铅酸蓄电池故障在线诊断及修复技术研究

摘要

铅酸蓄电池自1859年发明至今已有一百五十多年的历史。因其价格低廉、使用性可靠，适用于大电流放电及广泛的环境温度等，一直被应用于诸多领域。铅酸蓄电池在使用过程中难免会出现故障，若不能及早的找出故障类型并采取相应修复措施，势必将造成蓄电池工作状况的恶化。本文对铅酸蓄电池故障诊断及硫化修复技术进行了研究，对铅酸蓄电池故障类型的判定，提高蓄电池循环使用寿命都具有重要的现实意义。
　　本文对铅酸蓄电池常见故障类型及其产生机理进行分析，对可实现在线诊断的故障类型制定出切实可行的实施方案;同时针对沈阳军区某汽车大队军用铅酸蓄电池最常见的硫化故障，深入分析了其修复机理，提出了消除硫化的正反脉冲修复方法，有效的提高了电池的使用寿命。
　　为实现铅酸蓄电池故障在线检测、诊断和硫化修复两项主要功能，本文设计研发了一套铅酸蓄电池故障诊断及硫化故障在线修复系统。本系统主要通过单片机来控制多路固态继电器开关，实现各模块电路参数的采集，单片机对采集到的数据进行分析处理，分析蓄电池是否出现故障。当发现电池存在故障时，系统做出相应的故障提示;当判定电池存在硫化故障时，系统会自动转入脉冲修复程序，单片机根据蓄电池的工作状态实时的改变正反脉冲的频率以达到最佳的修复效果。
　　最后，系统通过MAX485串口通讯电路实时的将蓄电池的工作状态参数等信息传输给上位机，主要显示参数包括当前蓄电池的电压、电流、占空比及修复时蓄电池所处的阶段，使操作人员能够及时的了解蓄电池的当前状态;对所设计的故障诊断及硫化修复系统进行系统测试和修复实验，实验结果表明系统能够完成故障在线诊断功能，并且经脉冲修复的硫化电池性能得到很大提高，本系统实现了预设的基本功能并达到了设计要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景

1．2 电池故障诊断与修复技术在国内外的现状

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．3 课题研究的内容及意义

1．3．1 课题研究的内容

1．3．2 课题研究的意义

第2章 铅酸蓄电池工作原理及故障分析

2．1 铅酸蓄电池的概述

2．2 铅酸蓄电池的基本特性

2．2．1 铅酸蓄电池的电动势

2．2．2 铅酸蓄电池的容量

2．2．3 铅酸蓄电池的内阻

2．2．4 铅酸蓄电池的使用寿命

2．3 铅酸蓄电池的结构及工作原理

2．3．1 铅酸蓄电池的结构

2．3．2 铅酸蓄电池的工作原理

2．4 影响蓄电池寿命的因素

2．5 本章小结

第3章 蓄电池故障机理及硫化修复方法研究

3．1 铅酸蓄电池常见故障

3．2 铅酸蓄电池故障机理研究

3．2．1 极板硫化机理分析

3．2．2 极板活性物质软化、脱落分析

3．2．3 短路分析

3．2．4 断路分析

3．2．5 失水分析

3．2．6 自放电分析

3．2．7 热失控分析

3．3 故障在线诊断方案机理研究

3．3．1 极板硫酸盐化诊断机理研究

3．3．2 短路故障诊断机理研究

3．3．3 断路故障诊断机理研究

3．3．4 热失控故障诊断机理研究

3．4 蓄电池在线修复技术研究

3．4．1 蓄电池硫化修复方法研究

3．4．2 脉冲修复法机理分析

3．5 本章小结

第4章 蓄电池故障在线诊断及修复系统软硬件设计

4．1 蓄电池故障在线诊断及修复系统总体结构设计

4．1．1 系统的总体架构

4．1．2 系统的主要功能

4．1．3 系统的工作原理分析

4．2 故障在线诊断及修复系统的硬件电路设计

4．2．1 控制系统主芯片设计开发

4．2．2 微控制器电源电路设计

4．2．3 正反脉冲电路设计

4．2．4 电流、电压信号采集模块

4．2．5 串行通信电路设计

4．3 故障在线诊断及修复系统的软件设计

4．3．1 软件设计遵循原则分析

4．3．2 软件程序的开发

4．3．3 系统总体设计

4．3．4 初始化程序设计

4．3．5 采样和数据处理程序设计

4．3．6 系统故障诊断软件设计

4．3．7 系统在线修复软件设计

4．3．8 温度控制流程设计

4．4 本章小结

第5章 系统测试及硫化修复实验研究

5．1 系统测试及修复实验

5．2 系统总体测试

5．2．1 系统硬件电路测试

5．2．2 系统软件程序测试

5．3 系统故障在线诊断实验

5．3．1 故障在线诊断前蓄电池选择

5．3．2 故障在线诊断功能测试

5．4 蓄电池硫化故障在线修复实验

5．4．1 铅酸蓄电池硫化程度建模

5．4．2 硫化修复实施方案

5．4．3 析气点电压的实验确定

5．4．4 硫化修复技术正脉冲参数优化研究

5．4．5 温度对硫化修复的影响实验

5．4．6 铅酸蓄电池硫化修复实验

5．5 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 主要研究成果与结论

6．2 展望

参考文献

致谢