调研分析报告模板专业版

调研汇报(参考指导书，撰写)1课题起源及意义20世纪60年代中期，美国科学家马斯对蓄电池充电过程中出气问题作了大量试验研究工作，提出了以最低出气率为前提蓄电池可接收充电电流曲线，从图中能够看出，在充电过程中，只要充电电流不超出蓄电池可接收电流，蓄电池内部就不会产生大量气泡。而常规充电通常采取先恒流、后恒压两阶段充电法，在充电过程早期，充电电流远远小于蓄电池可接收充电电流，所以充电时间大大延长；充电过程后期，充电电流又大于蓄电池可接收电流，所以蓄电池内产生大量气泡。不过，假如在整个充电过程中能使实际充电电流一直等于或靠近于蓄电池可接收充电电流，则充电速度就可大大加紧，而且出气率也可控制在很低范围内。这就是快速充电基础理论依据。然而，在充电过程中，蓄电池中产生极化电压会阻碍其本身充电，而且使出气率和温升显著升高，所以，极化电压是影响充电速度关键原因。由此可知，要想实现快速充电，必需设法消除极化电压对蓄电池充电影响。从极化电压形成机理能够推知，极化电压大小是紧随充电电流改变而改变。当停止充电时，电阻极化消失，浓差极化和电化学极化亦逐步减弱；而假如为蓄电池提供一条放电通道让其反向放电，则浓差极化和电化学极化将快速消失，同时蓄电池内温度也因放电而降低。所以，在蓄电池充电过程中，适时地暂停充电，而且合适地加入放电脉冲，就可快速而有效地消除多种极化电压，从而提升充电速度。现在，大家比较认同快速充电方法是脉冲充电、脉冲放电去极化方法。常规充电方法采取小电流慢充方法，对新铅酸蓄电池初充电需70h以上，进行一般充电也需10h以上。充电时间太长，不仅会拉长充电监测时间、造成电能浪费，还限制了蓄电池循环利用次数，并增加维护工作量。另外，对于像电动汽车等要求蓄电池连续供电场所，使用起来不方便。而采取快速充电方法，能够缩短蓄电池充电时间，提升充电效率，节省能源，并愈加好地满足工业应用需要，含有重大现实意义。常规充电方法因为时间长对电池造成了影响，缩短了其寿命，电池大全部采取铅酸蓄电池，这么会造成铅大量使用，进而影响我们环境，对人类生存带来了不利原因，快速充电能够增加蓄电池寿命，有利于环境保护。图1最好充电曲线2蓄电池快速充电在工业领域中应用蓄电池作为一个可移动能源已校广泛地应用于国民经济各个领域。据调查，在煤矿井下、负担菩迢运输作业以蓄电池为动力电机车数量约占总机车数量纳70％。蓄电池是一个储能装置，它储能过程很慢．一股新蓄电池首次储能需72h(小时)．正常使用储能蓄12h(小时)。所以，对于用蓄电池作为动力车辆和其它装置来说，车辆和相关装置使用会因蔷电池储能所需时间而受到限制。所以，提升蓄电池储能速度含有重大经济意义。蓄电池储能过程就是充电过程。中国从70年代中期开始，就对蓄电池快速充电技术进行研究，现在已经有为效众多蓄电池快速充电装置投入运行，产品巳呈商品化。快速充电技术是对传统充电技术重大变革，它能够大大提升蓄电池储能速度。新蓄电池首次充电时间约24h(小时)．正常使用蓄电池复充电约2—3h(小时)。充电速度可提升4—5倍。任何快速充电最终目标是安全和快速，即在确保蓄电池使用循环次数必需前提之下，尽可能地缩短充电时间。快速充电之所以含有生命力，是因为传统充电技术既不安全又不快速。3蓄电池快速充电原理蓄电池按其组成电解质物质不一样分为酸性蓄电池和碱性蓄电池两大类。酸性蓄电池占绝大多数。以酸性蓄电池为叙述对象，其原理一样适适用于碱性蓄电池。铅酸蓄电池是一个原电池，是借助化学反应而直接产生电流一个装置。从能量改变角度看，原电池过程无非是实现了化学能到电能之间转变。铅酸蓄电池由正、负极板，电解液和电解槽组成。正极板活性物质是二氧化铅(Pb02)，负极板活性物质是灰色海绵状酌金属铅(Pb)，电解液是浓度为27％—37％硫酸水溶液。蓄电池充电过程是在外加电场作用之下，电流输送是经过正负离子各向两极迁移，并在电极溶液界面处发生化学反应来实现。这个过程就是电解。电解进行时，在充电电流作用下，水分子(H2O)被电解为氢离子(H+)和氢氧离子(OH-)。H+在外电场作用下向负极板迁移，OH-向正极板迁移,同时正负极板上硫酸铅亦发生离解:PbSO4—Pb2+十SO42-正极板上Pb2+在外电场作用下释放出电子而形成Pb4+。Pb4+和正极板时近OH-发生反应而生成Pb(0H)4。Pb(OH)4。被分解：Pb(OH)4——PbO2十2H2O生成PbO2依附于正极板上。同时，负极板上Pb2+和正极板在外加电场作用下输送来电子结合而还原成Pb，电解质溶液中H+和SO42-结合，生成H2SO4。从上述分析可知，充电过程总化学反应为：PbSO4十2H2O十PbSO4—Pb02十2H2SO4十Pb从上式可知，伴随充电进行，正极板上PbSO4逐步变成PbO2；负极板上PbSO4逐步变成Pb。同时，电解质溶液中硫酸分子逐步增加、水分子逐步减小，所以电解质溶液比重在增加、蓄电池端电压也随之增加。4蓄电池快速充电过程(1)预充电对长久不用电池、新电池或在充电早期已处于深度放电状态蓄电池充电时，一开始就采取快速充电会影响电池寿命。为了避免这一问题要先对蓄电池实施稳定小电流充电，使电池电压上升，当电池电压上升到能接收大电流充电阈值时再进行大电流快速充电。(2)脉冲快速充电在快速充电过程中，采取分级定电流脉冲快速充电法，将充电电流分成三级，开始充电时采取大电流，伴随电池容量增加，电压逐步升高，电流等级开始降低，使充电电流脉冲幅度和宽度随蓄电池端电压升高而分级减小。采取这种方法能够消除充电靠近充满时易出现振荡现象及过充电问题。在脉冲快速充电过程中，电池电压上升较快，当电压上升至补足充电电压阈值时，转入补足充电阶段。(3)补足充电快速充电终止后，电池并不一定充足电，为了确保电池充入100％电量，对电池还要进行补足充电。此阶段充电采取恒压充电，可使电池容量快速恢复。此时充电电流逐步减小，当电流下降至某一阈值时，转入浮充阶段。(4)浮充电此阶段关键用来补充蓄电池自放电所消耗能量，只要电池接在充电器上而且充电器接通电源，充电器就会给电池不停补充电荷，这么可使电池总处于充足电状态。此时也标志着充电过程已结束。5蓄电池快速充电系统设计5.1蓄电池快速充电装置控制电路现在蓄电池快速充电以取得很大进步，好多企业进行应用，我们能够从现有条件下来了解蓄电池快速充电系统设计，下面以ST72系列单片机为例来说明现在蓄电池快速充电装置和相关工作原理和过程。它是由法国ST微电子企业最新生产简单、灵活、低价格8位单片机,采取了独特制造工艺和技术,大大提升了抗干扰能力。它专为嵌入式控制应用设计,尤其适适用于抗噪声干扰高、整体性价比高控制系统。它含有以下关键性能：(1)工作电源电压有很宽适应范围,从2.4V～5.5V;功耗较低,内部数字看门狗。图2智能充电系统原理图(2)丰富I/O功效,内部带有3个定时器/计时器,有还多达16个通道10位A/D转换器,两路脉宽调制,多个通信接口,多达12级中止源。(3)多个内部程序存放器,除有廉价OTP（OneTimeProgramming）一次性编程写入，还有很方便FLASH程序存放器,能够在线编程,易于修改程序代码。存放器容量从1.5KB～60KB不等,能够满足多种编程需要。依据系统功效需要,选择ST72系列ST72264G1单片机作控制芯片。该芯片含有4KBFLASH内部存放器,2路PWM输出,最大时钟频率8MHZ,有20个I/O引脚,6个复用10位A/D转换器,有SPI、SCI、I2C三种通信接口。控制回路采取ST72264G1加上液晶显示和键盘接口等;它利用单片机本身A/D端口,组成电压、电流、温度检测电路。5.2蓄电池快速充电硬件和软件设计AT89S52是ATMEL企业研制通用单片机。它在AT89S51单片机基础上为P1口定义了第二功效，有六个外部中止、三个定时／计数器，和四个全双工串行通信口，同时在指令上和AT89S51兼容，对监控系统较为适用。(1)基于AT89S52监控系统硬件电路设计：根据上述系统设计要求，设计了图1所表示监控系统。图3AT89S52监控系统框图①微处理器：AT89S52很适适用于控制，她关键结构和特点在前面已经介绍过了，为了满足外围接口电路需要，通常全部要在输出口处接锁存驱动电路，这里我们采取是SN74HC573。②压频变换装置：将模拟电压量转化成频率值，这是一个A/D转化方法，将输出电压U0采样经过压频变换装置传给单片机，压频转化装置我们用是NationalSemiconductorLM331。③输出控制电路：单片机输出控制信号经过电阻解码网络转化成模拟电压值，控制电压和电流比较器基准值，实现对外围功率电路控制。④上电复位电路：为了预防单片机程序飞跑，出现死锁，我们采取MAXIM企业MAX813L系统监控集成芯片来实现对单片机监控，该芯片含有看门狗电路、门限值检测器、手动复位等功效。⑤输入控制和数码显示电路：包含按键和显示部分。经过简单按键选择，实现运行方法选择、复位及故障显示。显示部分采取SN74HC573驱动两个8位七段LED显示；同时经过发光二极管和蜂鸣器提醒运行状态。⑥护告警电路：经过硬件电路实现保护，给单片机中止管脚发出脉冲信号，引发中止程序实现保护，并引发蜂鸣器告警。(2)下面介绍本系统中部分关键性电路①恒压恒流模块恒压恒流电路是整个智能充电器关键部分，电路结构见图2。恒流恒压电路由SR12单片机片内模拟电路模块和片外MOSFET开关管、肖特基二极管、滤波电感、滤波电容等器件组成。模拟电路模块是SR12特有部件，图3为它结构框图。它由输入多路开关、两组温度传感器Rsense0.01Ω可程控放大器、片内温度传感器、电流检测电路等组成。可程控放大器总放大倍数为1～256。放大器输入可选择为两路模拟输入脚（ATD0、ATD1）、片内温度传感器、模拟地输入（VSSAM）。ATD0和VSSAM间可接一个电流检测电阻，用于测量外部电流，它还连接至电流检测电路，可在电流超出指定值时产生中止并输出信号。图4恒压恒流电路②放电模块快速充电硬件电路图以下所表示：图5放电器部分电路快速充电原理是经过电池两端不停充放电来提升充电效率，从而降低了充电时间。放电器部分利用电压比较器，在5脚设置电压基准，6脚经过一个二极管和电阻同单片机相连，单片机接收外部控制指令，经过计数器控制TDIS端电平高低；比较器输出应用两个三极管级联，改善了静态工作点。快速充电时，AT89S52单片机必需不停检测以下几项关键技术指标：电路是否出现断路、电池是否出现不均衡现象、电池是否达成要求安全电压、电池是否温度过高、电池是否满足-△V或△T/△t条件。③压频变换模块图6压频变换器压频变换器本质上是A/D变换器，上图是由LM331N组成压频变换电路，它将输出电压信号转变成频率，接入单片机计数器接口，经过计数器计数计算出输出电压大小。④系统软件设计：图7软件步骤图主程序步骤图图7所表示。系统上电复位后，首先对单片机、外围芯片及控制状态进行初始化；然后设置输出控制口电压阀值，经过读取输出电压值来判定系统是否正常，若正常则进入功效设置模块，不然转故障处理；进入功效控制模块后，用户能够经过按键设置系统工作状态，是供电模式还是充电模式。然后按下确定按钮，系统进入对应工作模式。若是供电模式，单片机将实时监测各关键参量若发觉故障或过流过压则转故障处理模块，没有话继续监测。若是充电模式，插入电池后系统将监测是否反接，是则提出告警，不然将进入充电状态，在此过程中故障检测过程和供电模式相同，但充电模块中有充电中止算法和定时算法，全部是判定电池是否充满算法。从以上分析我们知道了蓄电池快速充电系统工作过程，这对我设计该系统会有很大帮助。6研究内容和进度安排该题目是相关蓄电池快速充电设计，在当今时代工业快速发展需要蓄电池本身性能提升，快速充电就是一个很高要求，蓄电池快速充电装置包含以下多个方面：从快速充电器原理和对充电机要求，设计充电池充放电电路，经过硬件设计、软件设计来设计检测步骤及报警系统，最终设计出一个快速充电系统。进度安排以下：第1～3周：查阅资料，完成调研汇报并翻译相关外文资料。第4～11周：依据已知课题对蓄电池快速充电进行具体设计。包含工作原理；确定硬件和软件设计，绘画相关电路图。第12～13周：整理和打印论文。第14周：准备答辩内容、预答辩；毕业设计答辩7参考文件：[1]李刚编.ADuC8XX系列单片机原理和应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，[2]沈红卫编.单片机应用系统设计实例和分析[M].北京：北京航空航天大学出版社，[3]潘新明,王燕芳编著.微型计算机控制技术[M].北京:人民邮电出版社,1999[4]王兆安，黄俊编.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，.[5]徐宁，杜少武编.电动车用智能型快速充电器研制[J].合肥工业大学学报（自然科学版）.,24(1).[6]徐爱钧编.智能化测量控制仪表原理和设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，1995[7