铅酸蓄电池论文 (2)

黑龙江大学剑桥学院毕业论文（设计）

模式是造成电池寿命缩短的主要原因。国内外多年来的实践证明:免维护铅酸电池浮充电压偏差5%，电池的浮充寿命将减少一半。据统计，在我国，从日渐普及的电动自行车用蓄电池组到航天用蓄电池组，都不同程度的存在着因充电不当，蓄电池组的使用寿命达不到设计寿命的问题，许多蓄电池的实际使用寿命还不到设计寿命的一半，造成了很大的浪费。

实践证明，要保证铅酸蓄电池的使用寿命，铅酸蓄电池的正确充电方法是非常重要的。通常用专用芯片来制作蓄电池充电器，但是它的缺点是只能给专用的蓄电池充电，其通用性不强。还有用模拟电路和数字电路搭建而成的铅酸蓄电池充电器，但其完成功能达不到蓄电池充电器的预期效果。本文利用51单片机与模拟电路相结合来完成给铅酸蓄电池充电。因为用51单片机和模拟电路相结合的铅酸蓄电池充电器在电路性能，工作可靠性和体积方面都表现的很好。也可以根据实际需要，很容易应用于低、中和大型功率铅酸蓄电池的充电电路应用场合。

1.2 充电技术的发展

随着蓄电池的发展，充电技术也在不断更新。充电技术的更新不仅满足了对新型电池的充电要求，更重要的是提高了充电的质量，延长了蓄电池的使用寿命。

传统的充电技术，都是人工控制充电过程，没有采用动态跟踪电池的实际可接受充电电流的大小，不仅造成充电时间过长，而且大多存在严重的过充现象，直接影响蓄电池的技术状态和使用寿命，远不能适应现代生产和生活的需要。

针对传统充电方法充电缓慢、安全性能不好等缺点，目前国内外陆续提出了一些新型的充电方法，如脉冲式充电法、定化学反应状态法、变电流间歇/定电压充电法、电压间歇充电法等。这些充电方法的原理绝大多数都是在传统方法的基础上加以改进，以便使其充电电流能够更好逼近蓄电池的可接受充电电流曲线。

1.3 铅酸蓄电池充电器的要求及市场需求

铅酸蓄电池在直接供电和备用供电的应用场合得到了广泛的应用，为了充会发挥铅酸蓄电池的作用，充电器电路在给铅酸蓄电池充电的过程中，应给铅酸蓄电池充足电，要尽量避免铅酸蓄电池的过充电，从而延长铅酸蓄电池的使用寿命。

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铅酸蓄电池充电器对电压和电流的要求很高。电压过高会造成蓄电池过渡充电，并改变电解液的浓度，直接影响蓄电池的循环使用寿命。电压过低则会造成充电不能充满，降低蓄电池的放电使用时间，长期充电都处于这种状态下，将会使极板硫化，造成不可恢复性的损伤。充电电流过大，电池内部的散热不能解决，会造成蓄电池爆裂。电流过小充电时间会延长，使用效率降低。所以合理的充电电流和电压非常的重要。

目前市场上使用的所谓智能充电器，大多数都属于简易型的，不能对蓄电池的容量进行检测，并不是严格意义上的智能式充电器，据相关部门统计资料显示，市场上85%以上的充电器存在严重的质量隐患。这些充电器往往充电电流过小，充电电压不稳定，充电时间过长，导致蓄电池内部出现极化、硫化结晶等现象，致使充电容量达不到要求，大大降低了蓄电池的正常使用寿命。

当今功能完善、价格适中的铅酸蓄电池充电器很缺乏，所以我们设计的利用51单片机和模拟电路相结合的铅酸蓄电池充电器比较适用，它可以实现对铅酸蓄电池的容量进行测量，充电计时全部自动化，而且可以对不同容量的铅酸蓄电池进行充电。完全智能化。

1.4 本文主要研究的内容

本文就研制智能蓄电池充电器开展相关工作，主要内容为：

1．在对铅酸蓄电池充电原理和目前各种充电方法的研究基础上，提出了适合大多数铅酸蓄电池使用的充电方案。

2．对铅酸蓄电池充电的控制技术进行了探讨，在设计中，采用了电池的电流控制、定时控制等功能的综合控制法。

3．进行了系统的硬件设计，包括主电路和控制电路的设计。其中用最简单、熟悉的51单片机和继电器控制定时和充满时自动断电。使充电器完全的自动化，智能化。

4．再进行系统的软件设计，包括主程序和定时显示程序。利用汇编语言编程，使数码管在定时时间到时显示电池的容量。让人们了解此时电池的充电情况。

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第2章 铅酸蓄电池的简介

电瓶也叫蓄电池，蓄电池是电池的一种，它的工作原理就是把化学能转化成电能。通常，人们所说的电瓶是指铅酸蓄电池。即一种主要由铅及其氧化物制成的，电解液是硫酸溶液的蓄电池。

2.1 铅酸蓄电池的发展历史

铅酸蓄电池是1859年由普兰特(Plante)发明的，至今已有一百五十年的历史。铅酸蓄电池自发明后，在化学电源中一直占有绝对优势。这是因为其原材料易于获得，价格低廉，使用上有充分的可靠性，适用于大电流放电及广泛的环境温度范围等优点。

到20世纪初，铅酸蓄电池历经了许多重大的改进，提高了能量密度、循环寿命、高倍率放电等性能。

2.2 铅酸蓄电池的市场

铅酸蓄电池是目前世界上广泛使用的一种化学“电源”，具有电压平稳、安全可靠、价格低廉、适用范围广、原材料丰富和回收再生利用率高等优点，是世界上各类电池中产量最大、用途最广的一种电池，它所消耗的铅占全球总耗铅量的82％。

目前中国的铅酸蓄电池的消费结构如下：

通过研究发现：目前蓄电池消费主要集中在汽车和摩托车市场，两者占据大多数比重，消费份额为74％；电动自行车其次为8％；出口占据7％的消费份额，其他的占据余下的11％。不过随着我国汽车和摩托车的保有量进一步的扩大，以及国家主要城市对电动自行车行驶的解禁，这将进一步刺激铅酸蓄电池产品在该领域的消费。

我国铅酸蓄电池行业经过50年的建设与发展，已基本形成了大中小型企业相结合，具有一定规模的制造体系，“八五”计划后期，铅酸蓄电池行业发展稳定，产品档次和水平有了明显提高，产量呈上升趋势。进入“九五”计划后，随着我国改革开放进一步向纵深发展，能源、交通和通讯等支柱产业飞速发展，主要用于汽车、摩托车、电力、通讯等产业的铅酸蓄电池进入蓬勃发展时期，市场不断扩大。

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2.3 铅酸蓄电池的工作原理

铅酸蓄电池用填满海绵状铅的铅板作负极，填满二氧化铅的铅板作正极，并用22%～28％的稀硫酸作电解质。在充电时，电能转化为化学能，放电时化学能又转化为电能。电池在放电时，金属铅是负极，发生氧化反应，被氧化为硫酸铅；二氧化铅是正极，发生还原反应，被还原为硫酸铅。电池在用直流电充电时，两极分别生成铅和二氧化铅。移去电源后，它又恢复到放电前的状态，组成化学电池。铅蓄电池是能反复充电、放电的电池，叫做二次电池。它的电压是2V，通常把三个铅蓄电池串联起来使用，电压是6V。汽车上用的是6个铅蓄电池串联成12V的电池组。普通铅蓄电池在使用一段时间后要补充硫酸，使电解质保持含有22%～28％的稀硫酸[1]。

铅酸蓄电池在充电过程中需注意两个问题：一是应使用铅酸蓄电池尽快充足电；二是应补充由于铅酸蓄电池的自放电而减少的电量。

在铅酸蓄电池的充电过程中，硫酸铅被转换成了铅酸蓄电池负极板上的铅和正极板上的二氧化铅，当铅酸蓄电池内的大部分硫酸铅被转变成铅和二氧化铅后，随之就出现了铅酸蓄电池的过充电现象，导致氢气和氧气的产生。如果铅酸蓄电池的充电迅速率选的适当，则大部分的氢气和氧气在密封铅酸蓄电池内部再结合，但是在非密封铅酸蓄电池中则会产生脱水现象。

2.4 铅酸蓄电池的主要用途

铅酸蓄电池产品主要有下列几种，其用途分布如下： 1、起动型蓄电池

主要用于汽车、摩托车、拖拉机、柴油机等起动和照明； 2、固定型蓄电池

主要用于通讯、发电厂、计算机系统作为保护、自动控制的备用电源； 3、牵引型蓄电池

主要用于各种蓄电池车、叉车、铲车等动力电源； 4、铁路用蓄电池

主要用于铁路内燃机车、电力机车、客车起动、照明之动力； 5、储能用蓄电池

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主要用于风力、太阳能等发电用电能储存；

2.5 铅酸蓄电池充电电压与电池电量恢复的关系

通过检测铅酸蓄电池充电电压的办法可以检测铅酸蓄电池过充电的出现，图2-1所示为铅酸蓄电池以不同充电速率的电压和放电速率的电压及电量恢复的关系曲线。从图2-1所示的铅酸蓄电池的充电电压与电池电量恢复的关系曲线可以看出，铅酸蓄电池充电电压的突然上升点就是铅酸蓄电池过充电的起始点，并且当铅酸蓄电池的充电率上升时，铅酸蓄电池过充电现象就出现的早些。

当铅酸蓄电池的电压突然急剧上升时，则表示出现了铅酸蓄电池的过充电现象，而过充电点的出现位置和铅酸蓄电池的充电速率有关，当铅酸蓄电池的充电速率增加，出现铅酸蓄电池过充电时，电池的充电电量减少，铅酸蓄电池出现过充电点正好和它充足电的时刻相对应。在铅酸蓄电池的大充电速率的应用场合，对密封铅酸蓄电池应注意它的过充电问题，以确保铅酸蓄电池充足电，从图2-1所示的曲线可以看出，当铅酸蓄电池的充电率上升时，铅酸蓄电池过充电现象就会出现的更早些。

铅酸蓄电池电压图2-1铅酸蓄电池的充电电压与电池电量恢复的关系曲线

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放电铅酸蓄电池电量恢复百分

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