汽車蓄電池充電器畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘 要 </b></p><p>　　本文分析了鉛酸蓄電池的特性以及國內(nèi)外充電技術(shù)的發(fā)展情況，分析了蓄電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，根據(jù)電化學(xué)原理總結(jié)了蓄電池的放電特性，由于充電和放電是可逆的，所以得到蓄電器充電的原理，根據(jù)對蓄電池充電技術(shù)發(fā)展的歷史，得出并總結(jié)了充電器對蓄電池充電的一般原理。根據(jù)提高鉛酸蓄電池充電速度的關(guān)鍵在于消除充電過程中電池的極化現(xiàn)象的理論，從蓄電池內(nèi)

2、部氧循環(huán)的設(shè)計(jì)思路出發(fā)，研究了三段式和二段式充電方法對蓄電池使用壽命的影響，然后根據(jù)蓄電池充電過程中出現(xiàn)的各種問題，提出對鉛酸蓄電池實(shí)現(xiàn)三段式充電的智能充電器設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　該充電器可實(shí)現(xiàn)恒流，恒壓，浮沖三段充電方式，并能快速充電。這個(gè)方案不僅可以實(shí)現(xiàn)對蓄電池的智能控制，并且增加了反極性保護(hù)功能。同時(shí)可以減少出氣，消除硫化，進(jìn)行均衡充電，從而大大地提高電池使用壽命，符合節(jié)能環(huán)保，低碳生活的要求。最

3、后，因?yàn)槊芊忏U酸蓄電池具有電壓穩(wěn)定、供電可靠、移動(dòng)方便等的諸多優(yōu)點(diǎn)，因此在實(shí)際應(yīng)用中得到了廣泛應(yīng)用，然后對蓄電池充電技術(shù)進(jìn)行了展望和預(yù)測。</p><p>　　關(guān)鍵詞：鉛酸蓄電池 三段式 智能 充電器 保護(hù) 未來展望</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　This paper analyzes the ch

4、aracteristics of lead-acid batteries and charging technology development situation at home and abroad, analyzes the internal structure of battery, according to the principle of electrochemical summarizes the battery disc

5、harge characteristics, due to charge and discharge is reversible, so get accumulator charging principles, according to the battery charging technology development history, and summarizes the charger to draw battery charg

6、ing of general principles. Accordi</p><p>　　The charger can realize constant current, constant voltage, floating punch three charging modes, and can fast charging. This scheme can not only make the battery i

7、ntelligent control, and increased reverse polarity protection function. At the same time can reduce the air, eliminate sulfide, balanced charge, thereby greatly improving the service life of the battery, consistent with

8、energy conservation and environmental protection, low carbon life requirements. Finally, because the sealed lead-acid</p><p>　　Key words: lead acid battery; three stage; intelligent charger protection fut

9、ure</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　如今，越來越多的家庭開始擁有自己的汽車，根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在2003年，全國民用汽車保有量達(dá)到2400多萬輛，這其中私人汽車的數(shù)量為1219萬輛。但是，大多數(shù)人對汽車的主要部件的維修和保養(yǎng)知識極為欠缺，所以，造成汽車故障頻出，而蓄電池電池的作用是汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的惟一動(dòng)力源。而在裝備傳統(tǒng)發(fā)

10、動(dòng)機(jī)與蓄電池的混合動(dòng)力汽車中，蓄電池既可扮演汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要?jiǎng)恿υ吹慕巧?，也可充?dāng)輔助動(dòng)力源的角色。由此可見蓄電池在汽車中起著十分重要的作用。如果蓄電池工作不良，說不準(zhǔn)哪天就能把您的車撂在路上，影響大家的出行和安全，所以注意蓄電池的日常維護(hù)就顯得尤為重要。蓄電池的主要使用過程中不可避免的要用充電器進(jìn)行充電，而充電器的好壞則直接影響蓄電池的效用。于是我決定對汽車電瓶充電器進(jìn)行研究，期望能對這方面的知識有所認(rèn)識。</p>&l

11、t;p>　　在確定該課題后，通過閱覽相關(guān)書籍和網(wǎng)上查閱等途徑研究了蓄電池的工作環(huán)境、充放電方式和結(jié)構(gòu)原理，對蓄電池的充電器所滿足的條件有了框架性的認(rèn)識，然后通過查閱資料，完成了對現(xiàn)有充電器的結(jié)構(gòu)認(rèn)識，之后，在總結(jié)現(xiàn)有充電器電路的優(yōu)缺點(diǎn)之后，設(shè)計(jì)了這個(gè)充電器，該充電器除了完成對蓄電池充電的基本功能外，同時(shí)增加了極性保護(hù)和充電指示功能，滿足了人們對蓄電池充電器的基本要求。同時(shí)，在閱讀本文后，也能對蓄電池有一定的認(rèn)識和了解，有利于在日常

12、生活中對蓄電池的正確使用和維護(hù)保養(yǎng)。</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1蓄電池的發(fā)展歷史</p><p>　　法國科學(xué)家普蘭特在19世紀(jì)50年代發(fā)明了開口式鉛酸蓄電池，到現(xiàn)在已經(jīng)有近150年的發(fā)展歷程。到20世紀(jì)初，鉛酸蓄電池已經(jīng)經(jīng)過了幾十年的研發(fā)和改進(jìn)，也提高了蓄電池的循環(huán)使用時(shí)間、高倍率的放電、能量

13、密度等的性能。然而，開口式鉛酸蓄電池有兩個(gè)主要缺點(diǎn)：氣體擴(kuò)散出來時(shí)會(huì)有酸霧形成，會(huì)慢慢的腐蝕周圍金屬設(shè)備，對人體健康不利，并污染了環(huán)境；在蓄電池充電的末期水會(huì)分解為氫氣，氧氣析出，而且需要經(jīng)常加酸、水，平時(shí)的維修工作繁重，嚴(yán)重限制了蓄電池的應(yīng)用。在之后的幾十年的時(shí)間里，為了解決蓄電池使用中的這兩個(gè)主要問題，世界各國科學(xué)家爭相地開發(fā)密封鉛酸蓄電池以代替開口式鉛酸蓄電池，以期實(shí)現(xiàn)蓄電池的密封，由此獲得純粹的電力能源。在上世紀(jì)的六十年代，美國

14、蓋特公司發(fā)明了鉛鈣合金這一重要物質(zhì)，從那以后，引起了對鉛酸蓄電池的開發(fā)狂潮，因?yàn)檫@種物質(zhì)對于蓄電池有十分重要的意義。世界上很多的蓄電池企業(yè)研發(fā)紛紛投入大量的物力人力進(jìn)行開發(fā)。在1969年之后的一年時(shí)間里，美國EC公司制造了幾十萬只小型密封鉛酸蓄電池，該電池首次采用了玻璃纖維棉隔板，這也是最早的商業(yè)用閥控式鉛酸蓄電池，遺憾的是那時(shí)人們還尚未認(rèn)識到其氧再化合原理。 1</p><p>　　在蓄電池研發(fā)的不斷發(fā)展中，鉛

15、酸蓄電池的充電技術(shù)也得到了很大的技術(shù)方面的提高，當(dāng)然這也經(jīng)歷了一個(gè)非常長的過程。從剛開始出現(xiàn)的的恒電流充電方式、恒電壓充電方式，一直到后來的恒壓限流充電方式，直到現(xiàn)代熱門的智能充電方式，蓄電池充電技術(shù)的不斷進(jìn)步不僅滿足了新型蓄電池對充電的要求，最關(guān)鍵的是提高了蓄電池充電質(zhì)量，蓄電池使用壽命也得到了大大的延長。但是由于目前大都采用傳統(tǒng)充電技術(shù)，充電時(shí)間長、不能適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)和生活的需要，而且大多不能精確控制充電程度，使得電池不能充分工作，并

16、縮短了使用壽命。因此，成熟和完善的充電技術(shù)對于蓄電池的壽命和工作效果有著至關(guān)重要的影響。</p><p>　　1.2 鉛酸蓄電池充電技術(shù)及其發(fā)展概況</p><p>　　在蓄電池不斷發(fā)展的同時(shí)，蓄電池的充電技術(shù)從蓄電池發(fā)明以來也在不斷發(fā)展。早在1935年，伍德布里奇發(fā)現(xiàn)了溫度對充電的影響。1967年，英國人麥斯(J．A．Mas)研究了蓄電池充電過程中出現(xiàn)的析氣問題，在之后的研究中發(fā)現(xiàn)了析氣

17、出現(xiàn)的原因以及出現(xiàn)的影響。隨著人們對充電問題的日益重視，不少新型的充電裝置也相繼被研發(fā)出來，比如以電流接受能力為控制因素而研發(fā)的鉛酸蓄電池充電裝置等快速充電裝置等。</p><p>　　對于鉛酸蓄電池來說，傳統(tǒng)的充電方法主要有恒流轉(zhuǎn)恒壓二階段充電方式、恒流充電方式、恒壓充電方式等。以上所說的這些傳統(tǒng)充電方式的主要優(yōu)點(diǎn)是充電器的控制電路不復(fù)雜，容易實(shí)現(xiàn)，但是由于充電方法固定不變，所需要的充電時(shí)間較長，所以很容易因?yàn)?/p>

18、控制不當(dāng)而傷害到電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)，影響電池的使用以及使用壽命。晶閘管硅整流設(shè)備是我國目前蓄電池充電裝置較多采用的充電設(shè)備，這種設(shè)備的控制一般是依據(jù)模擬調(diào)節(jié)式方案。這套設(shè)備雖然功率密度低，但由于其穩(wěn)定的工作效果，可靠的性能表現(xiàn)，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)工藝要求的提高，蓄電池要滿足的工作環(huán)境越來越苛刻，由此帶來了一系列蓄電池充電方面的問題。其中，電池充電速度和充電效率因?yàn)樯a(chǎn)工藝

19、要求的提高而受到越來越多的重視。近年來，快速充電技術(shù)的研究和改進(jìn)，得到了許多科技工作人員的關(guān)注，并取得了一定的成就，并首次成功地應(yīng)用于電機(jī)和礦山機(jī)車牽引用蓄電池。改進(jìn)的鉛酸蓄電池快速充電器實(shí)現(xiàn)了支持?jǐn)?shù)字控制的微機(jī)控制，大大提高了更個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使得充電系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)試和之后的維護(hù)工作量大大的得到減縮。雖然充電技術(shù)得到改進(jìn)，但是其主要的技術(shù)理論卻依然是傳統(tǒng)的充電理論。從評價(jià)快速充電技術(shù)性能好壞的的幾個(gè)指標(biāo)即充電效率、充電時(shí)間、使用壽命的長

20、短和穩(wěn)升的大小來講，還存在著一些不太符合要求的地方，針對目前蓄電池傳統(tǒng)充電方法存在的安全性能不好、充電時(shí)間長、充電效果不佳等缺陷，國內(nèi)外的學(xué)者和研究者不斷的提出一些新型的充電方法，如變電流間歇充電法、Reflex充電法、分級定流充電法、脈動(dòng)式充電法等可以實(shí)現(xiàn)最佳充電模式的充電理論。其中的分級定流法對于鉛酸蓄電池的充電來講己經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并得到普遍好評。近幾年，隨著技術(shù)的不斷成熟，也有人開始采用更加先進(jìn)的充</p>&

21、lt;p>　　1.3 密封鉛酸蓄電池的充電技術(shù)要求</p><p>　　密封鉛酸蓄電池使用壽命的技術(shù)指標(biāo)是生產(chǎn)廠家在環(huán)境溫度為25℃時(shí)給出的，這些指標(biāo)比較可靠。因?yàn)閱误w的密封式鉛酸蓄電池的電壓會(huì)因?yàn)闇囟壬仙?攝氏度而下降4毫伏，所以，一個(gè)由六個(gè)單體密封鉛酸蓄電池串聯(lián)組成的12V蓄電池組，在25攝氏度時(shí)的浮充電壓為13.5V；當(dāng)溫度升至40攝氏度時(shí)，浮充電壓應(yīng)為l3.05V；當(dāng)溫度降為零度時(shí)，浮充電壓應(yīng)為14

22、.25V。也就是說，環(huán)境溫度越低，鉛酸蓄電池的浮充電壓越高。除此之外，密封式鉛酸蓄電池的另一個(gè)特性：當(dāng)環(huán)境溫度一定時(shí)，如果充電電壓比要求的電壓低100mV時(shí)，流經(jīng)蓄電池的充電電流將增大數(shù)倍，因此，將導(dǎo)致密封鉛酸蓄電池的熱失控，進(jìn)而導(dǎo)致過充損壞。同時(shí)，密封鉛酸蓄電池的容量也受溫度的影響，溫度每降低1℃，容量將下降約1％，所以，到了冬季當(dāng)放出25％后就應(yīng)及時(shí)充電，在夏季密封鉛酸蓄電池放出額定容量的50％后應(yīng)該及時(shí)充電。對于端電壓為12V的汽

23、車鉛酸蓄電池來說，13.5～13.8V是浮充電壓正常的波動(dòng)范圍。如果浮充時(shí)電壓太高，就會(huì)造成過壓充電。這里規(guī)定浮充電壓大于15V時(shí)，就被判定為是過電壓充電，如果浮充時(shí)電壓過低，則鉛酸蓄電池充不滿電。嚴(yán)禁對密封鉛酸蓄電池進(jìn)行</p><p>　　1.4 該課題研究的意義</p><p>　　對于汽車來講，其供電系統(tǒng)就是蓄電池，一個(gè)蓄電池的普通壽命大約為2到3年，但是很多的蓄電池并沒有到設(shè)計(jì)的

24、工作年限就會(huì)提前報(bào)廢，造成了不必要的財(cái)產(chǎn)損失。而在造成蓄電池到不了工作年限就提前“下崗”的主要原因中有兩個(gè)很重要的原因與充電有關(guān)：充電電流過大，造成電池極板上的活性物質(zhì)過早的脫落；長時(shí)間在充電不足的情況下放置或者使用，造成極板硫化嚴(yán)重。而如果對電池進(jìn)行日常保養(yǎng)，尤其是在充電方面格外注意愛護(hù)的話，蓄電池的壽命將會(huì)延長至3到4年，由此可知，一個(gè)好的充電器對于蓄電池的壽命有著十分重要的意義。</p><p>　　鉛酸蓄

25、電池除了是汽車的供電系統(tǒng)外，在其他生產(chǎn)和應(yīng)用中，也有著無可替代的地位。現(xiàn)在，鉛酸蓄電池作為固定用電源，在電話通信、不間斷電源（UPS）、安全報(bào)警、應(yīng)急燈及醫(yī)療設(shè)備中有著廣泛應(yīng)用。從這個(gè)層次上講，研究蓄電池的充電技術(shù)的意義更為深遠(yuǎn)。</p><p>　　現(xiàn)在全世界都在宣傳低碳生活，如果使用好的充電器就能起到節(jié)約能量消耗，增加蓄電池的使用壽命，提高工作效率，不僅是對蓄電池也是對地球的保護(hù)。而且在最近一段時(shí)間內(nèi)許多新聞

26、都有因使用者使用不當(dāng)造成事故的報(bào)道，這些都會(huì)嚴(yán)重影響使用者的安全和蓄電池的使用，所以未來充電器的發(fā)展方向?qū)⑹枪?jié)能與安全。而研究該課題也因此有十分重要的意義和實(shí)用價(jià)值，也勢必會(huì)取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。</p><p><b>　　1.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章對鉛酸蓄電池的歷史及國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了介紹，分析了鉛酸蓄電池能得到廣泛應(yīng)用的原因和未

27、來的發(fā)展前景。總結(jié)了鉛酸蓄電池的充電技術(shù)的發(fā)展歷史，提出設(shè)計(jì)鉛酸蓄電池智能充電器的必要性和廣闊的應(yīng)用前景，并詳細(xì)說明了鉛酸蓄電池充電的技術(shù)要求和指標(biāo)。</p><p>　　第二章 蓄電池及其充電原理</p><p><b>　　2.1 蓄電池</b></p><p>　　一、蓄電池在汽車中的作用</p><p>　　

28、在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，向起動(dòng)機(jī)、點(diǎn)火系統(tǒng)等主要用電設(shè)備供電。 </p><p>　　在發(fā)動(dòng)機(jī)不運(yùn)行或低速運(yùn)行時(shí)，蓄電池向各種用電設(shè)備供電。 </p><p>　　當(dāng)用電設(shè)備過多、用電量超過發(fā)電機(jī)的供電能力時(shí)，蓄電池協(xié)助發(fā)電機(jī)向各種用電設(shè)備供電。

29、 </p><p>　　穩(wěn)定電壓的作用。蓄電池相當(dāng)于一個(gè)大電容，可以吸收電路中瞬間的過電壓，以保護(hù)用電設(shè)備。</p><p><b>　　二、蓄電池的構(gòu)造</b></p><p>　　汽車常用的蓄電池為鉛酸蓄電池，12V的蓄電池由6個(gè)單格蓄電池串聯(lián)而成，每個(gè)單格蓄電池的標(biāo)稱電壓為2V，充滿電時(shí)為2.1V。<

30、/p><p>　　圖2.1 蓄電池結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　如圖2.1所示，鉛酸蓄電池由極板、隔板、電解液和殼體組成。</p><p>　　蓄電池的極板分為正極板和負(fù)極板，它們都以鉛—銻合金澆鑄成的柵架為骨架，在柵架上填充活性物質(zhì)制成極板。正極板上的活性物質(zhì)是深棕色的二氧化鉛(PbO2)，負(fù)極板上的活性物質(zhì)是海綿狀、青灰色的純鉛(Pb)。目前，蓄電池采用的柵架有二種

31、，一種為普通型，另一種為放射型。其中放射型柵架具有輸出電流大、內(nèi)阻小的特點(diǎn)，在新型蓄電池中采用。為了增大蓄電池的容量，每個(gè)單格蓄電池都由多個(gè)正、負(fù)極板組成極板組。每兩片負(fù)極板之間都夾有一個(gè)正極板，使正極板兩側(cè)充、放電均勻。普通蓄電池正極板厚度一般為2.2mm，負(fù)極板厚度為1.8mm。將正負(fù)極板浸入電解液中，就可獲得約2.1V的電動(dòng)勢。為了增大鉛酸蓄電池的電池容量，可以將多片正極板和負(fù)極板分別并聯(lián)，然后焊接成正負(fù)極板組。讓正負(fù)極板相互交錯(cuò)

32、嵌合，中間插入隔板后裝在蓄電池單格內(nèi)，便形成單格電池。在每個(gè)單格電池中負(fù)極板總比正極板多一片。因?yàn)檎龢O板活性物質(zhì)比較疏松，且正極板處的化學(xué)反應(yīng)比負(fù)極質(zhì)上的化學(xué)反應(yīng)劇烈，反應(yīng)前后活性物質(zhì)體積變化大，所以正極板夾在負(fù)極板之間，可使其兩側(cè)放電均勻，從而減輕正極板的翹曲和活性物質(zhì)脫落。結(jié)構(gòu)如圖2.2所示：</p><p>　　圖2.2 柵架結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　正負(fù)極板之間裝有絕緣隔板，用

33、來防止極板間的短路。隔板具有多孔性，有利于電解液的自由滲透。隔板采用耐酸性和抗堿性的木質(zhì)、微孔橡膠、微孔塑料及浸樹脂紙質(zhì)材料制成。近年來，還將微孔塑料隔板做成袋狀，緊包在正極板的外部，從而防止活性物質(zhì)的脫落。</p><p>　　電解液是由化學(xué)純的硫酸（H2SO4）和蒸餾水（H2O）按一定比例配制而成的硫酸水溶液（密度為1.24～1.31克/立方厘米）。 電解液密度對蓄電池的容量和壽命影響大。密度大可以提高蓄電

34、池的容量，減少結(jié)冰的危險(xiǎn)；但粘度增加，流動(dòng)性變差，使蓄電池的容量下降，而且腐蝕作用增強(qiáng)，降低極板和隔板的壽命。</p><p>　　殼體采用耐酸、耐熱和耐震的硬橡膠或聚丙稀塑料制成整體式結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)分成６個(gè)互不相通的單格，每個(gè)單格內(nèi)裝有極板組和電解液組成一個(gè)單格的蓄電池。殼體的底部有凸起的筋，用來支撐極板組，并使極板上脫落下來的活性物質(zhì)落入凹槽中，防止極板短路。</p><p>　　2.2

35、蓄電池的放電工作原理</p><p>　　充電完成后的鉛酸蓄電池，正極板二氧化鉛（PbO2），在電解溶液中水分子的作用下，由水與少量二氧化鉛生成的物質(zhì)——?dú)溲趸U（Pb(OH)4），這種物質(zhì)可離解并且不穩(wěn)定。溶液中的氫氧根離子比較穩(wěn)定，正極板上則留下了鉛離子（Pb4+），所以正極板上需要電子進(jìn)行中和。 鉛酸蓄電池充電完成后，鉛（Pb）成了負(fù)極板，與酸溶液里的硫酸（H2SO4）發(fā)生反應(yīng)，生成了鉛離子（Pb4+），鉛

36、離子擴(kuò)散至電解溶液中，多余的兩個(gè)電子（2e）就留在負(fù)極板上。 由此可知，當(dāng)外電路并為與蓄電池接通時(shí)（電池開路），由于化學(xué)作用，負(fù)極板上產(chǎn)生了多余電子，正極板上失去了電子，兩極板間就產(chǎn)生了一定的電位差，電池的電動(dòng)勢也就這樣形成了。</p><p>　　當(dāng)在蓄電池正、負(fù)極板之間接入負(fù)載后，放電過程開始發(fā)生。此時(shí)，正極板上的電位逐漸下降，負(fù)極板上的電位逐漸上升，正極板和負(fù)極板上的活性物質(zhì)（PbO2和Pb）都在不斷地轉(zhuǎn)變

37、為硫酸鉛（PbSO4），而電解液中的硫酸逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗?，電解液的比重逐步下降，從而增加了蓄電池的?nèi)阻、降低了電池電動(dòng)勢。其化學(xué)方程式為：Pb+PbO2+2HS2O2=2PbSO4+2H2O 。</p><p>　　2.3蓄電池的充電工作原理</p><p>　　鉛酸蓄電池是一種循環(huán)使用的電池，它的負(fù)極上活性物質(zhì)是海綿狀金屬鉛(Pb)，正極上的活性物質(zhì)是二氧化鉛(PbO)，稀硫酸(H2S04)

38、構(gòu)成了蓄電池的電解液，當(dāng)電池沒有連接負(fù)載而開路狀態(tài)時(shí)，正極板和負(fù)極板上的活性物質(zhì)與稀硫酸之間的反應(yīng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，形成了平衡態(tài)的電極。</p><p>　　最低出氣率是進(jìn)行充電過程的前提條件，而蓄電池的充電曲線也是在這個(gè)前提下經(jīng)過科研繪制得到的。曲線如下圖所示：</p><p>　　圖2.3 蓄電池理想充電曲線</p><p>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，如果充電電流的大小是

39、按照圖2.3的這條曲線變化，電池的充電時(shí)間將大大減少，電池的容量和使用壽命也不會(huì)受到干擾，一般來說把曲線叫做最佳充電曲線。初始充電電流雖然起初很大但是衰減的非?？欤饕怯捎跇O化現(xiàn)象的出現(xiàn)，這是在充電過程中產(chǎn)生的。在密封的蓄電池充電過程中，由于化學(xué)作用內(nèi)部產(chǎn)生了氫氣和氧氣，當(dāng)氧氣不能被吸收時(shí)，堆積在產(chǎn)生氧氣的正極板上，造成電池內(nèi)阻增加，使得電池的溫度不斷增加，如同將正極板的面積縮小，表現(xiàn)形式就是內(nèi)阻的增加，這就是所謂的極化現(xiàn)象。<

40、/p><p>　　蓄電池充電的化學(xué)反應(yīng)式如下所示：</p><p>　　充電的過程就是電解的過程。也就是從外部向蓄電池內(nèi)通入電流，在電極極板的活性物質(zhì)上引起氧化還原反應(yīng)。</p><p>　　負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng)：PbSO4+2e→Pb+SO42－……（1）</p><p>　　正極發(fā)生氧化反應(yīng)：PbSO4－2e＋2H2O→PbO2＋4H＋＋SO42

41、－……（2）</p><p>　　總反應(yīng)：2PbSO4＋2H2O→Pb＋PbO2＋2H2SO4……（3）</p><p>　　在充電快要結(jié)束的時(shí)候發(fā)生下列反應(yīng)：</p><p>　　負(fù)極：2H＋＋2e→H2↑……（4）</p><p>　　正極：2OH－－2e→1/2 O2↑＋H2O……（5）</p><p>　　總反

42、應(yīng)：H2O→1/2 O2↑＋H2↑……（6）</p><p>　　最后的結(jié)果是正極上二氧化鉛最多，硫酸鉛最少；負(fù)極上的絨狀鉛最多,硫酸鉛最少。由于反應(yīng)（2）和（6）消耗了水，反應(yīng)（1）和（2）硫酸是主要產(chǎn)物，所以充電結(jié)束后鉛酸蓄電池中電解液的濃度上升，在必要時(shí)需要加入一定量的水來調(diào)整電解液濃度。</p><p>　　因?yàn)槌浞烹娛强赡娣磻?yīng)，所以放電反應(yīng)如下所示：</p><

43、;p>　　負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)：Pb＋SO42－－2e→PbSO4……（7）</p><p>　　正極發(fā)生還原反應(yīng)：PbO2＋6H＋＋SO42－＋2e→PbSO4＋2H2O……（8）</p><p>　　總反應(yīng)：PbO2＋Pb＋2H2SO4→2PbSO4＋2H2O……（9）</p><p>　　l882年格拉斯頓(J．H．Gladstone)和特雷伯(A．Trib

44、e)提出了解釋鉛酸蓄電池成流反應(yīng)的‘‘雙硫酸鹽化”理論。按照這一理論，鉛酸蓄電池的化學(xué)反如下：</p><p>　　圖2.4 蓄電池化學(xué)反應(yīng)示意圖</p><p>　　由圖2.4可知，蓄電池放電的化學(xué)方程式如下：</p><p>　　PbO2＋Pb＋2H2SO4→2PbSO4＋2H2O</p><p>　　2.4蓄電池的容量及影響因素<

45、;/p><p>　　一、蓄電池的容量C </p><p>　　蓄電池的容量是指在放電允許范圍內(nèi)，蓄電池輸出的電量：</p><p>　　C＝Ｉf×t f （安時(shí)/A·h）</p><p><b>　　1、額定容量C20</b></p><p>　　充足電的蓄電池，在電解液

46、溫度為30oC時(shí)，以20h放電率的電流連續(xù)放電到規(guī)定的終止電壓時(shí)，蓄電池所輸出的電量C20。</p><p><b>　　起動(dòng)容量</b></p><p>　　起動(dòng)容量表征蓄電池在接起動(dòng)機(jī)時(shí)的供電能力，并根據(jù)使用條件分為常溫起動(dòng)容量和低溫起動(dòng)容量。</p><p>　　常溫起動(dòng)容量——在電解液溫度為30oC時(shí)，以5分鐘放電率的電流，連續(xù)放電到9

47、V（12V蓄電池）時(shí)，蓄電池所輸出的容量。</p><p>　　低溫起動(dòng)容量——在電解液溫度為-18oC時(shí)，以5分鐘放電率的電流，連續(xù)放電到6V（12V蓄電池）時(shí)，蓄電池所輸出的容量。</p><p><b>　　額定儲備容量</b></p><p>　　額定儲備容量是不分蓄電池規(guī)格大小的，規(guī)定一律以25A電流放電到終止電壓（1.75V)時(shí)的放

48、電大小計(jì)算。對于不同規(guī)格的電池，要規(guī)定不同的放電時(shí)間。國際電工委員會(huì)（IEC）標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，汽車型的鉛酸蓄電池的容量用額定容量和額定儲備容量表示都可以。</p><p>　　有時(shí)在額定容量后面用一個(gè)字母表示特殊性能，G——表示高起動(dòng)率、S——表示塑料外殼、D——表示低溫起動(dòng)性能好。 </p><p>　　例如：夏利TJ7100型轎車用6—QA—40S型蓄電池：由6個(gè)單格電池組成，額定電壓為1

49、2V，額定容量為40A·h的起動(dòng)用干荷電鉛蓄電池，采用了塑料外殼。 </p><p>　　影響蓄電池容量的因素 </p><p>　　蓄電池的容量越大，所存貯的電能越多。蓄電池容量的大小，與放電電流、電解液的密度及極板結(jié)構(gòu)等有關(guān)。</p><p>　　①放電電流增大，蓄電池的端電壓和容量下降；</p><p>　　②溫度越低，蓄電

50、池的容量下降，額定容量是在30oC時(shí)測得；</p><p>　?、垭娊庖好芏仍龃?，可以減少內(nèi)阻，提高容量，但不能過大；</p><p>　?、茉龃髽O板面積和片數(shù)，可以增大容量。采用簿型極板、增加極板的片數(shù)，可以在不增大蓄電池體積的情況下，提高蓄電池的容量。</p><p><b>　　2.5 本章小結(jié)</b></p><p&

51、gt;　　本章對蓄電池的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了概括性的介紹，并增加了圖片進(jìn)行說明，使讀者對蓄電池有了大概的結(jié)構(gòu)性的了解，然后對蓄電池的工作原理進(jìn)行了分析，并對充電和放電分別進(jìn)行了概述，對研究歷史做了大致闡述。使對蓄電池的了解更加具體和細(xì)致，為之后的充電研究打下知識基礎(chǔ)。</p><p>　　第三章 蓄電池的充電研究</p><p>　　鉛酸蓄電池的充電方法現(xiàn)在主要分為蓄電池的快速充電方法和蓄電池的傳統(tǒng)

52、充電方法。蓄電池快速充電法的意義在于提高蓄電池充電速率，比較有效的縮短了鉛酸蓄電池的充電時(shí)間，同時(shí)提高了鉛酸蓄電池循環(huán)使用的次數(shù)，是目前鉛酸蓄電池充電技術(shù)中科研和實(shí)際應(yīng)用的熱門之一。采用用小電流充電、慢速充電的方式是主要的傳統(tǒng)充電方法，將完全放完電的電池充至完全滿電的狀態(tài)需要20多小時(shí)的充電時(shí)間。將小電流充電與快充相結(jié)合可以取長補(bǔ)短，這是我所設(shè)計(jì)的充電器使用的充電理論。 </p><p>　　3.1 蓄電池早

53、期充電方法 </p><p>　　在蓄電池使用之初，大都采用傳統(tǒng)的充電方法。充電方法主要有分階段充電、恒電流充電、恒電壓充電等充電方式。這些充電方法有很多優(yōu)點(diǎn)，比如使用傳統(tǒng)充電方法的充電功率一般比較小，充電控制電路比較簡單。</p><p>　　1940年前國際上公認(rèn)的蓄電池充電經(jīng)驗(yàn)法則成為傳統(tǒng)充電方法的依據(jù)?！鞍才嘈r(shí)規(guī)則”是這些法則里最為著名的。其內(nèi)容為：蓄電池充電電流的安培數(shù)值，應(yīng)該

54、小于蓄電池待充電的安時(shí)數(shù)。但是實(shí)際上，蓄電池在充電時(shí)的溫升和氣體的產(chǎn)生制約了常規(guī)充電的速度。這對研究蓄電池所需要的的最少充電時(shí)間具有十分重要的意義。</p><p>　　1、 恒流充電：用一個(gè)電流源對蓄電池進(jìn)行充電，充電電流在一個(gè)充電過程的某一個(gè)時(shí)間段內(nèi)保持不變。</p><p>　　在恒流充電中，單階段恒流充電、分階段恒流充電是恒流充電里兩種常見的方式。</p><p

55、>　　圖3.1 單一恒流充電方式 </p><p>　　圖3.2 分階段恒流充電方式</p><p>　　由圖3.1和圖3.2可以看出，這兩種方式的不同在于：單一恒流充電方式恒定電流設(shè)定的值比較小，這是為了防止充電后期充電電流過大，防止對電池造成損壞，所以所需要的充電時(shí)間一般較長，充電電流一直保持恒定，直到充電完成。而另一種充電方式的充電電流在一次充電過程里是變化的，在其中

56、有很多的恒流段，電流的變化成階梯式。</p><p>　　恒壓充電是保持蓄電池端電壓恒定充電的充電方法，該方式充電電壓、電流曲線圖如圖3.3所示，對于鉛酸蓄電池來說，一般取每節(jié)單體電池2.45～2.5V作為充電恒壓數(shù)值。在充電開始時(shí)候，電流很大。隨著充電過程的繼續(xù)進(jìn)行，電解液密度逐漸上升、蓄電池電動(dòng)勢增大，所以到了充電的末期，恒壓充電時(shí)的電流比較小。</p><p>　　圖3.3 恒壓充

57、電中電壓、電流大小的變化曲線</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：恒壓充電因?yàn)殡娐泛唵嗡匀菀讓?shí)現(xiàn)，而且方便控制。</p><p>　　缺點(diǎn)：（1）等效的串聯(lián)電池內(nèi)阻一般很小，而在充電開始時(shí)候電流很大，可能會(huì)引起電池上的活性物質(zhì)脫落，造成蓄電池溫度過高，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)引起電池極板彎曲，使電池?fù)p壞。</p><p>　?。?）把恒壓值的大小減小，雖然可以減小充電開始時(shí)的電流，但是

58、會(huì)造成延長充電時(shí)間、充電不足，嚴(yán)重地同樣會(huì)縮短蓄電池的使用壽命。</p><p>　　總結(jié)：恒壓充電一般用在小容量、低電壓的電池充電。</p><p>　　3、兩階段充電法，也就是常說的恒流限壓充電方法，即在蓄電池充電第一階段采用電流恒定的充電方法，從而限制了充電開始時(shí)候的電流大小，在第二階段，電池電壓上升到某一數(shù)值后變?yōu)楹愣ㄖ?，也就是恒壓充電，在此之后，流?jīng)蓄電池的電流逐漸減小，最終充電

59、完成，圖3.4為該充電方式的電壓、電流變化曲線示意圖</p><p>　　圖3.4 兩階段充電法電流、電壓曲線</p><p>　　3.2 蓄電池的快速充電理論</p><p>　　美國科學(xué)家麥斯在20世紀(jì)60年代對蓄電池的充電過程中出現(xiàn)的的析氣問題作了大量的分析研究工作后，得到了一個(gè)重要成果——鉛酸蓄電池可以承受的以最低出氣率為標(biāo)準(zhǔn)的充電電流曲線，如下圖所示：&

60、lt;/p><p>　　圖3.5 標(biāo)準(zhǔn)充電電流曲線</p><p>　　他的研究實(shí)驗(yàn)表明，如果鉛酸蓄電池的充電電流的大小的變化規(guī)律同這條曲線吻合，那么就可以達(dá)到快速充電的目的，減小充電時(shí)間，蓄電池的容量和蓄電池的使用時(shí)間也沒有受到影響。這條曲線就是蓄電池最佳充電曲線，這項(xiàng)研究成果確定了鉛酸蓄電池的快速充電理論研究的方向，具有十分重要的意義。 .

61、 </p><p>　　由上圖可以看出：在充電開始時(shí)候，電流很大，但是很快的就減小了。主要是因?yàn)樵谛铍姵爻潆姷倪^程中其內(nèi)部出現(xiàn)的極化現(xiàn)象。</p><p>　　這里說的極化現(xiàn)象，指的是在密封式鉛酸蓄電池充電的時(shí)候，內(nèi)部產(chǎn)生了氣體——?dú)錃夂脱鯕?，產(chǎn)生的氧氣在正極板（氧氣是在正極板上由于電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的）上開始堆積，

62、前面已經(jīng)提到，這會(huì)造成電池溫度升高，內(nèi)阻上升，相當(dāng)于使正極板減小了面積。這種極化現(xiàn)象使得電流因?yàn)閮?nèi)阻的增加而迅速減小。</p><p>　　蓄電池充電過程和放電過程是可逆的，在有些理論中，是這樣解釋極化現(xiàn)象的出現(xiàn)的：只有盡量使通過蓄電池的電流小一些，才能使電池能在這種熱力學(xué)平衡狀態(tài)（充電和放電的可逆反應(yīng)）之下保持充電狀態(tài)。當(dāng)充電電壓跟蓄電池本身的電壓相等時(shí)是實(shí)現(xiàn)該狀態(tài)的最理想的條件。但是，實(shí)踐表明，充電電池的電壓

63、，必須增加到一定值時(shí)（這個(gè)值由于電極材料，溶液濃度等各種因素的差異在不同程度上大于電池電動(dòng)勢平衡值）才能進(jìn)行充電。在一個(gè)化學(xué)反應(yīng)中，電動(dòng)勢比熱力學(xué)平衡值大的現(xiàn)象，是極化現(xiàn)象。而極化現(xiàn)象隨著越來越大的充電電流而變得嚴(yán)重。</p><p>　　要想實(shí)現(xiàn)快速充電，必須消除充電過程中電池的極化現(xiàn)象。第一，快速充電要保證負(fù)極的吸收能力，保證能基本吸收正極上產(chǎn)生的氧氣，不會(huì)有多余的氧氣析出，使得析氣率控制一個(gè)很小的數(shù)值范圍內(nèi)

64、，這樣能很好的消除極化現(xiàn)象，第二，快速充電必須要保證盡量加快電池的化學(xué)反應(yīng)速度也就是能夠提高充電電流，提高充電速率，減少充電時(shí)間。</p><p>　　針對傳統(tǒng)充電方法安全性能不好、充電速率慢，對電池?fù)p壞大等缺點(diǎn)，在經(jīng)過多年研究后，許多科學(xué)家陸續(xù)提出了一些其它的快速充電方法，如脈沖式充電法、分級定流充電法以及變電流間歇充電法等。這些方法都得到了實(shí)際生產(chǎn)的檢驗(yàn)，在這些方法中，使用最為廣泛和成熟的是分級定流充電法。&

65、lt;/p><p>　　分級定流充電法類似于我們常說的多階段恒電流充電方法，它綜合了恒流充電和恒壓充電兩種充電方法的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)充電開始后，電流比較大，充電時(shí)間快，經(jīng)過一段時(shí)間后電壓上升到某一數(shù)值后，改用較小的電流，充電最后變?yōu)楦〉碾娏?。最具代表性的就是三級充電法，其原理圖如圖3.6所示。 </p><p>　　圖3.6 分級定流充電法</p><p>　　一級恒流是

66、給蓄電池一恒定電流充電，二級恒壓階段是以恒定電壓給蓄電池充電，三級恒流是給蓄電池一小恒定電流充電。整個(gè)給蓄電池充電的過程中電流的大小從一級的大電流變?yōu)槿夒A段的小電流。恒壓充電的優(yōu)點(diǎn)和恒流充電的優(yōu)點(diǎn)被分階段充電方式融合在一起，這種充電方法首先有效的避開了恒電壓充電方式在充電開始時(shí)候電流對電池造成的瞬間沖擊破壞，其次，可以使大電流的恒流充電方式可能帶來的過充電現(xiàn)象得到有效的避免，在前兩個(gè)階段充電完成后，最后一級的充電可以給蓄電池盡可能多的

67、充電，并且對電池不造成損害，最后，這種充電方式比較好地模遵循了蓄電池的最佳充電曲線，得到了比較好的實(shí)際應(yīng)用的效果</p><p><b>　　脈沖式充電法</b></p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：（1）尊重鉛酸蓄電池自身的充電接受速率水平；</p><p>　?。?）能夠提高鉛酸蓄電池充電接受率，不受蓄電池的指數(shù)充電接受曲線的影響和限制。 

68、    </p><p>　　圖3.7 脈沖式充電法</p><p>　　脈沖充電方式的充電原理是：接入電路后，用脈沖電流對蓄電池進(jìn)行充電，充電一段時(shí)間后，停止給電池充電，然后再用脈沖電流充電，再停止，如此循環(huán)。通過間斷性的充電，蓄電池充滿電量，而在停止充電的時(shí)候，蓄電池因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)放出的氧氣和氫氣能夠有充足的時(shí)間被吸收化合成水，使歐姆的極化和濃差的極化也能順利的消失

69、，進(jìn)而減小了蓄電池的內(nèi)部壓力，保證恒流充電在下一輪中能夠更加順利地完成，使蓄電池得到更多的電能。間歇脈沖充電方法使蓄電池有了較為充足的反應(yīng)的時(shí)間，同時(shí)使析氣量大大的減少，鉛酸蓄電池的充電電流接受率 也得到明顯的改善。</p><p><b>　　變電壓間歇充電法</b></p><p>　　由于是恒壓充電，所以充電電流的變化是按照指數(shù)規(guī)律進(jìn)行下降的，而且也滿

70、足蓄電池的電流可接受率隨著充電的進(jìn)行逐漸下降的特點(diǎn)。 其電壓、電流變化曲線如下圖所示：</p><p>　　圖3.8 變電壓間歇充電法</p><p>　　4、變電壓變電流波浪式間歇正負(fù)零脈沖快速充電法</p><p>　　根據(jù)以上的Reflex快速充電法、綜合脈沖充電法及變電流間歇充電法等的優(yōu)點(diǎn)，變電壓變電流波浪式正負(fù)零脈沖間歇快速充電法進(jìn)行了總括，并

71、實(shí)現(xiàn)了發(fā)展應(yīng)用。脈沖充電法充電法的控制方式一般有兩種：</p><p>　　1）PWM（驅(qū)動(dòng)充放電開關(guān)管）設(shè)定的信號頻率是固定的，而可以通過改變脈沖電流的幅值進(jìn)行控制調(diào)節(jié)；</p><p>　　2）脈沖電流的幅值固定不變，而通過調(diào)節(jié)PWM信號的頻率進(jìn)行控制。</p><p>　　而變電壓變電流波浪式間歇正負(fù)零脈沖快速充電法采用了一種跟這兩者不同的控制方式，脈沖電流幅

72、值與PWM信號的頻率都是不變化的，而是通過調(diào)節(jié)PWM的占空比來實(shí)現(xiàn)，在這個(gè)基礎(chǔ)之上再加上間歇充電的階段，使得蓄電池能夠在一定的時(shí)間內(nèi)獲得更多的電量，蓄電池的充電接受能力得到了明顯的提高，相比其他的充電方式更為可靠和安全。但是由于其技術(shù)較為復(fù)雜，不容易實(shí)現(xiàn)，所以沒有得到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　圖3.9為該充電方式電壓、電流的變化曲線

73、 </p><p>　　圖3.9 波浪式間歇正負(fù)零脈沖快速充電</p><p><b>　　3.3本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要闡述了鉛酸蓄電池的充電理論的發(fā)展，介紹了快速充電原理、以及各種充電方法，指出了快速充電技術(shù)的關(guān)鍵在于消除

74、電池極化電壓?？焖俪潆娂夹g(shù)與傳統(tǒng)的充電方法相比有明顯的優(yōu)勢，有利于縮短充電時(shí)間、提高利用效率、延長使用壽命、降低能耗等，充分運(yùn)用馬斯最佳充電曲線理論，在其安全充電狀態(tài)下，盡可能加速充電時(shí)間，下一章將開始介紹設(shè)計(jì)的充電器的結(jié)構(gòu)原理</p><p>　　第四章 充電器電路設(shè)計(jì)及原理</p><p>　　4.1 電路總體設(shè)計(jì)</p><p>　　該充電器由充電專用芯片u

75、c3906及其外圍電路組成，其結(jié)構(gòu)比較簡單，但是穩(wěn)定性相對于其他的由簡單二極管、三極管及放大器、電容等組成的純電路要高很多，電路主體由整流電路和充電電路組成。</p><p>　　若在汽車上取下蓄電池進(jìn)行充電時(shí)，可用整流濾波電路，將220v交流電在經(jīng)過整流電路整流濾波后進(jìn)入充電電路，通過充電電路進(jìn)行取樣，分析，然后開始各階段充電。在下面章節(jié)會(huì)對濾波電路進(jìn)行簡要分析。</p><p>　　因

76、蓄電池一般是利用汽車發(fā)電機(jī)進(jìn)行充電，而汽車發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓剛好在芯片使用的電壓范圍內(nèi)，所以在此不在講述，直接分析充電電路。</p><p><b>　　4.2使用芯片介紹</b></p><p>　　現(xiàn)在，所有的電器設(shè)備都趨于小型化、智能化，而且更加安全，方便使用。這主要?dú)w功于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的集成化程度越來越高，同時(shí)也使得體積變小成為可能。我相信這也是未來電器的發(fā)展方向，因

77、此本設(shè)計(jì)也采用了集成芯片，加入了專用充電芯片UC3906，使得外圍電路得到了簡化，也易懂方便。</p><p>　　UC3906是密封式鉛酸蓄電池的專用充電芯片，它除了可以實(shí)現(xiàn)密封鉛酸蓄電池進(jìn)行最佳充電方式所需要的全部控制功能、取樣檢查功能以外，還可以使充電器的各種轉(zhuǎn)換電壓根據(jù)蓄電池電壓溫度系數(shù)的變化進(jìn)行相應(yīng)的改變，正因?yàn)槿绱耍撔酒梢允姑芊馐姐U酸蓄電池能不受周圍環(huán)境溫度的影響而能達(dá)到最佳的充電狀態(tài)。</

78、p><p>　　UC3906 為密封式鉛酸電池充電監(jiān)控IC,該芯片整合必要的電路,只須少數(shù)的外部元件配置,即可提供對密封式鉛酸電池充電所需的控制與檢測功能,并藉由最佳化的充電參數(shù)控制,確保電池的使用壽命與工作效能。</p><p>　　UC3906外部管腳圖如下圖所示。該芯片內(nèi)部的電壓控制電路是獨(dú)立設(shè)置的，內(nèi)部的限流放大器也是獨(dú)立設(shè)置的，芯片內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)器可以由此進(jìn)行控制，輸出電流的大小可以達(dá)到

79、25毫安，這樣可以直接對外部串聯(lián)的調(diào)整管直接驅(qū)動(dòng)，進(jìn)而可以直接對蓄電池充電器的輸出電壓和輸出電流進(jìn)行調(diào)整。芯片內(nèi)部的電流和電壓檢測比較器可以隨時(shí)檢測蓄電池是否充滿電，并將該狀態(tài)作為控制信號來對充電狀態(tài)電路的輸入信號進(jìn)行控制，以此實(shí)現(xiàn)狀態(tài)指示的功能。</p><p>　　UC3906有SOIC-16以及DIP16兩種封裝形式。管腳與電路板是采用表面粘著或插件的方式進(jìn)行接合。 </p><p&g

80、t;　　圖4.1 uc3906外部圖</p><p>　　圖4.1為UC3906外部管腳圖，共有16管腳，其內(nèi)部管腳圖如圖4.2所示：</p><p>　　圖4.2 UC3906 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　當(dāng)蓄電池的電壓低于設(shè)定值時(shí)，芯片內(nèi)部的充電使能比較器能控制充電器進(jìn)入涓流充電狀態(tài)。該比較器在驅(qū)動(dòng)器截止的時(shí)候還可以輸出大小約為25mA的涓流充電電流。因

81、此，當(dāng)電池反接或者短路時(shí)，該充電器僅能進(jìn)行小電流充電，這樣就可以使電池不至于因過電流充電而損壞。</p><p>　　具有非常精準(zhǔn)的基準(zhǔn)電壓是芯片UC3906的另一個(gè)非常重要的特性，其基準(zhǔn)電壓能隨環(huán)境溫度的變化而變化，而且其變化規(guī)律和鉛酸電池電壓的溫度變化特性一模一樣。該芯片另一個(gè)優(yōu)勢便是它的工作電流僅為1.7mA，這樣可以盡量減小芯片的功耗，功耗低意味著散熱少，也就能實(shí)現(xiàn)對外界環(huán)境溫度的準(zhǔn)確檢測，并使自身的溫度

82、影響降到最小程度，使蓄電池既能充足電，又不會(huì)嚴(yán)重過充電而造成電池的損壞。除此之外，在芯片內(nèi)部還加入了一個(gè)輸入欠壓檢測電路，這樣可以對充電周期進(jìn)行初始化。這個(gè)電路還可以驅(qū)動(dòng)邏輯輸出一個(gè)，當(dāng)給充電器加上輸入電源后，管腳7可以指示電源的狀態(tài)從而方便控制。</p><p>　　其管腳圖如下表所示：</p><p><b>　　其參數(shù)最大值為：</b></p>&

83、lt;p>　　電源電壓（VIN）·································

84、83;················40V</p><p>　　開集電極輸出電壓··············

85、83;································40V</p><p>　

86、　放大比較器輸入電壓···································

87、 -0.3V to +40V</p><p>　　驅(qū)動(dòng)電流······························

88、;·······················80mA</p><p>　　涓流偏置輸出電流·······

89、3;···································—40mA<

90、;/p><p>　　4.3 原理圖及分析</p><p>　　4.3.1 市電整流濾波電路</p><p>　　在最初選擇此部分電路時(shí)，考慮的是整流電路，但是整流電路雖然其輸出電壓是只有一個(gè)方向的，卻會(huì)留下比例比較大的交流成分，對于該充電器的工作效果會(huì)產(chǎn)生一定的不確定影響，為了排除這部分不確定因素，最終選擇在整流電路后再加入濾波電路，可以把脈動(dòng)的直流變平滑。在綜合充電器

91、電路電壓，電流大小以及電路復(fù)雜程度各影響因素，選擇最常見也是最簡單的電容濾波電路</p><p>　　圖4.3 整流濾波電路圖</p><p>　　如圖4.3所示，在整流電路后并聯(lián)一個(gè)電容C，當(dāng)變壓器副邊一側(cè)電壓u2處于上半周期而且其大小比電容兩端電壓高時(shí)，其中兩個(gè)二極管導(dǎo)通，電流經(jīng)過電阻和電容時(shí)，給電容充電，當(dāng)副邊電壓開始下降后，電容電壓下降速度比副邊電壓下降速度慢，使得電容繼續(xù)給電阻

92、放電，使電阻上的壓降緩慢下降，波形變得平滑，而且輸出電壓的平均值得到了提高，從而起到了改善電壓輸出和濾波的效果。</p><p>　　其電壓輸出波形圖如下：</p><p>　　圖4.4 整流濾波電路電壓輸出波形圖</p><p>　　4.3.2充電器原理圖及分析</p><p>　　一、充電器電路圖如圖4.4所示：</p>

93、<p>　　圖4.5 充電器電路示意圖</p><p>　　此充電器整個(gè)充電過程可以分為三個(gè)階段：</p><p>　　1、恒流階段：首先開始涓流充電，當(dāng)蓄電池電壓過低時(shí)，充電器開始輸出一個(gè)小電流，該電流恒定。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器截止時(shí)，該比較器還能輸出25mA涓流充電電流。這樣，當(dāng)電池短路或反接時(shí)，充電器只能小電流充電，避免了因充電電流過大而損壞電池。然后進(jìn)行大電流快速充電，當(dāng)充電器電壓

94、達(dá)到一定數(shù)值后，充電器進(jìn)入快速充電階段，此階段仍為恒流階段，而蓄電池主要的電量也是在此階段回充。</p><p>　　恒壓階段：在完成大電流快速充電后，當(dāng)蓄電池電壓達(dá)到過充電電壓的95%時(shí)，即進(jìn)入恒壓階段，在此階段，電壓上升很小，充電電流下降，但仍繼續(xù)為蓄電池補(bǔ)充能量，電壓上升的幅度較小并且速度放慢，直到蓄電池電壓穩(wěn)定接近至過充電電壓。</p><p>　　浮充階段：在第二個(gè)階段完成后，開

95、始進(jìn)入本階段，此狀態(tài)下，蓄電池電壓因接入負(fù)載而開始消耗電能，電壓隨之下降從而小于過充電電壓，充電模式回到涓流充電狀態(tài)，相當(dāng)于充電器供電，而也給蓄電池維持供電，使得蓄電池電壓上下浮動(dòng)，但仍能保持滿電狀態(tài)。</p><p>　　整流濾波電路及充電器電路各參數(shù)整定</p><p>　?。?）因?yàn)閂IN=18V，所以整流濾波電路的輸出電壓是18V，根據(jù)濾波電路輸出電壓平均值公式 以及相似三角

96、形關(guān)系公式</p><p><b>　　得到：=18V</b></p><p>　　又因?yàn)門=50Hz，設(shè)U2=30V，所以RC=21.74，因?yàn)闉V波電容容量較大，所以選擇C=1000uF，而R＝2170Ω。</p><p>　?。?）在蓄電池充電過程中，根據(jù)三段式充電原理及充電專用芯片UC3906使用相關(guān)規(guī)定，其充電參數(shù)主要有浮充電電壓VF、

97、過充電電壓VOC、最大充電電流I max、過充電終止電流IOCT等。電池額定電壓為12V，容量為7Ah，VIN=18V，VF=13.8V，VOC=15V。由于該充電器一般是接在蓄電池上，所以，在串聯(lián)調(diào)整管與輸出端之間串入一只二極管以防止蓄電池的電流倒流入充電器引起不安全情況。同時(shí)，為了避免輸入電源中斷后，蓄電池通過分壓電阻R1、R2、R3放電，使R3串接電源充電狀態(tài)指示（管腳7）然后接地。當(dāng)18V的電壓接入充電器后，三極管Q1開始導(dǎo)通，

98、開始恒流充電，電流大小為500mA，蓄電池的電壓逐漸升高。當(dāng)蓄電池的電壓大小為過充電壓VOC的95％（即14.25V）時(shí)，電池轉(zhuǎn)入過充電恒壓充電狀態(tài)，充電電壓維持在過充電電壓的95%左右，流經(jīng)充電器的電流開始迅速下降。當(dāng)電流大小回落至過充電終止電流（IOCT）大小時(shí)，該充電芯片的管腳10輸出高電平，經(jīng)過比較器LM339的比較后，比較器輸出低電平，蓄電池自動(dòng)轉(zhuǎn)入浮充狀態(tài)。同時(shí)充足電指示發(fā)光管發(fā)光，指示蓄電池已充足電。 </p>

99、<p>　　只要所提供的功率管可以承受、輸入電壓允許，I max便越大越好。雖然有些生產(chǎn)企業(yè)宣稱在有過充保護(hù)電路的情況下，充電率可以大于等于2C，但是一般來說，C/20～C/3是電池生產(chǎn)廠家普遍推薦的充電率范圍。IOCT的選擇原則是能使電池接近100％充電狀態(tài)。合適值的選取要考慮VOC和在VOC時(shí)蓄電池充電時(shí)充電的電流變化的特性。I max由電流限制放大器和電流檢測放大器的偏置電壓決定，IOCT檢測電流的電阻RS決定。參考

100、以上資料，在這里，取I max=500mA，IOCT=50mA。</p><p>　　因?yàn)?，所以，RS=0.5Ω</p><p>　　在選擇參數(shù)前，必須確定一個(gè)分流參數(shù)值，ID，其值為150至200微安。</p><p>　　所以，RD=1.2KΩ</p><p>　　其他元件的參數(shù)如下：R1 =68.1k Ω、R2 =22.6kΩ、R3

101、=47kΩ、R4 =348kΩ、R5 =82kΩ、R6 =1kΩ、R7 =1kΩ、C1 = C2 =0.1 µF。</p><p>　　根據(jù)以上參數(shù)，由PROTEL軟件繪制的電路原理圖如圖4.6所示： </p><p>　　圖4.6 充電器電路原理圖</p><p>　　充電器PCB圖如下：</p><

102、p>　　圖4.7 充電器PCB圖 </p><p><b>　　4.4本章小結(jié)</b></p><p>　　本章給出了充電的原理圖以及PCB圖，根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)的理念，采用了專用充電芯片UC3906，使電路圖大大的得到了簡化，分析也更為容易，更容易掌握和理解，然后對電路圖的充電原理進(jìn)行了分析，總體來說，該電路能在實(shí)際應(yīng)用中有不錯(cuò)的工作效果。</p>

103、<p>　　第五章 總結(jié)與展望</p><p>　　對蓄電池的結(jié)構(gòu)、充放電原理進(jìn)行了分析，重點(diǎn)對蓄電池的充電進(jìn)行了分析和論述，分析指出現(xiàn)在三段式是最為常見、理論最為成熟、也最容易使用的充電理論。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)在電路趨于模塊化數(shù)字化的特點(diǎn)，利用充電專用芯片UC3906和外圍電路設(shè)計(jì)了該三段式充電電路。能夠?qū)崿F(xiàn)對蓄電池的智能充電，并能夠根據(jù)充電過程自動(dòng)調(diào)整控制參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)充電過程的無人值守，延長電池的使

104、用壽命，也節(jié)省了人力，符合現(xiàn)在倡導(dǎo)的低碳環(huán)保的新要求。</p><p>　　由于設(shè)計(jì)時(shí)間短，在電路設(shè)計(jì)與充電算法方面還存在不足，有待于以后不斷改進(jìn)。</p><p>　　不可再生資源如煤炭、石油、天然氣等的開采量逐漸增大，其存儲量也越來越少，未來時(shí)間里，電力作為可再生清潔能源越來越得到人們的重視。風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等新興清潔能源發(fā)電技術(shù)越來越完善，使用也越來越廣泛。在電能使用越來越廣泛的

105、今天，作為存儲電能的蓄電池也會(huì)隨之受到更廣泛的關(guān)注，現(xiàn)在蓄電池的快速充電技術(shù)正在日趨完善。</p><p>　　現(xiàn)在，國家新的規(guī)劃當(dāng)中給予了新能源汽車很高的重視，這也為蓄電池行業(yè)的發(fā)展提供了廣闊的市場前景。用于新能源汽車的動(dòng)力電池包括兩部分：混合動(dòng)力和純電動(dòng)。前者又包括兩個(gè)方向：一是傳統(tǒng)的鉛酸電池;二是使用新技術(shù)、新材料的鋰電、鎳氫等。市場比較傾向于前者向后者的過渡，一般比較認(rèn)可的過渡路徑還是鉛酸蓄電池。有些人認(rèn)

106、為，今后低速車用鉛酸，高檔車可以用鋰電。但是，一些業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，鉛酸電池在混合動(dòng)力車領(lǐng)域也大有作為，不應(yīng)只局限在低速車。而且，國家對電動(dòng)車的支持和投入要比當(dāng)年電動(dòng)自行車要大得多，所以電動(dòng)車的發(fā)展環(huán)境要比當(dāng)年電動(dòng)自行車要好。如此巨大的市場需求，是支撐鉛酸蓄電池行業(yè)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)后盾。2011年1-11月，全國鉛酸蓄電池的產(chǎn)量達(dá)1.29億千伏安時(shí)，同比增長2.95 %。從各省市的產(chǎn)量來看，2011年前11個(gè)月，我國鉛酸蓄電池生產(chǎn)的前三省市是浙江

107、、河北和廣東 ，分別占總產(chǎn)量的17.42%、13.42%和12.86%。 　 </p><p>　　國內(nèi)有不少輿論認(rèn)為鉛酸電池是將要被淘汰的技術(shù)路線，儲能應(yīng)該以技術(shù)更新的鋰電或液流電池為主。但從穩(wěn)定可靠、性價(jià)比、維護(hù)的簡單性、經(jīng)濟(jì)效益等方面考慮，鉛酸蓄電池還是最佳選擇。實(shí)際上，目前美國的儲能站也依然在大規(guī)模使用鉛酸。鉛酸蓄電池最大的特點(diǎn)是成本低、使用維護(hù)簡單、可回收利用，屬于回收利用率最高的產(chǎn)品，達(dá)到95%，體現(xiàn)

108、了循環(huán)經(jīng)濟(jì)，既安全可靠又有經(jīng)濟(jì)效益。美國有一個(gè)機(jī)構(gòu)做過估算，如果智能電網(wǎng)在儲能環(huán)節(jié)大規(guī)模建設(shè)，電池用量可能是以前傳統(tǒng)行業(yè)的10倍。所以，鉛酸蓄電池行業(yè)的市場蘊(yùn)含著巨大的潛力。然而從行業(yè)本身的發(fā)展來看，鉛酸蓄電池存在了152年，用量反而越來越大，技術(shù)在不斷進(jìn)步，生產(chǎn)效率在不斷提高，必定有其存在的合理性。比如說，性價(jià)比高就是鉛酸蓄電池最大的優(yōu)點(diǎn)，如果用一個(gè)鋰電池的成本是鉛酸電池的好幾倍，那么從經(jīng)濟(jì)的角度講應(yīng)選擇哪一個(gè)顯而易見。再加上鉛酸電池

109、的技術(shù)本身也在不斷發(fā)展，也有自身的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍，根據(jù)電池本身的不同特點(diǎn)，都有各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域及施展空間。所以，鉛酸蓄電池在短期內(nèi)是絕對不可能被替代的。</p><p>　　現(xiàn)在影響鉛酸蓄電池的瓶頸主要在于充電技術(shù)，未來的蓄電池的充電技術(shù)將向著更復(fù)雜的快速充電技術(shù)買進(jìn)，我相信在不久的將來，新一代的蓄電池充電技術(shù)將會(huì)誕生。</p><p><b>　　致 謝</b>

110、</p><p>　　本論文的研究工作是在我的指導(dǎo)老師xx老師的認(rèn)真指導(dǎo)下完成的。在畢業(yè)設(shè)計(jì)研究過程中出現(xiàn)了很多問題，xx老師每次都是很仔細(xì)的跟我講述跟我一起解決這些問題，更重要的是通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，xx老師讓我學(xué)會(huì)了如何利用各種資源，教會(huì)了我學(xué)習(xí)方法，使我少走了很多彎路，讓我終身受益。在這里再次對蘭勇老師無微不至的照顧表示感謝。</p><p>　　幾個(gè)月以來，xx老師悉心指導(dǎo)并幫助我們

111、完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)工作，同時(shí)也幫助我找其他相關(guān)學(xué)科老師咨詢，如袁博強(qiáng)老師等，在學(xué)習(xí)上上給予了我很大的關(guān)心和幫助，在此一并向老師們表示衷心的感謝。</p><p>　　在撰寫論文期間，因模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)等課程基礎(chǔ)不夠扎實(shí)，所以在電路圖分析中遇到了很多困難，由于有時(shí)不能及時(shí)聯(lián)系到老師，所以會(huì)出現(xiàn)不少耽擱，這時(shí)候很多同學(xué)在我編寫論文中給予了熱情幫助，同時(shí)，宿舍里濃厚的學(xué)習(xí)氣氛使我充實(shí)而快樂的度過了每一天，再次向他們表示誠摯