新型节能充电机的分析与设计-analysis and design of new energy-saving charger.docx

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新型节能充电机的分析与设计-analysis and design of new energy-saving charger

1绪论1.1课题背景、意义1859年,普兰特发明了蓄电池,迄今为止,蓄电池技术已经经过了一百多年的发展。自从铅酸蓄电池被研制出来以后,在电源界一直占据着主导地位。由于生产铅酸蓄电池的成本低,其生产原料十分常见,并且在使用上有很好的可靠性,因此铅酸蓄电池能够适用于许多不同的场合[1]。在这一百多年的时间中,铅酸蓄电池的生产技术得到了长足的发展。其能量密度,使用年限,高倍率放电等性能都得到了提高。自从铅钙合金发明以来,国际上许多电池公司开始大规模的研发密封铅酸蓄电池。美国在1969年的登月计划中,选择镍镉电池和密封阀控铅酸蓄电池作为月球车的动力电源,虽然镍镉电池最终被采样,但密封铅酸蓄电池借此契机,其生产技术又得到了进一步的发展[2]。到今天,铅酸蓄电池由于其安全密封,没有自由酸,维护简单以及寿命长,质量稳定,可靠性高等特点,已经在各行各业中广泛应用开来。铅酸蓄电池既可以用来做备用电源,如使用在电信,太阳能,电子开关系统,通讯设备,紧急设备中等,也可以用来做主电源,如使用在电力控制机车(自动清洁车,清洁机器人,电动车等),机械工具启动器(剪草机,电动雪橇等),以及工业设备中等。随着铅酸蓄电池的广泛使用,国内也有越来越多的厂商开始生产铅酸蓄电池,目前为止,国内的铅酸蓄电池厂商主要集中在沿海,广东浙江一带。铅酸蓄电池根据化成方式,主要分为外化成电池和内化成电池。外化成电池的工作原理是:首先将生极板放入化成槽中进行充放电使其变成熟极板,再把进行过充放电过的熟极板洗涤干燥成为干电荷的极板,然后将极板装入电池槽中,最后再加入电解质经补充电就形成了外化成电池。而内化成电池与外化成电池工艺不同的地方是:内化成法直接将生极板装入已灌入电解质的电池槽中,然后对其充电而形成可使用的铅酸蓄电池[3]。外化成电池与内化成电池的优缺点如表1-1所示:表1-1外化成电池和内化成电池的优缺点外化成电池内化成电池优点极板克进行筛选,电池一致性较好,可靠性较高工艺简单,环境污染小缺点工艺复杂,设备投入大,成本高,污染严重电池一致性较难控制现今国内的电池生产厂商基本都是使用外化成技术生产铅酸蓄电池,主要是由于其生产出来的电池一致性较好,可靠性较高,且技术成熟,但外化成生产电池,充电电流小,时间长,其化成槽不仅制造成本高,而且排出来的生产废水严重污染环境,尤其是在生产过程中,会有大量重金属污染,容易造成铅污染中毒,严重情况下甚至出现酸雨腐蚀厂区的现象。随着国家十二五规划的出台以及社会上人们对环保问题越来越重视,加上必威体育精装版的环保税的征收,外化成工艺的生存空间越来越受到严重的考验,因此,基于内化成技术生产电池方案的研究越来越多,但由于起步晚,没有一套成熟的合理的充电方案,并且在充电时,由于没有水槽给电池进行降温,电池会存在温升过高的问题[4]。许多基于内化成技术生产蓄电池不成功的原因主要是因为没有能够在充电过程中控制住蓄电池的温升而导致蓄电池性能的下降或损坏,以及充电效率不高,充电时间长,其效果反而不如外化成技术。基于这些原因,迄今为止,国内基本上还没有使用内化成技术生产铅酸蓄电池厂商。因此,研究与设计一款基于内化成技术的铅酸蓄电池,可以进行快速高效充电并节能环保的充电机是十分有必要和有意义的。1.2铅酸蓄电池的成流反应铅酸蓄电池的主要组成成分如图1-1所示,分别是二氧化铅(铅酸蓄电池的正极板),海绵状铅(铅酸蓄电池的负极板)和硫酸(铅酸蓄电池中的电解液)。铅酸蓄电池在放电时,正极板的二氧化铅和负极板的铅电解液中的硫酸与正极板的二氧化铅和负极板的铅分别反应生成硫酸铅,铅酸蓄电池在充电状态时,通过氧化还原反应,在正极板和负极板上,硫酸铅被分别还原成二氧化铅和铅。铅酸蓄电池在充放电过程中,由于化学反应的发生,在蓄电池内产生正负离子并形成电流,这个过程称之为成流反应[5]。电流I-+电解Pb液硫PbSO4酸PbO2PbSO4负极板隔板正极板图1-1铅酸蓄电池化学构成充电时负极的反应式如式1.1所示::??Pb??HSO4??PbSO4??2e??H;(1.1)充电时正极的反应式如式1.2所示:PbO2??3H????HSO??2e??PbSO4??2H2O(1.2)4电池的总反应式如式1.3所示:PbO2??Pb??2H2SO4??2PbSO4??2H2O(1.3)1.3基于内化成技术的铅酸蓄电池充电要求与难点1.3.1充电要求现阶段,铅酸蓄电池的使用寿命不高,性能不好,主要原因是蓄电池化成时使用了不正确及不规范的充电技术,对铅酸蓄电池进行化成充电,有以下两个方面的要求:(1)蓄电池容量应当保证充满未化成的铅酸蓄电池如果在进行第一次充电化成时电量没有能够充满,那么在以后的使用过程以及再充电过程中,蓄电池的电量都不易被充满并且影响蓄电池的使用时间。因此,第一次充电的铅酸蓄电池的电量

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