电动车智能充电器毕业设计

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电动自行车智能充电器的设计

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电动自行车智能充电器的设计1硬件电路本智能充电器的硬件电路如图1所示,整个电路分为开关电源部分、以单片机为主的控制电路和以UC3842为核心的脉宽调制电路三部分。

图○11.1开关电源设计本设计采用电流控制型脉宽调制方式。

其整个工作过程是将交流输入经滤波、整流后变为直流高压,再由开关管斩波、高频变压器降压后得到高频矩形电压,最后经过输出整流滤波获得所需要的直流输出电压。

系统对开关电源的要求是其交流输入电压范围为90~270V,能同时输出+5V(作为控制部分电源)及12~60V(主回路)的电压。

输出电流为1~3A。

1.2单片机控制电路设计单片机控制电路主要由单片机AT89S52、ADC(TLC0832)、多路选择开关(CD4051)、数字电位器(X9C102)、数字温度传感器DS18B20、取样电阻RS和RW、2×4键盘、液晶显示(CON16)等组成。

本部分设计时应先根据蓄电池的型号参数,来通过键盘设计与之对应的充电电流、充电电压以及充电时间,当电路接上蓄电池后,充电过程开始,此后由单片机通过取样电阻RM检测电池电压,若检测到蓄电池因过渡放电而使电压低于正常范围,那么,为了避免充电电流过大而造成蓄电池损坏,应先对蓄电池实行稳定的小电流充电(本设计程序中设为1/5的设定充电电流),同时,单片机开始计时,之后单片机将不断检测电池电压和充电电流并显示在液晶屏上,随着充电的进行,电池电压不断上升,当上升到正常范围时,单片机可通过控制数字电位器来调节输出电压,从而转入大电流恒流充电(即设定电流)方式,此后,单片机一直保持不停地检测电池电压,当电压达到设定值时,单片机发出指令,以增大数字电位器的阻值,并通过脉宽调制减小输出电压,从而使充电电流减小,当充电电流减小到1/5的设定电流时,再转为涓流充电,最后在充电时间到时关闭电源,这样就避免了因电池温升过快或严重极化而影响充电质量,提高蓄电池的使用寿命。

当检测到电池电压、充电电流和温度超过设定值的1/10倍时(由程序设定),单片机立即输出报警信号报警,同时使继电器动作并切断总电源,以提高充电的安全性和可靠性。

电动自行车智能充电器的设计

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河南经贸职业学院毕业论文电动自行车智能充电器的设计与实现论文作者:专业:学号:班级:指导老师:答辩委员会主席评阅人论文答辩日期独创性声明本人声明所呈交的毕业论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。

对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

论文作者签名:日期:年月日毕业论文版权使用授权书本毕业论文作者完全了解学校有关保留、使用毕业论文的规定,即:学校有权保留并向有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。

本人授权河南经贸职业学院要以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本论文。

保密□,在________年解密后适用本授权书.本论文属于不保密□。

(请在以上方框内打“√”)毕业论文作者签名:指导教师签名:日期:年月日日期:年月日本论文主要介绍以电动直行车智能充电器实现原理与控制原理为基础,讨论充电器的硬件结构和个主要组成部件的设计思想,以及对蓄电池充电的一般原理。

如何设计充电器才延长蓄电池的使用寿命,克服充电器的一些弊端。

采用单片机实时检测充电电流和蓄电池电压的实际值,分级控制开关电源的脉冲频率和实时调节脉冲占空比,从而调节充电电流和电压,实现对蓄电池的分级慢脉冲充电,同时消除硫化,进行均衡充电,从而大大地延长了蓄电池的使用寿命。

优化充电器的元件结构,更大限度地提高充电器的各种性能。

关键词:单片机,蓄电池,充电器1 第一章绪论 11.1 引言 (1)1.2 研究的内容和意义 (1)2 第二章充电器的设计理论. (2)2.1 充电器的方法设计 (2)2.2 控电路的设计 (4)2.3 充电器的软件设计 (6)2.4 充电器的硬件设计 (23)2.5 充电器的特点与测试 (25)1第一章绪论1.1 引言随着油价的不断上涨和人们对环保的需求增大,使用高效,清洁的能源来取代以油的领导地位已成为社会发展的必然趋势。

电动车充电器毕业论文设计

电动车充电器毕业论文设计

电动车充电器毕业论文设计————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:2摘要摘要随着电动车的普及,电动车充电器的使用也越来越广泛。

充电器的种类很多,其原理大同小异。

物美价廉使其得到广泛应用。

本设计是基于对电动车充电,采用普通的电子元件、不用昂贵的专用集成电路,既便于制作又降低制作费用。

本次电动车充电器的设计是将220V市电经整流、滤波、稳压输出44V对电池进行充电,同时本电路具有电压保护电路及灯光指示充电状态的功能。

主电路主要分为电源电路、振荡电路、电压保护电路、充电状态指示电路四个单元电路。

基准电路采用TL431精密基准稳压源输出2.5V电压以控制电压变化,LM324四运算放大器起到过流保护、稳定输出电压、控制充放电状态等作用。

本次设计主要从总体方案设计、基本电路介绍、单元电路设计等方面进行详细的介绍。

关键词:充电器电源振荡保护电路Abstract(外语专业的需要)【英文摘要正文输入】Keywords:目录摘要 (I)ABSTRACT(外语专业的需要).............................................................................. I I 目录.. (III)第一章绪论 (1)1.1课题研究的背景 (1)1.2课题研究的内容 (1)第二章系统总体的设计 (3)2.1系统实现功能及技术指标 (3)2.2系统实现结构图 (3)2.3功能元器件的概述 (3)2.3.1 稳压二极管 (3)2.3.2变压器 (5)2.3.3场效应管 (6)2.3.4 光电耦合器 (8)2.3.5 四运放集成电路LM324 (9)2.3.6 精密基准稳压源TL431 (14)第三章充电器系统硬件电路的设计 (17)3.1电源电路的设计 (17)3.1.1单相整流电路 (17)3.1.2滤波电路 (21)3.2振荡电路的设计 (24)3.2.1 振荡电路的振荡方式 (25)3.2.2 振荡电路的分类 (25)3.3保护电路的设计 (27)3.3.1 过流保护电路的设计 (27)3.3.2输出回路的设计 (28)3.3.3基准电路的设计 (28)3.3.4电压比较电路的设计 (29)3.4充电状态指示电路的设计 (29)第四章整体调试 (31)4.1整体电路的连接及工作原理 (31)4.2调试及说明 (32)4.2调试注意事项 (32)第五章总结与展望 (34)致谢 (35)参考文献 (36)第一章绪论1.1课题研究的背景(1)充电器发展概况自从上世纪的六、七十年代以来,电子技术领域得到了飞速的发展,可谓是日新月异,不仅在理论上,而且越来越多地运用到我们的日常生活中,致使工业、农业、科技和国防等领域以及人们的社会生活都发生着令人瞩目的变革。

电动车智能充电器设计报告

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. . .“电动车”智能充电器目录容摘要:................................................................. ...................................................... Abstract............................................................ ..............................................................关键字.................................................................. ..................................................Key word................................................................ ................................................背景.................................................................. ..............................................................一、方案比较与论证.................................................................. ....................................1.1电源模块..................................................................1 / 23..........................................1. 2 充电方法.................................................................. .........................................二、工作原理.................................................................. ................................................2. 1电源充电电路.................................................................. ...................................2. 2延时与报警电路.................................................................. ................................2. 3充、放电与定时电路.................................................................. ...........................2. 4数据采样与反馈电路.................................................................. .........................2. 5显示电路.................................................................. ..........................................三、单片机软件设. . .计.................................................................. ....................................3. 1软件功能.................................................................. ..........................................3. 2流程图.................................................................. .............................................四、安装与调试.................................................................. ............................................五、结论.................................................................. ........................................................六、电路原理总图七、参考文献.................................................................. ................................................附录一(程序清单)附录二(元器件清单)3 / 23摘要:该项目以达盛科技提供的52单片机为核心,使用大功率开关电源,利用继电器产生可用微小的电流,用以控制不同阶段的充电电流的要求。

毕业论文-电动车智能充电器的设计

毕业论文-电动车智能充电器的设计
电动车智能充电器的设计
摘要:基于PIC单片机和DC功率变换器设计的电动车智能快速充电器本文对这个方案做了一定的阐述,还有设计了智能充电器的硬件电路和控制软件的设计方案,该充电器的成本低,性能可靠,能正确地测量蓄电池状态,经多方面的检验测试得知和用户使用,充电效果好,效率高,充电方案新颖。该充电方案对充分发电损耗,延长蓄电池的使用寿命具有重要意义。
充电器的选择
充电器有快充和慢充之分,慢充对电池的寿命影响不大,价格比较便宜,但充满电要等待15 h左右,如果追求短时间充电的话,可以选择使用智能控制的快速充电器(价格比慢充的要高,具有自动停充、过热保护以及涓流充电等功能) ,能在约几个小时内充满。因为其带有微处理控制器,通常会决定什么时候电池充满了电,然后根据设计的不同,完全关掉充电器或转向涓流充电,能有效避免对电池造成损害。新买的镍氢充电电池最好是先放电(特别是使用没有防止过充和过热保护等保护装置的快充) ,就是放在用电器中正常使用,当电器提示没有电了再充电。请勿将新旧电池或充电状态不同的电池放在一起使用,也不要将容量、种类、品牌不同的电池放在一起使用,应使用优质充电器给电池充电。
充电器的系统结构框图如图2.2所示。
图充电器原理框图
2
监控电路的核心是PIC16C73,它是一种低功耗8位微处理器,内部带有程序存储器和数据存储器(RAM ) ,程序运行速度快(晶振为20MHz时,指令执行周期为200 n s)PIC16C73芯片对外有3个口(共22位) , 5路8位高速通道, 3个定时器和计数器, 2个捕捉点和比较点PWM模块, 2个串行通讯口。芯片具有一定的功能,并提供对软件运行出错的保护。充电器监控电路具有以下功能:
电磁兼容的定义是:装置能在规定的电磁环境中正常的工作而不对该环境或其他设备造成不容许扰动的能力。它包括两方面的含义:第一,设备或系统应具备有抵抗给定电磁干扰的能力,并且有一定的安全余量,即它应不因受到处于同一电磁环境中的其他设备或系统发射的电磁干扰而产生不容许的工作性能降低;第二,设备或系统不产生超过规定限度的电磁干扰,即它不能产生使处于同一电磁环境中的其他设备或系统出现超过规定限度的工作性能降级的电磁。因此对智能充电器来说电磁兼容性设计的任务就是采取适应的措施保证系统中的信号不会受到干扰,所以在设计电动车智能充电器的时候还要考虑到中心处理信号,这样便于使充电器在使用时候达到一个最佳的状态。

智能充电器的设计(毕业设计)

智能充电器的设计(毕业设计)

毕业设计附件题目:智能充电器的设计姓名:王研学号:16学院:信息学院专业:电子信息工程指导教师:萍协助指导教师:2011年5月23日目录开题报告 (1)翻译外文资料及译文 (2)程序清单和图纸 (3)北京联合大学毕业设计(论文)开题报告题目:智能充电器的设计专业:电子信息工程指导教师:萍学院:信息学院学号:16班级:0708030303 :王研一、课题任务与目的任务:针对电动车常用的动力电池的特点,以单片机作为控制芯片,结合国内外现行的各种充电技术和充电器设计方案,设计一款基于单片机控制的智能充电器,以达到最佳的充电效果,使智能充电器具有良好的性能指标,电路简单可靠。

研究目的:随着能源的日益紧缺和大气污染的加剧,作为新型交通工具的电动车的研究日益受到重视,从我国国情和人们的消费水平出发,电动车具有广阔的发展前景。

作为电动车核心部件的电池及其充电器,其性能的优劣,直接影响电动车的质量状况。

针对电动车充电技术的要求,为了使电动车充电器获得良好的性能指标,必须寻找最佳的充电模式,我要设计一款基于单片机控制的智能充电器,涓流充电、大电流充电、过充电和浮充电组合起来的充电方式,这种充电方式经理论和实践表明,可达到最佳的效果,使得蓄电池具有较高的使用容量和较长的循环寿命,可满足不同电动车动力电池的复杂充电要求,为提高蓄电池的性能和可靠性提供有效的途径,对环保、节能型电动车和充电器的设计和开发具有重要的意义,同时,研制性能良好的智能充电器,会带来显著的经济效益和良好的社会效益。

二、调研资料情况1 电动车用电池的现状和发展趋势电池作为电动车动力来源,目前应用于电动车的可充式二次电池主要有:铅酸(Lead Acid)电池、镍福(Nickel Cadmium)电池、镍氢(Nickel Metal Hydride)电池和锂(Lithium)电池[1]。

(1)镍一氢电池(Ni-MH )此类蓄电池的比能量高,寿命长,有较高的比功率,污染轻等优点,被认为是较好的电动车用蓄电池。

智能电池充电器的设计毕业论文应用电子29

智能电池充电器的设计毕业论文应用电子29

智能电池充电器的设计毕业论文应用电子29 A n h u i Vo c a c t i o n a l& Te c h n i c a l C o l l e g e o f I n d u s t r y&Tr a d e毕业论文智能电池充电器的设计Design of intelligent charger所在系院:电气与信息工程系专业班级:应用电子技术学生学号:学生姓名:指导教师:2020年 3 月 18 日安徽工贸职业技术学院毕业设计(论文)任务书系(院)电气与信息工程系专业应用电子技术班级 2班学生姓名学号 2010050212一、题目:智能电池充电器的设计二、内容与要求:1.智能充电器的设计所涉及的差不多内容大致有:第一,有关铅蓄电池的电化学原理和充放电原理。

第二,关于充电器对铅蓄电池充电的原理及其电路设计。

第三,充电器对充电过程的检测及其自动转换。

2.阐述了该充电器的充电方式、操纵方法的设计以及整个电路的分析。

三、设计(论文)起止日期:任务下达日期:年月日完成日期:年月日指导教师签名:年月日四、教研室审查意见:教研室负责人签名:年月日安徽工贸职业技术学院毕业设计(论文)成绩评定专业、班级 10应电(2)班学生姓名完成日期题目:智能电池充电器的设计毕业设计(论文)共 29 页,其中:图 19 幅,表 2 个毕业设计(论文)指导小组评定意见:毕业论文成绩的评定:系(院)负责人签名:年月日智能电池充电器的设计摘要本文着重介绍了慢脉冲智能充电方法的应用,同时还介绍了关于慢脉冲快速充电方法的差不多原理,其中本文要紧以对电瓶的充电为例,利用慢脉冲快速充电的方法来提高充电速度。

在充电过程中要紧选择用单片机操纵,实现对过冲爱护。

该系统具有自动化程度高、运行费用低、工作可靠性能强等优点。

由于铅酸蓄电池爱护简单、价格低廉、供电可靠、使用寿命长,广泛作为汽车、飞机、轮船等机动车辆或发电机组的启动电源,也在各类需要不间断供电的电子设备和便携式仪器外表中用作一些电器及操纵回路的工作电源。

大学本科电子专业电动车充电器研究毕业设计

大学本科电子专业电动车充电器研究毕业设计

摘要本文为基于TL494芯片的电动自行车充电器设计及分析,简明扼要地概述了充电器的电路结构,其中主要包括:整流滤波电路、防浪涌电路、防市电过压电路、推挽式变流电路、电池防反接电路、充电状态显示电路,半桥式充电器辅助电源电路等。

详细介绍了各种充电方式,包括恒流充电法、恒压充电法、浮充法、涓充法、分阶段充电法、快速充电法等。

最后说明了 PWM脉宽调制集成电路芯片工作原理。

并主要分析了一个基于TL494芯片的山东GD36半桥式充电器,介绍了它的工作原理,工作过程及对电动自行车充电器使用时的维护。

关键词:TL494;开关电源;整流滤波;脉宽调制技术;集成电路芯片ABSTRACTThis paper is based on the analysis of the design of the charger of TL494 electric bicycle , which mainly includes the application of the rectifier filter and various ways of charging, the application of the switching power supply and PWM working principle; also the explanation of DC or AC power conversion of the full-bridge and half-bridge switching power and of the chip of TL494 PWM IC .The paper mainly analyzes the TL494 chip “Shandong GD36 half-bridge charger”and its working principle , working process,its advantages and disadvantages.Key words:TL494;switch power supply ;the explanation of DC or AC power;IC chip第一章:电动自行车及充电器概述1.1电动自行车简介电动自行车是集蓄电池技术,电力电子技术,电动机技术,和精密传动技术于一体的新型特种自行车,因其无污染,低噪音,低能耗,占道少,方便快捷等特点而成为国际上流行和大力推广的绿色私人交通工具。

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电动车智能充电器毕业设计目录前言 (3)第一章充电器原理 (4)1.1、蓄电池与充电技术 (4)1.2、密封铅酸蓄电池的充电特性 (4)1.3、充电器充电原理 (5)1.3.1、蓄电池充电理论基础 (5)1.3.2、充电方法的研究 (7)1.3.2.1、常规充电法 (7)1.3.2.2、四阶段充电法 (9)1.3.3、充电方法设计 (10)1.3.3.1、预充电 (11)1.3.3.2、脉冲快速充电 (11)1.3.3.3、补足充电 (11)1.3.3.4、浮充电 (12)第二章总体设计方案 (12)2.1、系统设计 (12)2.2、方案比较与方案选择 (12)第三章硬件电路设计 (16)3.1、电路总体设计 (16)3.2、芯片介绍 (17)3.2.1、 AT889S52型单片机 (17)3.2.1.1、功能特性描述 (17)3.2.1.2、引脚结构 (18)3.2.2、ADC0809模数转换芯片 (23)3.2.3、LM324是四运放集成芯片 (27)3.3、功能模块电路设计 (29)3.3.1、交流220V整流滤波电路 (29)3.3.2、充电主电路模块 (31)3.3.3、单片机最小系统电路模块 (33)3.3.4、信号采样与放大模块电路图 (34)3.3.5、模数转换模块电路 (39)3.3.6、电源模块电路 (41)3.3.7、单片机AT89S52下载电路 (43)第四章软件设计 (43)4.1、系统设计 (43)4.2、ADC0809模数转换启动与信号读取软件设计 (45)4.3、采样电流数据转换为实际电流值软件设计 (47)4.4、数据处理软件设计 (48)4.5、电源通断控制软件设计 (50)参考文献 (51)谢辞 (52)附录 (53)前言以动力蓄电池为能源的电动车被认为是21世纪的绿色工程,它的出现将汽车工业的发展带入了一个全新的领域。

目前,电动车核心部件中的电动机、控制器和车体三大部件在理论和技术上已较为成熟,而另两大部件蓄电池、充电器的发展还不能满足电动车的要求,有一些理论和技术问题还有待攻关,现已成为影响电动交通工具发展的瓶颈。

目前,我国的电动车用动力蓄电池大多为铅酸蓄电池,这主要是由于铅酸蓄电池具有技术成熟、成本低、电池容量大、跟随负荷输出特性好、无记忆效应等优点。

当然,也有一些高性能电池,比如锂电池、燃料电池等。

锂离子电池电动车在已投入试运营,由上海研制的第二代燃料电池轿车“超越二号”也于2004年5月在北京的国际氢能大会上露面,但都还未能得到广泛的推广应用。

铅酸蓄电池具有价格低廉、供电可靠、电压稳定等优点,因此广泛应用于国防、通信、铁路、交通、工农业生产部门。

近年来全密封免维护铅酸蓄电池其密封好、无泄漏、无污染等优点,能够保证人体和各种用电设备的安全,而且在整个寿命期间,无需任何维护,从而揭开了铅酸蓄电池发展历程新的一页。

众所周知,通信设备一般都采用免维护电池作为备用电源,许多电子设备必须的不间断电源系统(UPS)也离不开免维护电池,此外在应急灯、汽车、游艇中也越来越多的选用免维护电池。

然而,由于充电方法不正确,充电技术不能适应免维护电池的特殊需求,造成电池很难达到规定的循环寿命。

虽然近年来蓄电池自身的技术有了不小的进步,但作为其能量再次补充的充电器的发展非常缓慢,传统的常规充电时间过长,快速充电技术至今仍未能完全解决,严重地制约着电动车的发展。

基于此,本文提出了一种用于全密封免维护铅酸蓄电池的智能充电器设计方案,采用先进的四段式慢脉冲充电控制方法,有效地提高充电效率,延长电池寿命。

第一章充电器原理1.1、蓄电池与充电技术对于铅酸、镉镍、镍氢3类以水为溶剂的电解液蓄电池,为了使用上的安全、方便、长寿命和免维护,在全世界化学电源工作者数代人不懈的努力下,终于从大量的实验中发现了"部氧循环"的理论机制,使得该3类蓄电池所有的充放电反应,能在一个设计完好的带阀控的密封容器中反复安全进行。

即蓄电池在充电和过充电期间,正电极析出的氧到达负电极后,能全部被负电极吸收还原,关系为i(O2析出)=i(O2还原),因而,蓄电池在长期的充放电过程中,不会造成电解液中水的损耗,以此来保证蓄电池的循环使用寿命与充电的安全。

1.2、密封铅酸蓄电池的充电特性电池充电通常要完成两个任务,首先是尽可能快地使电池恢复额定容量,另一是使用小电流充电,补充电池因自放电而损失的能量,以维持电池的额定容量。

在充电过程中,铅酸电池负极板上的硫酸铅逐渐析出铅,正极板上的硫酸铅逐渐生成二氧化铅。

当正负极板上的硫酸铅完全生成铅和二氧化铅后,电池开始发生过充电反应,产生氢气和氧气。

这样,在非密封电池中,电解液中的水将逐渐减少。

在密封铅酸蓄电池中,采用中等充电速率时,氢气和氧气能够重新化合为水。

过充电开始的时间与充电的速率有关。

当充电速率大于C/5时,电池容量恢复到额定容量的80%以前,即开始发生过充电反应。

只有充电速率小于C/100,才能使电池在容量恢复到100%后,出现过充电反应。

为了使电池容量恢复到100%,必须允许一定的过充电反应。

过充电反应发生后,单格电池的电压迅速上升,达到一定数值后,上升速率减小,然后电池电压开始缓慢下降。

由此可知,电池充足电后,维持电容容量的最佳方法就是在电池组两端加入恒定的电压。

浮充电压下,充入的电流应能补充电池因自放电而失去的能量。

浮充电压不能过高,以免因严重的过充电而缩短电池寿命。

采用适当的浮充电压,密封铅酸蓄电池的寿命可达10年以上。

实践证明,实际的浮充电压与规定的浮充电压相差5%时,免维护蓄电池的寿命将缩短一半。

铅酸电池的电压具有负温度系数,其单格值为-4mV/℃。

在环境温度为25℃时工作很理想的普通(无温度补偿)充电器,当环境温度降到0℃时,电池就不能充足电,当环境温度上升到50℃时,电池将因严重的过充电而缩短寿命。

因此,为了保证在很宽的温度围,都能使电池刚好充足电,充电器的各种转换电压必须随电池电压的温度系数而变。

1.3、充电器充电原理1.3.1、蓄电池充电理论基础理论和实践证明,蓄电池的充放电是一个复杂的电化学过程。

一般地说,充电电流在充电过程中随时间呈指数规律下降,不可能自动按恒流或恒压充电。

充电过程中影响充电的因素很多,诸如电解液的浓度、极板活性物的浓度、环境温度等的不同,都会使充电产生很大的差异。

随着放电状态、使用和保存期的不同,即使是相同型号、相同容量的同类蓄电池的充电也大不一样。

上世纪60年代中期,美国科学家马斯对开口蓄电池的充电过程作了大量的试验研究,并提出了以最低出气率为前提的,蓄电池可接受的充电曲线,如图1所示。

实验表明,如果充电电流按这条曲线变化,就可以大大缩短充电时间,并且对电池的容量和寿命也没有影响。

原则上把这条曲线称为最佳充电曲线,从而奠定了快速充电方法的研究方向。

图1.1 最佳充电曲线由图1.1可以看出:初始充电电流很大,但是衰减很快。

主要原因是充电过程中产生了极化现象。

在密封式蓄电池充电过程中,部产生氧气和氢气,当氧气不能被及时吸收时,便堆积在正极板(正极板产生氧气),使电池部压力加大,电池温度上升,同时缩小了正极板的面积,表现为阻上升,出现所谓的极化现象。

蓄电池是可逆的。

其放电及充电的化学反应式如下:P b O2+P b+2H2SO4→2P b SO4+2H2O (1)很显然,充电过程和放电过程互为逆反应。

可逆过程就是热力学的平衡过程,为保障电池能够始终维持在平衡状态之下充电,必须尽量使通过电池的电流小一些。

理想条件是外加电压等于电池本身的电动势。

但是,实践表明,蓄电池充电时,外加电压必须增大到一定数值才行,而这个数值又因为电极材料,溶液浓度等各种因素的差别而在不同程度上超过了蓄电池的平衡电动势值。

在化学反应中,这种电动势超过热力学平衡值的现象,就是极化现象。

一般来说,产生极化现象有3个方面的原因。

1)欧姆极化充电过程中,正负离子向两极迁移。

在离子迁移过程中不可避免地受到一定的阻力,称为欧姆阻。

为了克服这个阻,外加电压就必须额外施加一定的电压,以克服阻力推动离子迁移。

该电压以热的方式转化给环境,出现所谓的欧姆极化。

随着充电电流急剧加大,欧姆极化将造成蓄电池在充电过程中的高温。

2)浓度极化电流流过蓄电池时,为维持正常的反应,最理想的情况是电极表面的反应物能及时得到补充,生成物能及时离去。

实际上,生成物和反应物的扩散速度远远比不上化学反应速度,从而造成极板附近电解质溶液浓度发生变化。

也就是说,从电极表面到中部溶液,电解液浓度分布不均匀。

这种现象称为浓度极化。

3)电化学极化这种极化是由于电极上进行的电化学反应的速度,落后于电极上电子运动的速度造成的。

例如:电池的负极放电前,电极表面带有负电荷,其附近溶液带有正电荷,两者处于平衡状态。

放电时,立即有电子释放给外电路。

电极表面负电荷减少,而金属溶解的氧化反应进行缓慢Me-e Me+,不能及时补充电极表面电子的减少,电极表面带电状态发生变化。

这种表面负电荷减少的状态促进金属中电子离开电极,金属离子Me+转入溶液,加速Me-e Me+反应进行。

总有一个时刻,达到新的动态平衡。

但与放电前相比,电极表面所带负电荷数目减少了,与此对应的电极电势变正。

也就是电化学极化电压变高,从而严重阻碍了正常的充电电流。

同理,电池正极放电时,电极表面所带正电荷数目减少,电极电势变负。

这3种极化现象都是随着充电电流的增大而严重。

1.3.2、充电方法的研究1.3.2.1、常规充电法常规充电制度是依据1940年前国际公认的经验法则设计的。

其中最著名的就是“安培小时规则”:充电电流安培数,不应超过蓄电池待充电的安培时数。

实际上,常规充电的速度被蓄电池在充电过程中的温升和气体的产生所限制。

这个现象对蓄电池充电所必须的最短时间具有重要意义。

一般来说,常规充电有以下3种。

1)恒流充电法恒流充电法是用调整充电装置输出电压或改变与蓄电池串联电阻的方法,保持充电电流强度不变的充电方法,如图1.2所示。

控制方法简单,但由于电池的可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降的,到充电后期,充电电流多于电解水,产生气体,使出气过甚,因此,常选用阶段充电法。

图1.2 恒流充电曲线2)阶段充电法此方法包括二阶段充电法和三阶段充电法。

a)二阶段法采用恒电流和恒电压相结合的快速充电方法,如图1.3所示。

首先,以恒电流充电至预定的电压值,然后,改为恒电压完成剩余的充电。

一般两阶段之间的转换电压就是第二阶段的恒电压。

图1.3 二阶段法曲线b)三阶段充电法在充电开始和结束时采用恒电流充电,中间用恒电压充电。

当电流衰减到预定值时,由第二阶段转换到第三阶段。

这种方法可以将出气量减到最少,但作为一种快速充电方法使用,受到一定的限制。

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