牵引用铅酸电池快速充电系统

论文摘要

本课题研究的对象为矿用特殊型铅酸蓄电池的充电方法,这种电池在煤矿中主要用于电力牵引车辆和其他物料搬运设备。由于铅酸电池的用量巨大,其消耗已构成煤矿成本的一个不可忽视的组成部分。因此延长铅酸电池寿命,缩短二次充电的时间,减少其损耗,对于降低煤炭成本,提高煤矿的经济效益会起到很重要的作用。煤矿现常用的充电方法多为恒流、恒压限流等常规方法。这些充电方法未遵从电池内部的物理化学规律,大多存在着不同程度的过充电和析气现象,导致铅酸电池使用寿命降低和整个充电过程低效率。针对这种状况,笔者研究了铅酸电池的储能机理及影响充电的各种极化因素,结合马斯最佳充电曲线,发现电池最大可接受电流取决于当时极板上的活性物质的多少及其周围反应环境,但是通过在整个充电过程中适时增加反向脉冲放电,可以增大蓄电池的最大可接受电流,并且可以抑制极化现象和蓄电池后期的温升。为将理论应用于实际,笔者深入研究了铅酸电池充电过程中,电池端电压和已充入容量之间的关系。并依据此关系结合蓄电池端电压变化和温升变化决定是否进反向放电去极化,最大限度的提高蓄电池的电流可接受率。本设计采用ARM作为整个系统的控制核心,两单元的IGBT模块为功率开关管组成Buck-Boost电路,另外还包括驱动电路,电压/电流采样电路,温度检测电路,LCD显示单元及各种保护电路等。能实现快速充电、恒流充电,并且实时显示充电电压、电流和蓄电池已充入容量,上报数据等。试验数据证明,本设计可以大大缩短充电时间,并对充电后期温升有较好的抑制温升作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的意义和目的
• 1.2 铅酸电池的简介
• 1.3 矿用铅酸电池充电技术的发展状况及现状
• 1.4 本设计完成的主要任务
• 2 牵引用铅酸蓄电池的储能机理及影响因素
• 2.1 铅酸蓄电池的储能机理
• 2.1.1 铅酸蓄电池的电池组
• 2.1.2 铅酸电池的电化学原理
• 2.1.3 牵引用铅酸电池的参数
• 2.2 影响铅酸电池快速充电的因素
• 2.2.1 铅酸电池固有特性的影响
• 2.2.2 铅酸电池生产工艺的制约
• 2.3 消除不利快速充电因素的措施
• 3 铅酸蓄电池充电方法的比较研究
• 3.1 常规充电方式
• 3.1.1 恒流充电
• 3.1.2 恒压充电
• 3.1.3 均衡充电
• 3.1.4 浮充充电
• 3.1.5 恒压限流充电
• 3.2 快速充电方式
• 3.2.1 快速充电技术的理论基础
• 3.2.2 快速充电技术的电化学依据
• 3.3 快速无损充电策略的确定
• 4 快速充电系统的硬件及软件设计
• 4.1 主电路设计
• 4.1.1 功率器件及驱动电路的选型
• 4.1.2 功率器件的保护电路设计
• 4.1.3 平波电感的选型计算分析
• 4.1.4 电容的选型计算分析
• 4.2 控制电路设计
• 4.2.1 LPC2119简介
• 4.2.2 LPC2119与IGBT驱动板SKYPER 32的接口电路
• 4.2.3 键盘显示电路
• 4.2.4 电压检测电路
• 4.2.5 电流检测电路
• 4.2.6 温度检测电路
• 4.2.7 电源电路
• 4.2.8 通讯电路
• 4.3 软件设计
• 4.3.1 操作系统的移植
• 4.3.2 各任务程序设计
• 5 主电路仿真及充电效果分析
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果