矿用铅酸蓄电池快速充电装置的研究

摘要

我国是煤炭生产和消费大国，而蓄电池机车是我国煤矿生产中使用比较广泛的牵引运输工具，蓄电池作为机车电源得到广泛应用。如何能快速、安全、高效地对蓄电池充放电就显得尤为重要。目前我国煤矿使用的大多是传统的充电机，体积大、充电时间长、还严重影响蓄电池寿命，与我国提倡的环保、节约型社会不相符。因此，研制矿用铅酸蓄电池快速充电装置具有很好的现实意义。 本文在对蓄电池充电机原理和目前各种充电方法研究的基础上，提出了改进型变电流间歇快速充电方法。在充电初始阶段，施以大电流尽可能在较短的时间内充进更多的电流，当达到限幅电压并在时间限幅之内转入下一阶段充电，逐段递减充电电流。使充电电流总体上逼近蓄电池的可接受充电电流曲线，减弱蓄电池充电极化电压的影响。既能在较短的时间内充进更多的电量，又能很好的保护蓄电池。同时，为了满足我国煤矿充电习惯以及考虑到用户水平，还设计了二阶段充电、手动充电、初充电等模式。 围绕满足充电方法的需求，本文设计了软硬件系统。主回路主要由电网输入-整流-斩波变换-滤波输出，斩波部分采用了2个单元的智能功率模块IPM作为功率开关器件，完成向蓄电池充电和蓄电池去极化放电功能。控制电路以TMS320LF2407作为控制核心，完成了相关电路的设计。通过采集蓄电池的端电压、温度以及充电电流等信息，送入DSP进行分析处理，得到相应的控制信号，控制主电路IPM的通断，实现智能化充电。软件系统采用了模块化设计方法，便于调试，设计了包括主程序、充电方法程序、以及一些相关子程序，控制器的控制算法采用了数字式PID计算。 为了测试该充电机的性能，对12吨蓄电池机车进行了长时间测试，测试结果表明，充电时间比采用传统充电方式所使用的充电时间减少了约50％，充电效率提升至90％左右，蓄电池电解液的温升较常规充电也没有明显升高，实现了高效、快速充电，并且很好的保护了蓄电池。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪 论

1.1 铅酸蓄电池的应用前景

1.2 铅酸蓄电池的工作原理及相关概念

1.2.1 铅酸蓄电池的工作原理

1.2.2 铅酸蓄电池的相关概念

1.3 传统充电方法的介绍

1.3.1 恒流充电

1.3.2 恒压充电

1.3.3 恒压限流充电

1.4 快速充电在本课题提出的意义

1.5 本论文研究的主要内容

2 快速充电技术的研究

2.1 铅酸蓄电池的快速充电原理及理论依据

2.1.1 铅酸蓄电池的快速充电原理

2.1.2 铅酸蓄电池快速充电的理论依据

2.2 蓄电池的几种快速充电方法

2.2.1 多阶段充电法

2.2.2 脉冲式充电法

2.2.3 REFLEX充电法

2.2.4 变电压间歇充电法

2.2.5 变电流间歇充电法

2.3 改进型变电流间歇快速充电法

3 系统硬件电路的设计

3.1 充电机电路工作原理

3.2 输入整流滤波电路设计

3.2.1 输入整流滤波电路

3.2.2 晶闸管驱动隔离电路

3.3 斩波主电路的分析

3.3.1 功率开关器件IPM——PM200DSA120简介

3.3.2 充电斩波电路设计及参数计算

3.3.3 放电斩波电路设计及参数计算

3.4 主控电路的硬件设计

3.4.1 TMS320 LF240xDSP的概述及特点

3.4.2 PWM转换电路

3.4.3 ADC采样电路

3.4.4 人机界面接口电路

3.4.5 I2C总线电路的设计

3.4.6 通讯接口电路

4 系统软件的开发

4.1 开发语言与编译环境

4.2 软件系统主程序的开发

4.2.1 软件开发过程

4.2.2 软件主程序的设计

4.3 充电方法的设计

4.3.1 初充电程序的设计

4.3.2 二阶段充电方法的软件设计

4.3.3 变电流充电法的软件设计

4.4 主要功能模块子程序的设计

4.4.1 充电机工艺控制子程序的设计

4.4.2 数字PID控制子程序的设计

4.4.3 人机交互子程序的设计

4.4.4 中断处理及数字滤波子程序的设计

5 系统测试与实验结果

5.1 实验准备阶段

5.2 变电流充电实验

5.3 实验数据分析

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果