用的栅架有二种，一种为普通型，另一种为放射型。其中放射型栅架具有输出电流大、内阻小的特点，在新型蓄电池中采用。为了增大蓄电池的容量，每个单格蓄电池都由多个正、负极板组成极板组。每两片负极板之间都夹有一个正极板，使正极板两侧充、放电均匀。普通蓄电池正极板厚度一般为2.2mm，负极板厚度为1.8mm。将正负极板浸入电解液中，就可获得约2.1V的电动势。为了增大铅酸蓄电池的电池容量，可以将多片正极板和负极板分别并联，然后焊接成正负极板组。让正负极板相互交错嵌合，中间插入隔板后装在蓄电池单格内，便形成单格电池。在每个单格电池中负极板总比正极板多一片。因为正极板活性物质比较疏松，且正极板处的化学反应比负极质上的化学反应剧烈，反应前后活性物质体积变化大，所以正极板夹在负极板之间，可使其两侧放电均匀，从而减轻正极板的翘曲和活性物质脱落。结构如图2.2所示： 图2.2 栅架结构图 正负极板之间装有绝缘隔板，用来防止极板间的短路。隔板具有
