动力电池充电器设计PLC控制毕业作品Word格式.docx
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指导教师职称
完成日期年月
摘 要
摘要:
现代生活离不开动力电池充电器,它运用广泛,小可以到电动汽车,大到可以运用到潜艇,鱼雷。
自铅酸电池问世以来,由于各种技术条件的限制,所采用的充电方法均未能遵从电池内部的物理化学规律,使整个充电过程存在着严重的过充电和析气等现象。
本文主要介绍了铅酸动力电池发展历史;
铅酸电池充放电基本原理,充放电过程中正负极所发生的化学变化,以及如何利用马斯的三大定律进行快速充电给实际生活上带来特殊作用;
为了满足电池充电器充电条件,本文设计了变压电路、整流电路、滤波电路。
为了实现模数之间的转换,本文设计了逐次逼近型模数转换器。
文章中利用了三菱的FX系列的FX2N型的PLC,并且通过编制PLC程序,来控制时间定时器,计数器,辅助继电器、指示灯,在PLC上实现铅酸电池充电器充电功能。
关键词:
铅酸电池;
充电器设计;
动力电池;
PLC。
Powerbatterychargerdesign(PLC)
ABSTRACT:
Modernlifecannotgoonwithoutthebatterycharger,thebatteryisusedwidelyinmovecarsandthesubmarine.Asthelead—acidbatterybeingpublished,asaresultofeachkindofengineeringfactorlimit,hasusedthechargemethodhasnotbeenabletocomplywiththebatteryinternalphysicalchemistryrule,makestheentirecharging–uptohavetheserioussurchargeandtoanalyzewasmadandsoonthephenomena,thechargeefficiencyislow.Theelectriccaralsodiffersfromwiththepoweraccumulatorcellandthecommonaccumulatorcell,Itdischargescontinuallybythelongtimemediumelectriccurrentprimarily,onceinwhilebythebigelectriccurrentelectricdischarge,usesinstarting,theaccelerationorthehillclimbing.
Thispapermainlyintroducethedevelopmenthistoryoflead-acidpowerbattery;
lead-acidbatterycharginganddischargingbasicprinciple,whatchemicalchangehappenedinpositiveandnegativewhencharginganddischarging.Andhowtousethebiglawforfastchargingtobringspecialfunctioninactuallife.Inordertomeettheconditionofbatterychargerthispaperdesignsthechargingvariablevoltagecircuit,rectifiercircuitandfiltercircuit.ArticleusingMitsubishiFXseriesFX2NtypeofPLC,andthroughmakingthePLCprogramtocontrolthetimetimer,counter,auxiliaryrelays,lights,inPLCtorealizefunctionsofthelead—acidbatterycharger.
KEYWORDS:
lead—acidbatteries;
designofthecharging;
PLC。
目 录
1绪论
1.1铅酸动力电池充电器的发展历史
铅酸动力电池最早是由盖斯腾.普朗特(GastonPlante)于1859年发明的,至今已有150余年的历史。
今天,铅酸电池在世界范围内的产值方面,仍居各种化学电源与物理电源的首位。
由于产品不断更新换代和日臻完善,其应用已不再局限于传统的领域——车辆、驳船和飞机的发动机的启动,电动车辆的动力能源和通信等设施的电源应急备用电源。
在这期间虽然有不断地新体系涌现,诸如铁-镍蓄电池等,但由于铅酸电池具有价格低廉,放电性能良好,利用率高等特点,至今在产量上任然是占领导地位。
到20世纪初,铅酸动力电池经历了很多重大的改进,提高了循环寿命、高倍率放电,能量密度等性能。
然而,开口式铅酸动力电池主要有2个缺点:
一是电池充电末期水会分解位氢氧气体析出,需常加酸加水,维护工作繁忙。
二是气体溢出常常携带酸雾,这会腐蚀周围设备,并污染环境,限制铅酸动力电池的使用。
近二十年来,为了解决以上的而个问题,世界各国开发密封式铅酸动力电池,希望实现铅酸动力电池的密封,获得干净的绿色能源。
从20世纪70年代起,各国都大力发展免维护于密封铅酸蓄电池,只有控制副发硬特别是充电后期析出气体的副反应,这种蓄电池才会在实际上成为可能,采用的锑和无锑的Pb-Ca合金板栅,大大提高了氧在正极、氢在负极的析出过电位,使铅酸动力电池在后期恒压充电时的电流大为降低。
恒流充电时,提高了后期的充电电压。
铅酸电池至今也未做到完全密封,但可以做到阀密封即当铅酸动力电池在规定的设计压强范围内工作时保证保持密封状态,但当内部压强超过预定的设定值时,允许气体通过一个可恢复或不可恢复的压力释放张纸来实现密封。
1991年,针对以前的问题,电池专家和生产厂家的技术人员纷纷发表文章提出对策和看法,其中DrDaridFeder提出用测电导的方法对VRLA电池进行监测I.c.Bearinger从技术方面评述VRLA电池的先进性。
1992年.世界上VRLA电池用量在欧洲和美洲都大幅度增加,在亚洲国家电信部门提倡全部采用VRLA电池;
1996年VRL电池基本取代传统的富液电池,VRLA已经得到了广大用户的认可。
1.2研究铅酸动力电池充电器的背景及其意义
随着能源和环保问题的日益突出,电动汽车以其零排放,低噪声等优点越来越得到人们的重视,具有很大的发展空间,但电动汽车的发展还有很多问题需要解决,铅酸电池及其充电技术就是其中的关键。
铅酸电池广泛运用于铁路系统,不论是内燃机车、电力机车或是铁路客车,他都是必要的设备能源,近年来迅速发展的电动汽车和电动助力车即电动自行车,铅酸电池都是重要的候选电源,几乎是电动自行车唯一的实用电源。
如何设计一种使用方便,充电速度快,运行高效的充电装置已是人们迫切关注的东西,以动力蓄电池为能源的电动汽车被认为是21世纪的绿色交通工具。
目前电动汽车用动力铅酸蓄电池及与之配套的充电器的发展还不能满足电动汽车的要求,在理论和技术研究上还有待提高。
铅酸动力电池由于受到技术条件的限制,其充电主要采用恒压、恒流等常规充电模式,这些方法的充电电流未能有效的满足马斯提出的可接受充电电流曲线,因而有的充电方法时间效率低、充电不完全,有的这存在过充电和析气等现象,并导致充电过程的低效,耗时和易损。
因此对既能提高能量利用效率,加快充电速度又不影响铅酸动力电池的使用寿命的新型充电技术的研究具有实际的意义。
1.3目前铅酸动力电池充电器的设计任务及要求
目前,为了使电动车辆使用铅酸动力电池达到商品化,但铅酸电池的能量,功率与循环寿命指标之间是相互冲突的。
提高铅酸动力电池的比能量和比功率的方法有:
提高活性物质的利用率,使用活性物质与板栅的毕率增高,改进极板和单电池之间的连接,提高铅酸动力电池的放电深度。
然而这些方法会导致不良的后果,诸如活性物质的脱落,骨芯腐蚀,这将降低铅酸动力电池的寿命。
本设计充电器为铅酸动力电池充电器,铅酸动力电池充电器容量为280AH,充电电压为直流24V,最大电流为50A,输入电压为交流电压220V,整个充电时间为10个小时,并且动力电池充电器充电过程用PLC完成。
2铅酸动力电池原理
2.1铅酸电池电极反应式
铅酸电池内的阳极(PbO2)及阴极(Pb)浸到电解液(稀硫酸)中,两极间会产生2V的电力,这是根据铅酸动力电池原理。
经由充放电,则阴阳极、电解液会发生如下的化学变化。
充电过程中:
2PbSO4+2H2O==PbO2+Pb+2H2SO4
其中阴阳极均为硫酸铅,电解液为水,充电后生成过氧化铅、铅以及硫酸。
放电过程中:
PbO2+Pb+2H2SO4==2PbSO4+2H2O
其中阳极为过氧化铅,铅酸电池电解液为硫酸,阴极为海绵状铅,放电后生成硫酸铅和水。
2.1.1放电中的化学变化
铅酸电池连接外部电路放电时,稀硫酸即会与阴阳极板上的活性物质产生反应,生成新化合物:
硫酸铅,经由放电硫酸成分从电解液中释出,放电越久,硫酸浓度越稀,所以消耗之成分与放电量成正比,只要测出电解液中的硫酸浓度,即测其比重,即可得知放电量或残余电量。
负极:
Pb+SO42-–2e-==PbSO4`
正极:
PbO2+4H++SO42-+2e-==PbSO4+2H2O
放电:
2.1.2充电中的化学变化
由于放电是在阳极板,阴极板上所产生的硫酸铅会在充电是被分解还原成硫酸,铅,和过氧化铅,因此电池内电解液的浓度逐渐增加,即电解液之比重上升,并逐渐恢复到放电前的浓度,这种变化显示出铅酸动力电池中的活性物质已还原到可以再度供电的状态,当两极的硫酸铅被还原成原来的活性物质时,即等于充电结束,而阴极板产生氢,阳极板则产生氧,充电到最后阶段是,电流几乎都在用水的电解,因而电解液会减少,此时应以纯水补充之。
阳极:
2PbSO4+2H2O–2e-==PbO2+4H++SO42-
阴极:
PbSO4+2e-==Pb+SO42-
充电:
2.2铅酸动力电池的特点
铅酸动力电池是以二氧化铅和海绵状金属铅分别为正负极活性物质,硫酸溶液为电解质的一种蓄电池,从世界范围来看,铅酸电池产量常年居世界各种化学电源和物理电源的首位,这是和铅酸电池本身的优点和特点是紧密联系在一起的。
首先,铅酸动力电池正负极的电极电位之差较大,铅酸动力电池的电动势较高。
正极标准电极电位为1.685V,负极标准电极电位为—0.126V,如果再考虑电解质的活度,正负极组成的电池电动势完全可以超过2V,除了锂电池以外,比绝大多数电池的电动势都高。
铅酸动力电池的另一个特点是充放电时,无论是电化学极化(活性极化)或者浓差极化引起的过电位数值比较小,正极电位降低,负极电极电位升高都比较少,放电时电池的工作电压略低于电动势。
即铅酸电池可以在较高的工作电压下放电,如果放电电流密度不是特别大,铅酸电池的额定电压很接近实际放电电压。
铅酸动力电池第三个特点是内阻小,铅酸电池的上述三大特点在实际应用上表现出的一大优点就是放电电压较
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