1、蓄電池充放電過程及其充放電控制方法,蓄電池的定義,化學能轉換成電能的裝置叫化學電池，一般簡稱為電池電池放電后，能夠用充電的方式使內部活性物質再生把電能儲存為化學能；需要放電時再次把化學能轉換為電能。將這類電池稱為蓄電池(Storage Battery)，也稱二次電池。 所謂蓄電池(Storage Battery)即是貯存化學能量，于必要時放出電能的一種電氣化學設備。 現在一般用的蓄電池為鉛酸蓄電池。,鉛酸蓄電池的充放電過程,一、蓄電池電動勢的產生 1.鉛酸蓄電池充電后，正極板是二氧化鉛（PbO2），在硫酸溶液中水分子的作用下，少量二氧化鉛與水生成可離解的不穩(wěn)定物質氫氧化鉛（Pb（OH）2），氫

2、氧根離子在溶液中，鉛離子（Pb）留在正極板上，故正極板上缺少電子。 2.鉛酸蓄電池充電后，負極板是鉛（Pb），與電解液中的硫酸（H2SO2）發(fā)生反應，變成鉛離子（Pb+2），鉛離子轉移到電解液中，負極板上留下多余的兩個電子（2e）。 可見，在未接通外電路時（電池開路），由于化學作用，正極板上缺少電子，負極板上多余電子，兩極板間就產生了一定的電位差，這就是電池的電動勢。,鉛酸蓄電池的充電過程,1。充電時，應在外接一直流電源（充電極或整流器），使正、負極板在放電后生成的物質恢復成原來的活性物質，并把外界的電能轉變?yōu)榛瘜W能儲存起來。 2 。在正極板上，在外界電流的作用下，硫酸鉛被離解為二價鉛離子（P

3、b ）和硫酸根負離子(SO42)由于外電源不斷從正極吸取電子，則正極板附近游離的二價鉛離子（Pb ）不斷放出兩個電子來補充，變成四價鉛離子（Pb ），并與水繼續(xù)反應，最終在正極極板上生成二氧化鉛（PbO ）。 3。在負極板上，在外界電流的作用下，硫酸鉛被離解為二價鉛離子（Pb ）和硫酸根負離子（SO42），由于負極不斷從外電源獲得電子，則負極板附近游離的二價鉛離子（Pb ）被中和為鉛（Pb），并以絨狀鉛附在負極板上。 4。電解液中，正極不斷產生游離的氫離子（H ）和硫酸根離子（SO42），負極不斷產生硫酸根離子（SO4 2），在電場的作用下，氫離子向負極移動，硫酸根離子向正極移動，形成電流。

4、5.充電后期，在外電流的作用下，溶液中還會發(fā)生水的電解反應。,6.化學反應式為： 正極活性物質 電解液 負極物質 正極生成物 電解液生成物 負極生成物 PbO2 + H2SO4 + PbSO PbSO4 + 2H2O + PbSO4 氧化鉛 稀硫酸 鉛 硫酸鉛 水 硫酸鉛,鉛酸蓄電池放電過程,1.、鉛酸蓄電池放電時，在蓄電池的電位差作用下，負極板上的電子經負載進入正極板形成電流I ，同時在電池內部進行化學反應。 2、負極板上每個鉛原子放出兩個電子后，生成的鉛離子（Pb+2）與電解液中的硫酸根離子（SO4-2）反應，在極板上生成難溶的硫酸鉛（PbSO4）。 3、正極板的鉛離子（Pb+4）得到來自

5、負極的兩個電子（2e）后，變成二價鉛離子（Pb+2）與電解液中的硫酸根離子（SO4-2）反應，在極板上生成難溶的硫酸鉛（PbSO4）。正極板水解出的氧離子（O2）與電解液中的氫離子（H+）反應，生成穩(wěn)定物質水. 4、電解液中存在的硫酸根離子和氫離子在電力場的作用下分別移向電池的正負極，在電池內部形成電流，整個回路形成，蓄電池向外持續(xù)放電。 5、放電時H2SO4濃度不斷下降，正負極上的硫酸鉛（PbSO2）增加，電池內阻增大（硫酸鉛不導電），電解液濃度下降，電池電動勢降低。 6、化學反應式為： 極活性物質 電解液負極活性物質 正極生成物 電解液生成物 負極生成物 PbO2 + H2SO4 + Pb

6、 PbSO4 + 2H2O + PbSO4 氧化鉛 稀硫酸 鉛 硫酸鉛 水 硫酸鉛,鉛酸蓄電池充放電后電解液的變化： A） 從上面可以看出，鉛蓄電池放電時,電解液中的硫酸不斷減少,水逐漸增多,溶液比重下降. B）從上面可以看出,鉛酸蓄電池充電時,電解液中的硫酸不斷增多,水逐漸減少,溶液比重上升. C） 實際工作中,可以根據電解液比重的變化來判斷鉛酸蓄電池的充電程度。,蓄電池的充電控制原理,蓄電池自動充放電控制器的構成 蓄電池自動充放電控制器的構成如圖所示,由三相全控整流橋電路、觸發(fā)板、計算機控制板、 電流電壓傳感器及濾波電路構成。三相全控整流橋電路由觸發(fā)板控制，為蓄電池組提供數百安培充放電流。

7、觸發(fā)板由計算機控制板控制，為三相全控整流橋電路提供整流或逆變觸發(fā)脈沖。用電流分流器和電壓分壓器測得充放電過程電流和電壓信號，信號濾波后，被計算機控制板周期采樣。以16位單片計算機80C196KB為核心構成的計算機控制板包括鍵盤、顯示電路、微型打印機、12位調節(jié)輸出電路，80C196KB通過內嵌A/D開啟通道采樣輸入信號， 完成分段曲線控制。 三相全控整流橋的輸出電流是帶有紋波的直流，電流和電壓傳感器信號經型濾波器濾波， 其輸出信號作為混合型模糊PID控制器的輸入量，濾波前的信號由計算機采樣用于快速保護。濾波器的時間常數取值為工頻電壓的周期。模糊PID控制器的控制周期取值小于工頻電壓的周期，過大

8、會造成調節(jié)失控。過電流和過電壓的抑制與保護措施是由計算機快速封鎖觸發(fā)脈沖完成的。,由于電網的波動及周邊負荷的變化，在交流電的一個或多個周波內會使充電電流出現躍變。自動充放電控制器的調節(jié)功能是使充電電流或電壓穩(wěn)定。電池在深放電后充電，開始階 段電池的內阻較大，隨著充電電壓的升高，內阻變得非常小，因此使電網中很小的電壓波動也會引起充電電流較大的變化。這就要求充電控制器的調節(jié)速度要快，不然會引起跳閘，甚 至損壞整流電路。在實踐中我們比較了多種控制算法，對鉛酸蓄電池充放電過程的控制，采用混合型模糊PID控制器較為合適，如圖所示。,當誤差時，應用模糊控制器調節(jié)E、EC、U分別是偏差、偏差變化率和控制量的

9、模糊語言變量。系統(tǒng)根據不同的狀態(tài)使用合適的控制規(guī)則。根據現時的精確量e、ec進行模糊化，由模糊控制規(guī)則計算出模糊控制變量U，把計算出的模糊控制變量U精確化，加到控制對象上。偏差和偏差變化率為：,這里，r(n)為nT時刻控制系統(tǒng)的設定值 ，y(n)為nT時刻控制系統(tǒng)的輸出，e(n)為nT時刻控制系統(tǒng)的偏差，ec(n)為nT時刻控制系統(tǒng)的偏差變化率，T為采樣周期。E、EC、U的模糊子集規(guī)定為： E=NB,NM,NS,PS,PM,PB ,EC= NB,NM,NS,PS,PM,PB。 模糊控制器的控制規(guī)則采用條件語句形式， 表達為：if Ei and ECj then Uk。 根據實際調試和經驗總結出模糊控制規(guī)則，共計36條。采用Mamdani推理合成算法，用重心法進行模糊判決