調(diào)研分析報告模板專業(yè)版

調(diào)研匯報(參考指導(dǎo)書，撰寫)1課題起源及意義20世紀(jì)60年代中期，美國科學(xué)家馬斯對蓄電池充電過程中出氣問題作了大量試驗研究工作，提出了以最低出氣率為前提蓄電池可接收充電電流曲線，從圖中能夠看出，在充電過程中，只要充電電流不超出蓄電池可接收電流，蓄電池內(nèi)部就不會產(chǎn)生大量氣泡。而常規(guī)充電通常采取先恒流、后恒壓兩階段充電法，在充電過程早期，充電電流遠遠小于蓄電池可接收充電電流，所以充電時間大大延長；充電過程后期，充電電流又大于蓄電池可接收電流，所以蓄電池內(nèi)產(chǎn)生大量氣泡。不過，假如在整個充電過程中能使實際充電電流一直等于或靠近于蓄電池可接收充電電流，則充電速度就可大大加緊，而且出氣率也可控制在很低范圍內(nèi)。這就是快速充電基礎(chǔ)理論依據(jù)。然而，在充電過程中，蓄電池中產(chǎn)生極化電壓會阻礙其本身充電，而且使出氣率和溫升顯著升高，所以，極化電壓是影響充電速度關(guān)鍵原因。由此可知，要想實現(xiàn)快速充電，必需設(shè)法消除極化電壓對蓄電池充電影響。從極化電壓形成機理能夠推知，極化電壓大小是緊隨充電電流改變而改變。當(dāng)停止充電時，電阻極化消失，濃差極化和電化學(xué)極化亦逐步減弱；而假如為蓄電池提供一條放電通道讓其反向放電，則濃差極化和電化學(xué)極化將快速消失，同時蓄電池內(nèi)溫度也因放電而降低。所以，在蓄電池充電過程中，適時地暫停充電，而且合適地加入放電脈沖，就可快速而有效地消除多種極化電壓，從而提升充電速度?，F(xiàn)在，大家比較認同快速充電方法是脈沖充電、脈沖放電去極化方法。常規(guī)充電方法采取小電流慢充方法，對新鉛酸蓄電池初充電需70h以上，進行一般充電也需10h以上。充電時間太長，不僅會拉長充電監(jiān)測時間、造成電能浪費，還限制了蓄電池循環(huán)利用次數(shù)，并增加維護工作量。另外，對于像電動汽車等要求蓄電池連續(xù)供電場所，使用起來不方便。而采取快速充電方法，能夠縮短蓄電池充電時間，提升充電效率，節(jié)省能源，并愈加好地滿足工業(yè)應(yīng)用需要，含有重大現(xiàn)實意義。常規(guī)充電方法因為時間長對電池造成了影響，縮短了其壽命，電池大全部采取鉛酸蓄電池，這么會造成鉛大量使用，進而影響我們環(huán)境，對人類生存帶來了不利原因，快速充電能夠增加蓄電池壽命，有利于環(huán)境保護。圖1最好充電曲線2蓄電池快速充電在工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用蓄電池作為一個可移動能源已校廣泛地應(yīng)用于國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域。據(jù)調(diào)查，在煤礦井下、負擔(dān)菩迢運輸作業(yè)以蓄電池為動力電機車數(shù)量約占總機車數(shù)量納70％。蓄電池是一個儲能裝置，它儲能過程很慢．一股新蓄電池首次儲能需72h(小時)．正常使用儲能蓄12h(小時)。所以，對于用蓄電池作為動力車輛和其它裝置來說，車輛和相關(guān)裝置使用會因薔電池儲能所需時間而受到限制。所以，提升蓄電池儲能速度含有重大經(jīng)濟意義。蓄電池儲能過程就是充電過程。中國從70年代中期開始，就對蓄電池快速充電技術(shù)進行研究，現(xiàn)在已經(jīng)有為效眾多蓄電池快速充電裝置投入運行，產(chǎn)品巳呈商品化。快速充電技術(shù)是對傳統(tǒng)充電技術(shù)重大變革，它能夠大大提升蓄電池儲能速度。新蓄電池首次充電時間約24h(小時)．正常使用蓄電池復(fù)充電約2—3h(小時)。充電速度可提升4—5倍。任何快速充電最終目標(biāo)是安全和快速，即在確保蓄電池使用循環(huán)次數(shù)必需前提之下，盡可能地縮短充電時間?？焖俪潆娭院猩Γ且驗閭鹘y(tǒng)充電技術(shù)既不安全又不快速。3蓄電池快速充電原理蓄電池按其組成電解質(zhì)物質(zhì)不一樣分為酸性蓄電池和堿性蓄電池兩大類。酸性蓄電池占絕大多數(shù)。以酸性蓄電池為敘述對象，其原理一樣適適用于堿性蓄電池。鉛酸蓄電池是一個原電池，是借助化學(xué)反應(yīng)而直接產(chǎn)生電流一個裝置。從能量改變角度看，原電池過程無非是實現(xiàn)了化學(xué)能到電能之間轉(zhuǎn)變。鉛酸蓄電池由正、負極板，電解液和電解槽組成。正極板活性物質(zhì)是二氧化鉛(Pb02)，負極板活性物質(zhì)是灰色海綿狀酌金屬鉛(Pb)，電解液是濃度為27％—37％硫酸水溶液。蓄電池充電過程是在外加電場作用之下，電流輸送是經(jīng)過正負離子各向兩極遷移，并在電極溶液界面處發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來實現(xiàn)。這個過程就是電解。電解進行時，在充電電流作用下，水分子(H2O)被電解為氫離子(H+)和氫氧離子(OH-)。H+在外電場作用下向負極板遷移，OH-向正極板遷移,同時正負極板上硫酸鉛亦發(fā)生離解:PbSO4—Pb2+十SO42-正極板上Pb2+在外電場作用下釋放出電子而形成Pb4+。Pb4+和正極板時近OH-發(fā)生反應(yīng)而生成Pb(0H)4。Pb(OH)4。被分解：Pb(OH)4——PbO2十2H2O生成PbO2依附于正極板上。同時，負極板上Pb2+和正極板在外加電場作用下輸送來電子結(jié)合而還原成Pb，電解質(zhì)溶液中H+和SO42-結(jié)合，生成H2SO4。從上述分析可知，充電過程總化學(xué)反應(yīng)為：PbSO4十2H2O十PbSO4—Pb02十2H2SO4十Pb從上式可知，伴隨充電進行，正極板上PbSO4逐步變成PbO2；負極板上PbSO4逐步變成Pb。同時，電解質(zhì)溶液中硫酸分子逐步增加、水分子逐步減小，所以電解質(zhì)溶液比重在增加、蓄電池端電壓也隨之增加。4蓄電池快速充電過程(1)預(yù)充電對長久不用電池、新電池或在充電早期已處于深度放電狀態(tài)蓄電池充電時，一開始就采取快速充電會影響電池壽命。為了避免這一問題要先對蓄電池實施穩(wěn)定小電流充電，使電池電壓上升，當(dāng)電池電壓上升到能接收大電流充電閾值時再進行大電流快速充電。(2)脈沖快速充電在快速充電過程中，采取分級定電流脈沖快速充電法，將充電電流分成三級，開始充電時采取大電流，伴隨電池容量增加，電壓逐步升高，電流等級開始降低，使充電電流脈沖幅度和寬度隨蓄電池端電壓升高而分級減小。采取這種方法能夠消除充電靠近充滿時易出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象及過充電問題。在脈沖快速充電過程中，電池電壓上升較快，當(dāng)電壓上升至補足充電電壓閾值時，轉(zhuǎn)入補足充電階段。(3)補足充電快速充電終止后，電池并不一定充足電，為了確保電池充入100％電量，對電池還要進行補足充電。此階段充電采取恒壓充電，可使電池容量快速恢復(fù)。此時充電電流逐步減小，當(dāng)電流下降至某一閾值時，轉(zhuǎn)入浮充階段。(4)浮充電此階段關(guān)鍵用來補充蓄電池自放電所消耗能量，只要電池接在充電器上而且充電器接通電源，充電器就會給電池不停補充電荷，這么可使電池總處于充足電狀態(tài)。此時也標(biāo)志著充電過程已結(jié)束。5蓄電池快速充電系統(tǒng)設(shè)計5.1蓄電池快速充電裝置控制電路現(xiàn)在蓄電池快速充電以取得很大進步，好多企業(yè)進行應(yīng)用，我們能夠從現(xiàn)有條件下來了解蓄電池快速充電系統(tǒng)設(shè)計，下面以ST72系列單片機為例來說明現(xiàn)在蓄電池快速充電裝置和相關(guān)工作原理和過程。它是由法國ST微電子企業(yè)最新生產(chǎn)簡單、靈活、低價格8位單片機,采取了獨特制造工藝和技術(shù),大大提升了抗干擾能力。它專為嵌入式控制應(yīng)用設(shè)計,尤其適適用于抗噪聲干擾高、整體性價比高控制系統(tǒng)。它含有以下關(guān)鍵性能：(1)工作電源電壓有很寬適應(yīng)范圍,從2.4V～5.5V;功耗較低,內(nèi)部數(shù)字看門狗。圖2智能充電系統(tǒng)原理圖(2)豐富I/O功效,內(nèi)部帶有3個定時器/計時器,有還多達16個通道10位A/D轉(zhuǎn)換器,兩路脈寬調(diào)制,多個通信接口,多達12級中止源。(3)多個內(nèi)部程序存放器,除有廉價OTP（OneTimeProgramming）一次性編程寫入，還有很方便FLASH程序存放器,能夠在線編程,易于修改程序代碼。存放器容量從1.5KB～60KB不等,能夠滿足多種編程需要。依據(jù)系統(tǒng)功效需要,選擇ST72系列ST72264G1單片機作控制芯片。該芯片含有4KBFLASH內(nèi)部存放器,2路PWM輸出,最大時鐘頻率8MHZ,有20個I/O引腳,6個復(fù)用10位A/D轉(zhuǎn)換器,有SPI、SCI、I2C三種通信接口?？刂苹芈凡扇T72264G1加上液晶顯示和鍵盤接口等;它利用單片機本身A/D端口,組成電壓、電流、溫度檢測電路。5.2蓄電池快速充電硬件和軟件設(shè)計AT89S52是ATMEL企業(yè)研制通用單片機。它在AT89S51單片機基礎(chǔ)上為P1口定義了第二功效，有六個外部中止、三個定時／計數(shù)器，和四個全雙工串行通信口，同時在指令上和AT89S51兼容，對監(jiān)控系統(tǒng)較為適用。(1)基于AT89S52監(jiān)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計：根據(jù)上述系統(tǒng)設(shè)計要求，設(shè)計了圖1所表示監(jiān)控系統(tǒng)。圖3AT89S52監(jiān)控系統(tǒng)框圖①微處理器：AT89S52很適適用于控制，她關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和特點在前面已經(jīng)介紹過了，為了滿足外圍接口電路需要，通常全部要在輸出口處接鎖存驅(qū)動電路，這里我們采取是SN74HC573。②壓頻變換裝置：將模擬電壓量轉(zhuǎn)化成頻率值，這是一個A/D轉(zhuǎn)化方法，將輸出電壓U0采樣經(jīng)過壓頻變換裝置傳給單片機，壓頻轉(zhuǎn)化裝置我們用是NationalSemiconductorLM331。③輸出控制電路：單片機輸出控制信號經(jīng)過電阻解碼網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化成模擬電壓值，控制電壓和電流比較器基準(zhǔn)值，實現(xiàn)對外圍功率電路控制。④上電復(fù)位電路：為了預(yù)防單片機程序飛跑，出現(xiàn)死鎖，我們采取MAXIM企業(yè)MAX813L系統(tǒng)監(jiān)控集成芯片來實現(xiàn)對單片機監(jiān)控，該芯片含有看門狗電路、門限值檢測器、手動復(fù)位等功效。⑤輸入控制和數(shù)碼顯示電路：包含按鍵和顯示部分。經(jīng)過簡單按鍵選擇，實現(xiàn)運行方法選擇、復(fù)位及故障顯示。顯示部分采取SN74HC573驅(qū)動兩個8位七段LED顯示；同時經(jīng)過發(fā)光二極管和蜂鳴器提醒運行狀態(tài)。⑥護告警電路：經(jīng)過硬件電路實現(xiàn)保護，給單片機中止管腳發(fā)出脈沖信號，引發(fā)中止程序?qū)崿F(xiàn)保護，并引發(fā)蜂鳴器告警。(2)下面介紹本系統(tǒng)中部分關(guān)鍵性電路①恒壓恒流模塊恒壓恒流電路是整個智能充電器關(guān)鍵部分，電路結(jié)構(gòu)見圖2。恒流恒壓電路由SR12單片機片內(nèi)模擬電路模塊和片外MOSFET開關(guān)管、肖特基二極管、濾波電感、濾波電容等器件組成。模擬電路模塊是SR12特有部件，圖3為它結(jié)構(gòu)框圖。它由輸入多路開關(guān)、兩組溫度傳感器Rsense0.01Ω可程控放大器、片內(nèi)溫度傳感器、電流檢測電路等組成?？沙炭胤糯笃骺偡糯蟊稊?shù)為1～256。放大器輸入可選擇為兩路模擬輸入腳（ATD0、ATD1）、片內(nèi)溫度傳感器、模擬地輸入（VSSAM）。ATD0和VSSAM間可接一個電流檢測電阻，用于測量外部電流，它還連接至電流檢測電路，可在電流超出指定值時產(chǎn)生中止并輸出信號。圖4恒壓恒流電路②放電模塊快速充電硬件電路圖以下所表示：圖5放電器部分電路快速充電原理是經(jīng)過電池兩端不停充放電來提升充電效率，從而降低了充電時間。放電器部分利用電壓比較器，在5腳設(shè)置電壓基準(zhǔn)，6腳經(jīng)過一個二極管和電阻同單片機相連，單片機接收外部控制指令，經(jīng)過計數(shù)器控制TDIS端電平高低；比較器輸出應(yīng)用兩個三極管級聯(lián)，改善了靜態(tài)工作點?？焖俪潆姇r，AT89S52單片機必需不停檢測以下幾項關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)：電路是否出現(xiàn)斷路、電池是否出現(xiàn)不均衡現(xiàn)象、電池是否達成要求安全電壓、電池是否溫度過高、電池是否滿足-△V或△T/△t條件。③壓頻變換模塊圖6壓頻變換器壓頻變換器本質(zhì)上是A/D變換器，上圖是由LM331N組成壓頻變換電路，它將輸出電壓信號轉(zhuǎn)變成頻率，接入單片機計數(shù)器接口，經(jīng)過計數(shù)器計數(shù)計算出輸出電壓大小。④系統(tǒng)軟件設(shè)計：圖7軟件步驟圖主程序步驟圖圖7所表示。系統(tǒng)上電復(fù)位后，首先對單片機、外圍芯片及控制狀態(tài)進行初始化；然后設(shè)置輸出控制口電壓閥值，經(jīng)過讀取輸出電壓值來判定系統(tǒng)是否正常，若正常則進入功效設(shè)置模塊，不然轉(zhuǎn)故障處理；進入功效控制模塊后，用戶能夠經(jīng)過按鍵設(shè)置系統(tǒng)工作狀態(tài)，是供電模式還是充電模式。然后按下確定按鈕，系統(tǒng)進入對應(yīng)工作模式。若是供電模式，單片機將實時監(jiān)測各關(guān)鍵參量若發(fā)覺故障或過流過壓則轉(zhuǎn)故障處理模塊，沒有話繼續(xù)監(jiān)測。若是充電模式，插入電池后系統(tǒng)將監(jiān)測是否反接，是則提出告警，不然將進入充電狀態(tài)，在此過程中故障檢測過程和供電模式相同，但充電模塊中有充電中止算法和定時算法，全部是判定電池是否充滿算法。從以上分析我們知道了蓄電池快速充電系統(tǒng)工作過程，這對我設(shè)計該系統(tǒng)會有很大幫助。6研究內(nèi)容和進度安排該題目是相關(guān)蓄電池快速充電設(shè)計，在當(dāng)今時代工業(yè)快速發(fā)展需要蓄電池本身性能提升，快速充電就是一個很高要求，蓄電池快速充電裝置包含以下多個方面：從快速充電器原理和對充電機要求，設(shè)計充電池充放電電路，經(jīng)過硬件設(shè)計、軟件設(shè)計來設(shè)計檢測步驟及報警系統(tǒng)，最終設(shè)計出一個快速充電系統(tǒng)。進度安排以下：第1～3周：查閱資料，完成調(diào)研匯報并翻譯相關(guān)外文資料。第4～11周：依據(jù)已知課題對蓄電池快速充電進行具體設(shè)計。包含工作原理；確定硬件和軟件設(shè)計，繪畫相關(guān)電路圖。第12～13周：整理和打印論文。第14周：準(zhǔn)備答辯內(nèi)容、預(yù)答辯；畢業(yè)設(shè)計答辯7參考文件：[1]李剛編.ADuC8XX系列單片機原理和應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，[2]沈紅衛(wèi)編.單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計實例和分析[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，[3]潘新明,王燕芳編著.微型計算機控制技術(shù)[M].北京:人民郵電出版社,1999[4]王兆安，黃俊編.電力電子技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，.[5]徐寧，杜少武編.電動車用智能型快速充電器研制[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）.,24(1).[6]徐愛鈞編.智能化測量控制儀表原理和設(shè)計[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1995[7