矿用蓄电池充电机软件设计-开题报告 - 图文 

开题报告填写要求

1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。

2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。

3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册），其中至少应包括1篇外文资料；对于重要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的最后。

4．统一用A4纸，并装订单独成册，随《毕业设计（论文）说明书》等资料装入文件袋中。

毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告

1．文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。 文 献 综 述 1、引言 根据《煤矿安全规程》规定在含有高瓦斯的矿井中进风的主要运输巷道内和煤与瓦斯突出的矿井中进、回风巷道内,必须使用矿用防爆特殊蓄电池电机车。随着我国煤矿的开采技术不断提升,同时煤炭的采掘技术也取得迅猛的发展,对于煤炭辅助运输系统的要求也不断提高,矿用电机车作为煤矿井下的主要运输设备,同时铅酸蓄电池作为电机车二次能源的储电装置,在煤矿运输发挥着重要作用。 由于铅酸蓄电池自身的化学特点,完成一次充电需要很长时间,煤矿井下电机车的使用时间由于这个原因而受到限制,并且铅酸蓄电池在充电过程中总是不可避免的发生极化现象。目前在煤矿井下所使用的充电法是在传统的充电法基础上通过加大电流进行充电,或者采用分阶段的大电流方法充电,从而导致快速充电机出现极板活性物质脱落的情况,这种充电法不仅导致完成一次充电过程需要十几个小时,并且由于充电曲线不合理,严重损害蓄电池的使用寿命,充电过程需要人工控制,容易造成欠充或者过充。对于蓄电池的使用寿命,电池生产厂商所标注的使用一般很长,特别是国外的蓄电池使用寿命更长,但在实际使用过程中蓄电池的使用寿命一般为7-8年甚至更短,这与蓄电池组的充电装置有直接关联。现在市场上流通的部分充电机一般采用相控晶闸管制成,通过晶闸管来控制可控硅的导通,这种充电机缺乏防反接保护、过压保护以及高温保护,有时会由于电路中产生过流等造成电子元件损坏,严重损坏充电机的安全性,由于体积庞大,不利于防爆与在井下使用,还存在着充电效率低,功率因数大,电能损耗多,对蓄电池的损害很大等缺点,因此改进充电机的充电技术如何让蓄电池在安全快速前提下的提高充电速度成为煤矿企业的迫切需求。 从传统的恒压充电、恒流充电到现在,充电技术已经很好的满足了蓄电池的充电要求,但是在煤矿井下还没有一种成熟的新型充电技术得到应用,电机车蓄电池充电技术的好坏直接关系着蓄电池的使用寿命,不正确的充电方式会加剧内部的极化反应从而降低其使用寿命。因此,矿用蓄电池充电技术的发展和技术进步一直得到广泛重视,对充电的快速性、稳定性、安全性、智能化等要求成为重要的研究方向。

2、蓄电池充电机构成及特点 2.1铅酸蓄电池的工作原理 铅酸蓄电池又称为二次电池,是一种电化学储能体系,该体系中存在两个不同材料制成的不同极性的电极以及电解液构成,正极活性物质是二氧化铅,负极材料是海绵状金属铅,电解液为27%-37%的稀硫酸溶液,其能量储存和释放是通过两个电极的电化学反应实现的,其过程中伴随着化学能和电能的相互转换，1882年法国的科学家格拉斯顿和特雷伯提出了“双极硫酸盐化理论”,这个理论解释了蓄电池内部在充放电过程中发生的电化学反应,如图所示,铅酸蓄电池发生在两个电极和电解液接触的表面上,在反应过程中靠电极中的离子和电解液中的成分发生转换,这样在两个电极之间就存在着电势差,假如负载与两个电极之间构成回路,那么在电路中就会有电流流过。 2.2蓄电池充电机充电技术理论 20世纪60年代,美国科学家马斯(J.A.Mas)通过对小容量阀控密封型铅酸蓄电池进行试验,研宄关于铅酸蓄电池在充电过程中析气问题的产生原因,并发现在恒流充电过程中,当蓄电池的容量超出一定数值时,因为内部化学反应引起析气问题,导致电池充电速度下降,因此马斯提出了以最低析气率为前提的铅酸蓄电池最大可接受的充电电流曲线。 2.3蓄电池充电机常见的充电方法 2.3.1恒流充电法 恒流充电法是在充电过程中保持充电机对蓄电池输出恒定的充电电流,充电电压随着蓄电池的端电压变化而变化的充电法,在充电初期,蓄电池内部极板上的硫酸铅经过电化学反应引起电化学极化和浓度极化的增加,同时加上电流的增大使得内部的极化电压升高,从而表现为充电效率最髙,在之后电极板的微型孔中硫酸及其离子的产生与朝外扩散速度两者趋近于平衡,这时充电电压变化趋于平缓,在充电后期由于电池极板上的有效反应面积减少,这时电化学反应为水的分解,从而导致电池温度升高、内阻增大,此时电压不再上升充电完成。这种充电法优点是简单易行,能够从充电过程利用充电电压来判断充电电量和充电时间的大小,同时这种充电法的缺点是充电过程能耗大,析出的气体量大,充电后期温升明显对电池损害大,通常充电过程需要人来看管,所

以恒流充电法的应用范围非常有限。 2.3.2恒压充电法 恒压充电法是指以恒定不变的电压源对蓄电池进行充电,其充电电流和充电电压曲线,这种充电法的特点是在充电初期,充电电流很大,并且温度变化范围很小,随着充电电池的电量逐渐增加,蓄电池的内部的电阻逐渐增大,同时极化现象的加剧使得蓄电池的电动势和电解液浓度都增高,充电电流呈现指数的形式下降。这种充电法的优点是控制简单,蓄电池电解液水分相对少,在充电过程中不会出现过充电的现象,并且在充电初期采用了大电流充电使得充电时间缩短,提高了充电效率,而且能耗与恒流充电法相比也较低,充电过程中电流的自动下降为电池的恒压充电提供了依据,这种充电法的缺点是需要选择合适的电压值,若选择不当就会对充电过程产生较大的影响。 2.4铅酸蓄电池的的极化现象 由蓄电池充电原理可知,充电过程中极化现象所产生的氧气和氢气严重阻碍了充电速度,并且影响蓄电池的使用寿命,当铅酸蓄电池不在工作状态时,电池中没有电流通过,电池内部的化学反应依旧进行,并且正极和负极上的变化是一种动态平衡的状态,但是铅酸蓄电池处于工作状态时电池内部有电流时,其内部的化学反应如之前描述的那样快速进行,正、负极上的电势就会暂时地偏离平衡状态,这种现象叫做极化现象[32],由于电极极化现象引起偏离平衡电势值叫做极化电势,电池极化是引起电池充电的负面影响的主要因素,并且电流越大,极板电势偏离就越严重。 3、充电系统的软件设计 3.1主程序设计 根据系统功能的要求,程序需要具有如下功能: 1）能对充电参数进行设置; 2）能对蓄电池类型进行选择; 3)开始前对蓄电池状态进行检测,是否存在接触不良、短路等问题; 4)能实时显示充电机当前充电状态,包括充电电压、充电电流、内部模块、内腔温度和充电电量等;能在充电结束时显示充电结果； 5)能在非正常结束充电后下次充电时继续续充或结束充电； 6)能在充电过程中发生故障时发出报警功能。

充电机系统的软件主程序设计：首先在蓄电池开始充电前进行初始化,对蓄电池组的单个电压值进行逐一检查,检测蓄电池是否存在接触不良和短路等连接不通的问题,若排除这些问题后开始进入正常充电,否则进行报警。对充电机进行充电,充电过程中根据设定的参数及实时参数来判断充电是否已经完成,若未完成则继续充电,如果完成则终止程序。判断是否充满,未充满,采用PWM波进行输出充电,充满则屏幕显示状态,停止充电。充电过程中进行采样和滤波处理,实时检测充电机的充电电压、充电电流、充电时间、已充电量、模块温度、内腔温度、主变压器温度的大小,如果出现温度过高,电流过大、电压过大等故障现象时,则进入故障中断处理子程序;若系统出现极化条件时,则进入去极化子程序,为快速充电准备条件。当端电压小于95%则继续充电,若大95%则进一步判断是否端电压大于98%,如果大于98%则停止充电,如果小于98%继续充电。 3.2中断子程序 当程序在进入中断子程序时,首先需要对蓄电池的电荷状态进行检查,看看电量是否充满,当发现蓄电池电量己经在上一次充满且没有输出、铅酸蓄电池是否发生电解液漏出等各种不满足充电条件的情况时及时中断主程序,并且发出中断提示。当充电过程中发生温度过高,或者充电电压、充电电压突然增大并且数值过大时则需要中断充电过程,并且将当前的充电参数与设定值进行比较,如果超过设定值则执行故障保护程序从而停止充电过程,检查蓄电池各个充电参数,看是否在可充电范围内,当蓄电池在充电过程中一些极端情况比如断电、漏电等,此时就需要对充电参数逐一检查,并且对充电参数进行重新设置,并且将当前检测到的充电电压、充电电流、温度等参数通过串口送到显示屏并报警。 3.3判断蓄电池是否充满子程序 由于蓄电池内部的电化学反应较为复杂,使得依靠单一充电法来判断蓄电池是否充满带来很大困难,并且判断错误会带来不必要的损失,如果充电过程完成后仍在向蓄电池输入电能,就会引起蓄电池发生过充现象,并且还会造成蓄电池电解液溢出的不良反应,使得蓄电池的实际使用寿命缩短,因此在蓄电池充电完成后并且及时终止充电,这就需要对蓄电池充电过程结束的有效判断,通常将额定电压和额定电流结合起来,并且以最长时间法来辅助判断目前常用来判断电池