铅蓄电池修复仪

苏州大学本科生毕业设计（论文）铅蓄电池的修复摘要本文总结了多年来蓄电池的发展和前景，详细地分析了铅蓄电池的失效模式及其影响其使用寿命的各种因素，最后介绍了许多不同的修复方法。相比之下，其中用谐振复合脉冲修复是最有利的，合理的控制修复脉冲的前沿，利用充电脉冲中的高次谐波与大的硫酸铅结晶谐振的方法，在修复过程中消除电池硫化，是一种区别与其它修复方式的“无损失”修复技术，对电池损伤小，极大的延长电池使用寿命，前景广阔。 关键词：谐振复合脉冲 ,铅蓄电池,高次谐波与硫酸铅谐振AbstractThis article summarized the development and future of storage battery，specifically analyzed the failure modes of lead storage battery and all kinds of effects on its useful life. At last, I introduced many different restorative procedures. By contrast, the best useful method is the resonant composite pulse procedure. Control restorative pulse edge reasonably , use make high-order harmonic resonant to lead sulfate crystallization . To eliminate the battery sulfide in the restorative process is a no loss restorative technology different from other restorative methods. It has less damage to the battery, which greatly extends battery life and it has broad prospects. Keywords: resonant composite pulse, storage battery, high-order harmonic resonant to lead sulfate crystallization Written by: G u ChenSupervised by: Wu Di第一章 前言铅蓄电池由于开路电压高，放电电压平稳，原材料丰富易得，价格便宜，获得了广泛的应用。随着科学技术的迅猛发展，铅蓄电池的品种不断增多，性能不断改进，其应用领域更加扩大，铅酸蓄电池是汽车、船舶上使用的主要直流电源, 近年来在电动自行车等城市个人交通工具中得到广泛应用。它的使用寿命一般只有23 年, 每年有大量的铅酸蓄电池因坏死而被丢弃, 造成资源浪费和环境污染。实际上, 70 %以上坏死的蓄电池是由于硫酸盐化( 即硫化) 导致无法使用, 如果利用科学的蓄电池修复技术减少或去除硫化, 就能延长电池使用寿命。此项修复技术可使蓄电池性能更加稳定, 满足汽车电控系统、电动自行车对电源电压及电容量的要求, 能够带来可观的经济效益和社会效益。电动车用铅蓄电池一般使用一年左右就要更换的，对电动车用户来说是一个比较重的负担。正常使用的铅蓄电池充放电循环可达300 次以上， 而实际使用过程中往往发现蓄电池的寿命远远低于这个充放电循环次数。因此，充放电过程对蓄电池寿命起着至关重要的影响。铅酸蓄电池以其容量大为优势，是其他电池目前还无法取代的。另外，其大电流放电的特性，也决定了在启动电池方面的优势。但铅作为重金属还存在着一定的毒性，对环境和人体都有不同程度的危害。所以延长铅蓄电池的寿命，不仅可以降低使用成本，还是环保的需要，也是拓展铅酸蓄电池应用领域的一个重要问题。铝酸蓄电池作为一种储能设备具有电压稳定、供电可靠、移动方便等优点, 在各个领域得到广泛的应用。而动力铅酸蓄电池电压高、容量大、价格高, 也大量用于各种装备上。无论是舰艇、飞机,还是坦克、车辆及通讯器材, 其起动和应急情况下的运行都必须有性能良好的蓄电池作保证。这对蓄电池的设计、制造、维护提出很高的要求。铅酸蓄电池存在寿命短、能量转换效率低、比能量小等问题。特别是使用过程中产生的硫化现象, 使质地良好的蓄电池使用2 年后即整体报废, 这不仅耗用了大量的资源, 还给生态环境造成了污染。因此, 如何有效维护蓄电池以延长其使用寿命, 减少铅酸蓄电池的使用消耗, 一直是蓄电池车辆使用过程中需要解决的难题。 第1.1节 背景 铅酸蓄电池已有100多年的历史，作为稳定电源和主要的直流电源，需求广泛，用量巨大，与我们的社会生活息息相关。铅蓄电池的设计使用寿命一般为10年，但是在实际使用过程中，因使用和维护不善易产生“硫酸盐化”现象，导致电池过早失效报废，平均实际使用寿命只有1-2年，远未达到设计寿命。中国是全球铅酸蓄电池的产销大国，仅2003年，国内报废的铅酸电池达1亿多只，其中80%以上是因为硫酸盐化而报废。造成严重的资源浪费与环境污染。废旧电池的回收和再利用，已成为政府及全社会的关注热点。 第1.2节 铅蓄电池修复技术的前景和发展意义铅酸蓄电池保护检测修复系统，采用综合检修手段，先精确判断各组蓄电池的容量与老化程度，再进行针对性的均衡充电，利用最新国际领先专利技术谐振式复合脉冲修复技术，扫描频率和脉冲电压的变化，寻找硫酸铅结晶的共振频率，对极板发出脉冲波产生共振，使之转化为最不稳定的硫酸铅分子，然后通过充电使之从电池极板上逐渐分解、脱离，转化为游离子状态而进入电解液，将其恢复到电池初始状态，修复率可达90%。具有修复率高、使用范围广、修复效果好、成本低、使用方便等特点，同时该系统还具有容量检测、内阻检测、均衡充电、无损修复等功能。一方面为使用者节约了巨额成本，另一方面大大降低了电池污染的危害，带来可观的经济效益和环保效益。在美国和日本以及一些西方较发达国家，铅酸蓄电池的日常保养维护及修复行业年创效益达千亿美元之巨。随着我国城乡机动车辆、电动车辆的大量增加，蓄电池的年需求量达到1.8亿只以上，由此可见废旧蓄电池修复中蕴藏的巨大商机第1.3节 课题结构安排和工作思想首先第一章阐述了蓄电池的背景及其发展前景，第二章简述了蓄电池的结构和使用过程中的工作原理，分析了蓄电池长时间运用后失效原因，以及针对这种失效模式采用的修复技术，简述了其修复技术的原理，第三章介绍了几种铅蓄电池的修复仪，详细的分析各种修复仪的使用原理，并综合比较几种修复仪的好坏及弊利，第四章总结了整篇文章的构思，最后是自己的想法和对指导老师的致意。 第二章 蓄电池工作原理第2.1节 蓄电池的结构一般的蓄电池铅酸蓄电池是由正负极板、隔板、壳体、电解液和接线桩头等组成，其放电的化学反应是依靠正极板活性物质(二氧化铅和铅)和负极板活性物质(海绵状纯铅)在电解液(稀硫酸溶液)的作用下进行，其中极板的栅架，传统蓄电池用铅锑合金制造，我们为了更进一步的提高电池的放电能力，针对6-dzm-10型电池进行了板栅的改革，如示意图1所示，在板栅的整体结构上，除了保持原有的纵向筋条外，还增加了一些纵向筋条，而将原有的横向筋条减少了一半，板栅的外形尺寸不变，这一结构的变化经过多次容量实验检查，放电容量有了约8%以上的提高，同时发现在负极板中配合使用低温性能良好的铅膏配方，使电池的低温性能有了很大的飞越。另一方面，由于电动助力车用电池组的极板都是紧装配的，极群处于封闭挤压状态，所以减薄极板而增加极板的片数也是提高放电能力的一个有效的途经，这在今后的工艺改革中是我们首选的重点。 图1 板栅示意图第2.2节 蓄电池充放电工作原理铅酸蓄电池主要由正极板组、负极板组、电解液和容器组成。极板是在板栅上涂上以氧化铅为主的粉膏,再焊接成组。充电时,在正极板上的氧化铅就变成了棕褐色的二氧化(PbO2) ,在负极板上的氧化铅变成灰色的绒状铅(Pb) 。铅酸蓄电池放电时,正极板上的活性物质都吸收硫酸起了化学反应,逐渐变成了同样的硫酸铅(PbSO4) ,当两种极板上大部分活性物质都成了同样的硫酸铅后,蓄电池的电压就下降到不能再放电了。随即对其充电使之恢复成原来的二氧化铅和绒状铅,蓄电池就又可以继续使用。总的化学反应过程是可逆的,其方程式如下:PbO2 + 2H2SO4 + Pb PbSO4 + 2H2O + PbSO4铅酸蓄电池在充放电过程中,生成和消失的物质愈多,其通过的电量也就越多,蓄电池的蓄电能力(容量) 也愈大,即铅酸蓄电池的容量取决于参加化学反应的活性物质二氧化铅、绒状铅和硫酸溶液的数量。1. 充电时端电压的变化铅酸蓄电池的端电压,是随着充电和放电过程的变化而变化的。当以稳定的电流对蓄电池进行充电时,电池电压的变化如图2-1 所示。图2-1 用正常率充电时的小时数在充电初期,电池的端电压上升很快(OA 段) ,这是由于极板的活性物质还原为二氧化铅和绒状铅时,在活性物质微孔内形成的硫酸骤增,来不及向极板外扩散,因此,电池电势增高。充电中期,由于活性物质微孔中的硫酸比重的增加速度和向外扩散的速度趋于平衡,故电势增高减慢(AB 段) 。充电后期,极板表面上的硫酸铅已大部分还原为二氧化铅及绒状铅(此时蓄电池的端电压约为2. 3V) 。继续充电,则使水大量分解,产生很多气泡,在负极板旁释出很多氢气，部分气泡吸附在极板表面来不及释出,增加了电池内阻。同时正极板逐渐被氧气包围,形成过氧化电极,提高了正极电位。电池端电压又继续上升至2. 52. 6V(BC 段) 。如再继续充电,由于极板上的活性物质已全部还原为充电时的状态,水的分解也渐趋饱和,电解液只见沸腾,而电压却稳定在2. 7V 左右不再增加(D 点) 。继续充电只是无谓地消耗电能进行水的分解。这时如停止充电,蓄电池的端电压立即骤降至2. 3V (因内阻电压降为0) 。随着活性物质微孔中硫酸的逐渐扩散,使活性物质微孔中电解液比重逐渐降低,一直到极板内外浓度相等,最后端电压将慢慢降至2. 06V 左右的稳定状态。2. 放电时端电压的变化充电后的电池,如以稳定不变的电流进行放电,端电压的变化如图2-2所示：图2-2 用正常率放电时的小时数放电开始时,极板微孔内形成的水分骤增,使微孔内的电解液比重骤减, 使端电压下降很快(OA段) 。至放电中期,极板微孔中的水分生成与极板外比重较高的电解液的渗入取得了动态平衡,而使微孔的电解液比重下降速度大为缓慢,故端电压的降低也缓慢(AB 段) 。放电末期极板上的活性物质大部分已变为硫酸铅,其体积较大,在极板表面和微孔中形成的硫酸铅使极板外电解液渗入困难。因此,在微孔中已稀释的电解液很难和容器中的电解液互相混合,所以,端电压降落极快(BC 段) 。至C 点(电压为1. 8V 左右) 放电便告终了。如继续放电,此时极板外的电解液几乎停止渗入极板活性物质微孔内部,微孔中的电解液几乎都变为水。因此,电势急剧下降(CD 段) 。如在C 点停止放电,端电压将上升,并随着极板活性物质微孔中的电解液的扩散,电压将上升至2V 左右(CE 段) 。曲线中的C 点为电池电压急剧下降的临界电压,称为蓄电池的终了电压,此时应立即停止放电,以免影响电池寿命。如继续放电,将使电池组中的个别电池造成极板硫酸化或反极现象。一般放电终了电压在1. 8V 左右。第 23节 本章小节本章主要讲解了蓄电池的结构以及蓄电池在充放电的原理，分析了蓄电池是由正负极板、隔板、壳体、电解液和接线桩头等组成，在充放电时分析了端电压的变化，用图示的方法具体的分析了其充放电的电压变化。第三章 蓄电池修复技术第3.1节 蓄电池失效模式 由于极板的种类、制造条件、使用方法有差异，最终导致蓄电池失效的原因各异。归纳起来，铅酸蓄电池的失效有下述几种情况：1.正极板的腐蚀变形目前生产上使用的合金有3 类：传统的铅锑合金，锑的含量在47质量分数；低锑或超低锑合金，锑的含量在2质量分数或者低于1质量分数，含有锡、铜、镉、硫等变型晶剂；铅钙系列，实际为铅钙锡铝四元合金，钙的含量在0.06%0.10% 质量分数。上述合金铸成的正极板栅，在蓄电池充电过程中都会被氧化成硫酸铅和二氧化铅，最后导致丧失支撑活性物质的作用而使电池失效；或者由于二氧化铅腐蚀层的形成，使铅合金产生应力，使板栅长大变形，这种变形超过4时将使极板整体遭到破坏，活性物质与板栅接触不良而脱落，或在汇流排处短路。2.正极板活性物质脱落、软化除板栅长大引起活性物质脱落之外，随着充放电反复进行，二氧化铅颗粒之间的结合也松弛、软化，从板栅上脱落下来。板栅的制造、装配的松紧和充放电条件等一系列因素，都对正极板活性物质的软化、脱落有影响。3.不可逆硫酸盐化蓄电池过放电并且长期在放电状态下贮存时，其负极将形成一种粗大的、难以接受充电的硫酸铅结晶，此现象称为不可逆硫酸盐化。轻微的不可逆硫酸盐化，尚可用一些方法使它恢复，严重时，则电极失效，充不进电。4.容量过早的损失当低锑或铅钙为板栅合金时，在蓄电池使用初期（大约20 个循环）出现容量突然下降的现象，使电池失效。5.锑在活性物质上的严重积累正极板栅上的锑随着循环，部分地转移到负极板活性物质的表面上，由于H+在锑上还原比在铅上还原的超电势约低200 mV，于是在锑积累时充电电压降低，大部分电流均用于水分解，电池不能正常充电因而失效。对充电电压只有2.30 V 而失效的铅酸蓄电池负极活性物质的锑含量进行化验，发现在负极活性物质的表面层， 锑的含量达0.12% 0.19%质量分数。6.热失效对于少维护电池，要求充电电压不超过单格2.4 V。在实际使用中，例如在汽车上，调压装置可能失控，充电电压过高，从而充电电流过大，产生的热将使电池电解液温度升高，导致电池内阻下降；内阻的下降又加强了充电电流。电池的温升和电流过大互相加强，最终不可控制，使电池变形、开裂而失效。虽然热失控不是铅酸蓄电池经常发生的失效模式，但也屡见不鲜。使用时应对充电电压过高、电池发热的现象予以注意。7.负极汇流排的腐蚀一般情况下，负极板栅及汇流排不存在腐蚀问题，但在阀控式密封蓄电池中，当建立氧循环时，电池上部空间基本上充满了氧气，汇流排又多少为隔膜中电解液沿极耳上爬至汇流排。汇流排的合金会被氧化，进一步形成硫酸铅，如果汇流排焊条合金选择不当，汇流排有渣夹杂及缝隙，腐蚀会沿着这些缝隙加深，致使极耳与汇流排脱开，负极板失效。8.隔膜穿孔造成短路个别品种的隔膜，如PP （聚丙烯） 隔膜，孔径较大，而且在使用过程中PP 熔丝会发生位移，从而造成大孔，活性物质可在充放电过程中穿过大孔，造成微短路，使电池失效。第3.2节 蓄电池修复技术概述铅酸蓄电池的修复技术是最近几年才发展起来的一项应用技术，是一项绿色环保的修复技术。对铅酸蓄电池修复技术的开发和应用体现了对建设环保型社会的理解、贯彻和支持。电池的修复延长了电池的使用寿命，可以为使用者减少购置新电池的支出；减少了供应电池的压力，从而可以减少因铅酸蓄电池的生产产生对环境的污染；是很有价值并值得推广应用的新技术。国内电动车、汽车、摩托车飞速发展。国内报废的铅酸电瓶每年近一亿只，一般的中小城市即达数万只以上，大中型城市则达几十万乃至数百万只。铅酸电动车电瓶的过早报废不仅浪费能源，而且严重污染环境。由此市场出现了各种电瓶修复翻新设备。第3.3节 蓄电池修复技术原理电动车蓄电池修复技术，是一定适用范围的，对于极板活性物质脱落的电池、极板短路的电池，正极板严重软化的电池等是不可修复的，而对于那些由于失水，欠充电，放置过久等原因产生硫化的电池，出现结晶短路的是电池，过桥和引出端子断裂而形成的开路的电池，单格反极等病症的电池，基本都可以得到修复。JX-2大容量蓄电池综合智能修复仪采用多谐脉冲技术，以频率和脉冲电压的推进变化，分解结晶的硫酸铅，使之转化为最不稳定的硫酸铅分子，然后在充电的过程中，电池极片上逐渐脱离，而转化为游离子状态而进入电解液，完全彻底地改变电池硫酸硫化的问题。铅酸蓄电池化学反原理如下：放电PbO2(正极) +2H2SO4（电解液） +Pb(负极) PbSO4（正极）+2H2O(电解液)+PbSO4(负极) 充电电池放电深度越大,硫酸铅的形成就越多,这层海绵软状物质在电池充电时(仅在放电后不久)会容易转化为铅和氧化铅.如电池处于放电状态仅短短地70个小时,这层软状物质硫酸盐晶体就会逐渐硬化和晶体化,便形成一种非常稳定的共价键,“锁定”活化物质,难以转化为铅和氧化铅.经常如此,就会或多或少 造成电池的容量损失,最终使电池容量损失到寿命结束而不能使用。 电池硫酸盐层的积聚不仅锁定活化物质而减低电池寿命,而且这些物质积聚到一定程度更会实际造成电池的结构性损坏,常常表现为电池短路.因为硫酸盐晶体层会降低 电池的容量,电池要保持恒定的负载输出,就只能加大放电深度.经常性的放电深度越大,电池寿命就会越短。按照原子物理学原理,硫离子有五个不同的能级状态,通常处于亚稳定能级的离子都趋向迁落到最稳定的共价键能级而存在.在最低能级(即共价键能级状态),硫磺以包含8个原子的环行分子形式而存在,这些分子象鹅卵石般非常牢固的堆积和覆盖,效果就象在电池的极板上涂了一层牢固的涂漆层.这8原子的环行分子模式是一种非常稳定的状态组合,很难被打破,而铅酸蓄电池的使用寿命就在于我们消除这些积聚物的能力。 以前，转化硫酸盐化层的方法是过充电或均衡充电，这些处理方式虽然能除去部分硫酸盐积聚物，但付出很大的代价，可能造成电池正极片网结构严重腐蚀而大大降低电池的使用寿命，而且，这些处理方式是高放热过程，会使电池内部大量热能产生，造成极片弯曲和机械重压，甚至断裂，有大量的例子证明单个电池因过充电处理而造成鼓涨甚至爆裂，近年来，多采用更安全脉冲宽度调制充电方式，但这种改进的技术仍然不能很有效地从电池极片上消除硫酸盐积聚层，特别是形成了很长时间和坚厚顽固的硫酸盐积聚层。因为，要打碎这些硫酸盐积聚层束缚，一定要提升原子的能级到一定的程度，这时候的在外层原子价带的电子被击活到下一更高的能带，是原子之间解除束缚，每一个特定的能级状态都有唯一的共振频率，必须输送特殊的能量分量给这些能级才能使已击活的原子跃迁到更高的能级状态，太低的能量分量无法达到跃迁所需能量要求，但过高的能量分量会使已跃迁的原子处于不稳定状态而随时落回原来的能级，这个过程必须反复进行直至达到最顶部或最活跃能级状态，然后也只有这样才能使它们转化成溶解于电解液的自由离子。只有经过这一系列的步骤才能是2处于很稳定共价键状态的硫酸盐积聚层，转化回最不稳定的硫酸铅分子，通过充电过程从电池极片上逐渐剥离而转化为能溶解于电解液的游离子状态。第34节 本章小结本章主要讲了铅蓄电池的失效模式和修复技术的原理，细讲了电池失效的各种原因，例如正极板的腐蚀变形，正极板活性物质脱落、软化，锑在活性物质上的严重积累等等，又讲了修复技术的发展以及其原理。第四章 蓄电池的修复仪的探讨研究第 4.1节 电脉冲修复原理 铅蓄电池保护、修复系统是采用脉冲扫描振荡技术在特定的频率下, 以连续变化的电压脉冲, 对电极表面的硫酸铅晶体进行轰击、振荡, 使硫酸铅晶体分子进入亚稳定状态, 随之发生解体、疏松、溶解, 使被坚硬的硫酸铅晶体覆盖的电极表面恢复活性, 在充电时硫酸铅进行正常的电化学反应。它巧妙地利用电池自身的能源来产生电子脉冲并反馈给电池, 用电子的方法有效地防止电池稳定的容量输出, 提高蓄电池的工作效率, 从根本上改善铅酸蓄电池的工作性能, 大大延长蓄电池寿命, 节约资金和能源。 在“休克电池”和“疲劳电池”的电极表面上已经形成的硫酸铅堆积层被清除, 因此, 电池被修复, 恢复了容量, 延长了寿命。新的铅蓄电池在脉冲扫描振荡的作用下, 电极表面上不会产生硫酸铅结晶的覆盖层, 能长时期保持新电池状态, 从而延长了寿命2。铅酸蓄电池极板原本是柔软的海绵状的宽大的零件, 图4.1（a） 所示为蓄电池极板表面原始状态。蓄电池变质的原因, 80 %是因为附着硫化物。图4.1（b）是被硫化物( 硫酸盐的晶体, 非导体物质) 紧密地附着的电极板的放大照片图4.1（a） 图4.1（b） 图4.1 (a) 蓄电池极板表面原始状态;图4.1 (b) 被硫化物附着的蓄电池极板图示 电极表面的微观结构对比1. 技术关键与输出波形技术指标(1)技术关键铅酸蓄电池保护、修复器的技术关键在于合理地设置电子脉冲的技术参数, 使该保护器产生的脉冲能够有效地清除电池极板上的结晶硫化物, 或是能够有效地阻止结晶硫化物在电池极板上生成, 从而使蓄电池极板始终保持足够的活性物质参与电化学反应, 呈高效工作状态。(2)输出波形技术指标为使保护器产生的脉冲对硫酸铅晶体的轰击振荡作用达到最佳状态, 其最佳输出脉冲波形的技术参数如下所示:脉冲频率: 10 kHz;脉冲前沿: 200 ns;脉冲宽度: 0.4 V;充电电流: 0150 mA;输入电压: 同铅酸蓄电池电压相同, 12 V/24 V。2.硬件结构设计 当蓄电池修复器接入蓄电池时, 其利用蓄电池自身的电压, 并将其转换为5V电源驱动单片机,编程输出PWM方波。将MOSFET 通过驱动电路接到单片机的PWM波输出端。单片机控制MOSFET开通关断, 从而控制电容电感电路储能、放电, 实现频率和占空比一定的电压脉冲的输出, 并反馈给需要修复或保护的蓄电池。其中MOSFET 的驱动电路是由两个NPN 三极管组成的两个反向器同由NPN 三极管和PNP 三极管组成的推挽电路构成的。其中两个NPN 三极管反向器的作用是将单片机输出的数字PWM波电压转换为可以驱动MOSFET 的12 V 电压。推挽电路的作用是放大输出电流, 最终输出的电压和电流就可以驱动MOSFET 开通关断。同时, 蓄电池电压输入端通过分压电路可接到单片机A / D 转换输入端, 将蓄电池的端电压值通过数码管输出显示。其硬件电路工作原理框图如下硬件电路工作原理框图3. 脉冲保护的基本原理 电路中产生的脉冲波不停地作用于电池2 极,使电极上的电化学反应(充放电) 不断地进行, 电解液中的离子不断地运动, 晶核无法形成, 重结晶无法进行。铅酸蓄电池保护装置就是利用铅酸蓄电池本身提供的电能产生一个脉冲电场作用于蓄电池的2 极, 不断地对电极施加脉冲波, 从而实现阻止不可逆硫酸盐化的形成。本文中所设计的铅酸蓄电池保护装置电路主要由保护电路、控制电路和主电路构成, 原理框图如图4-3所示。其中, 保护电路又包括分压和稳压电路。控制电路分为脉冲发生器和电子开关2 部分。保护电路用于整个电路的保护, 防止电路短路或蓄电池极性接反。控制电路的作用是产生脉冲信号, 控制主电路的开通与关断。控制单元是保护装置的关键部分, 脉冲消除硫化技术关键在于合理地设置电子脉冲的技术参数, 使该控制单元产生的脉冲能够有效地清除电池极板上的结晶硫化物, 或是有效地阻止结晶硫化物在电池极板上生成, 从而使蓄电池极板始终保持足够的活性物质参与电化学反应, 呈高效工作状态。图4-3 铅酸蓄电池保护装置电路组成部分4. 保护装置的电路设计 该装置设计时采用性能高、可靠性好且应用普遍的标准化芯片和微功耗电子元器件等组成的电路。主要电子元件为微控制器(555 集成芯片) 、稳压元件、脉冲频率调制电子开关和储能元件等。限流二极管D1 、D2 起保护作用; 集成稳压电路选用L7812 用于输出所需的12 V 电压; 电容C8 、C10主要起滤波功能; 555 定时器产生一定频率的方波, 控制三极管C1815 的通断, 进而控制场效应管T2 的通断; T2 相当于1 个开关, 串联在主电路中。最终主回路中产生一定频率的脉冲。 按照原子物理学和固体物理学的原理, 硫离子具有个不同的能级状态, 通常处于亚稳定能级状态的离子趋向与迁落到最稳定的共价键能级而存在。在最低能级即共价键能级状态, 硫以包含个原子的环形分子形式存在, 这个原子的环形分子模式是一种稳定的组合, 难以被打碎, 形成电池的不可逆硫酸盐化硫化。多次发生这样的情况, 就形成了一层类似绝缘层一样的硫酸铅结晶。要打砰这些硫酸盐层的束缚, 就要提升原子的能级到一定的程度, 这时候在外层原子加带的电子被激活到下一个更高的能带, 使原子之间解除束缚。每一个特定的能级都有唯一的谐振频率,必须提供给一些能量, 才能够使得被激活的原子迁移到更高得能级状态, 太低的能量无法达到跃迁所需要的能量要求。但是, 过高的能量会使已经脱离了束缚而跃迁的原子处于不稳定状态, 又回落到原来的能级。这样,必须通过多次谐振, 使得其中一次脱离了束缚, 达到最活跃的能级状态而又没有回落到原来的能级, 这样, 就转化为溶解于电解液的自由离子, 而参与电化学反应。很高的电压可以实现, 就是大电流高电压充电的方法, 谐振也可以实现, 就是脉冲谐波谐振的方法。从固体物理上来讲, 任何绝缘层在足够高的电压下都可以击穿。一旦绝缘层被击穿, 粗大的硫酸铅就会呈现导电状态。如果对高电阻率的绝缘施加瞬间的高电压, 也可以击穿大的硫酸铅结晶。如果这个高电压足够短, 并且进行限流, 在打穿绝缘层的条件下, 充电电流不大, 也不至于形成大量析气。电池析气量强正相关于充电电流和充电时间, 如果脉冲宽度足够短, 占空比足够大, 就可以在保证击穿粗大硫酸铅结晶的条件下, 同时发生的微充电来不及形成析气。这样, 实现了脉冲消除硫化。对于密封电池来说, 水疗法是无法进行的。另外, 水疗法的成本和使用工时都比较大。现在有了脉冲修复的方法,己经很少见到水疗法了。第4.2节 强电修复原理 强电修复法就是采取充电时的持久高电压或大电流修复蓄电池的方法，多在脉冲修复法效果不明显时采用。其一、高电压修复法：这种方法主要是采取电池标称电压的1.3-1.5倍的充电电压修复电池，如36V蓄电池在充电电流不变或接近的条件下，采用48V的充电器进行充电，充电时间要掌握分寸，不易过长，否则电池会因析气发热。此方法对短路、极板软化程度不高的蓄电池具有一定的修复作用，但使用不当，对电池极板压点也会造成伤害。其二、大电流修复法：这种方法主要是采取高于平时充电电流1.5-2.0倍的充电电流来修复蓄电池，如20AH的蓄电池使用3-4A的充电器进行充电，利弊与“高电压修复法”一样。第4.3节 阶梯式谐振脉冲修复原理阶梯波修复技术，通过测定电池状态，在充、放电的同时不断发出正负变频阶梯波与电池中的硫酸铅结晶体发生共振，从而使硫酸铅晶体还原成硫离子和铅离子，调解二氧化铅的比例至1:1.25，改变电介质成份和性质，每秒产生 40万组复合阶梯波提高修复效率(阶梯波频率达)3兆赫兹以上，打通离子通道，充分释放并激活原活性物质，使其具备更强的电化学能力，降低电池内阻，彻底消除电池硫化。至使硫化物质的分解还原率达95%以上，经过再生复原的铅酸蓄电池，其容量可恢复到原标准容量的95以上。 现在采用的是国际国内领先的阶梯波修复技术，可以把“不可逆”变成“可逆”，并且基本上对电池极板没有任何损伤，这是铅酸电池修复中取得的重大突破。阶梯波修复的原理是比较复杂的，首先，任何晶体在分子结构确定以后都有阶梯频率而这个阶梯频率与晶体的尺寸有关，晶体的尺寸越大，阶梯率越低，如果充电采用前沿陡峭的阶梯波，利用傅立叶级数进行频率分析可以知道阶梯波会产生丰富的阶梯成分，其低频部分振幅大，高频部分振幅小。这硫酸铅结晶，适当控制阶梯电流值，以较小的电流密度对正极板充电，基本上不会形成对正极板的损伤。对于密封电池来说，瞬间的充电电压使电极板所产生的氧气也可以通过氧循环在负极板上被吸收，电池也就不会形成失水，所以这是一种区别与其它修复的方式。 阶梯波合理的控制修复阶梯前沿，利用充电阶梯中的高次梯波与大的硫酸铅结晶阶梯方法，在修复过程中消除电池硫化，利用这种方法修复效率高，对电池损伤小，极大的延长了电池使用寿命，前景广阔，是目前国内最为先进的修复方法。第4.4节 谐振复合脉冲修复原理 中环高科ZH铅酸蓄电池保护、检测、修复系统，采用综合检修手段，首先精确判断各组蓄电池的容量与老化程度，再进行针对性的均衡充电，利用最新国际领先修复专利技术谐振式数控脉冲修复技术。数字式种序控制脉冲扫频，扫描频率和脉冲电压的变化，寻找硫酸铅结晶的共振频率，在不损坏电极板的情况下对极板发出脉冲波，以产生共振，使之转化为最不稳定的硫酸铅分子，然后通过充电使之从电池极板上逐渐分解、脱离，转化为游离子状态而进入电解液，将其恢复到电池初始状态，修复率可达98%以上，具有修复率高，使用范围广，修复效果显著、成本低、使用方便等特点。同时该系统还具有容量检测、内阻检测、均衡充电，无损修复等功能。在失效报废的铅酸蓄电池中，只要是正规厂家按标准生产的，无论是进口的还是国产的，普通的还是免维护的，富液型的还是贫液型的，只要是因硫化而报废的（非物理损坏的如：极板脱落、内部断路、短路等），利用本系统均可修复。依据消除电池硫化是利用脉冲谐波成分的原理，产生脉冲就可以改善修复效果。系统采用最先进的数字谐振复合脉冲修复技术，通过测定电池状态，在充、放电的同时不断发出正负变频脉冲，与电池中的硫酸铅结晶体发生共振，从而使硫酸铅晶体还原成硫离子和铅离子，改变电介质成份和性质，每秒产生的30万组复合脉冲提高修复效率（谐振频率达1兆赫兹以上），打通离子通道，充分释放并激活原活性物质，使其具备更强的电化学能力，降低电池内阻，彻底消除电池硫化。经过再生复原的铅酸蓄电池，其容量可恢复到原标称容量的99.66%以上，甚至100%。 虽然我们知道防止电池硫化的主要方法是给电池及时充电和不过度放电，但是在实际使用中，这种现象还是经常发生的，以前发生这种情况被认为是“不可逆”的。传统的处理方法比较复杂，采用大电流充电，活性剂置换，正负脉冲充电等，这些方法修复成功率低，存在一定的副作用。我们采用的是国际国内领先的谐振式数字脉冲修复技术，可以把“不可逆”变为“可逆”，并且对电池极板没有任何损伤，这是铅酸电池界取得的重大突破。脉冲修复的原理是比较复杂的。首先，任何晶体在分子结构确定以后都有谐振频率，而这个谐振频率与晶体的尺寸有关，晶体的尺寸越大，谐振频率越低，如果充电采用前沿陡峭的脉冲，利用傅立叶级数进行频率分析可以知道脉冲会产生丰富的谐波成分，其低频部分振幅大，高频部分振幅小。这样，大硫酸铅结晶获得的能量大，小硫酸铅结晶获得的能量小，从而形成大硫酸结晶谐振的振幅大，在正脉冲充电期间比小硫酸铅结晶容易溶解，即所谓“击碎”粗大的硫酸铅结晶，适当控制脉冲电流值，以较小的电流密度对正极板充电，基本上不会形成对正极板的损伤，对于密封电池来说，瞬间的充电电压使电极板所产生的氧气也可以通过氧循环在负极板上被吸收，电池也就不会形成失水，所以这是一种区别与其它修复方式的“无损失”修复技术。复合式谐振脉冲：合理的控制修复脉冲的前沿，利用充电脉冲中的高次谐波与大的硫酸铅结晶谐振的方法，在修复过程中消除电池硫化，利用这种方法修复效率高，对电池损伤小，极大的延长电池使用寿命，前景广阔。交流电路的谐振现象在工程中有着广泛的应用。例如，各广播电台以不同的频率的电磁波向空间发射自己的信号，用户只需要调节收音机中谐振电路的可变电容,就可接受不同频率的节目,本试验主要研究RLC 串,并联谐振电路的不同特性谐振电路是由电感线圈，电容器及电阻构成的图4-4-1（a）所示是无分支的串联谐振电路，图4-4-1（b）所示是有分支的并联谐振电路。 一串联电路的谐振 在串联电路中，若接入一个输出电压幅值一定，输出频率f连续可调的正弦交流信号源，则电路中的许多参数将随着信号源的频率的变化而变化即电路阻抗，回路电流，电流与信号源电压之间的相位差分别为Z=R2+(ZL-ZC)21/2=R2+(L-1/C)21/2I=U/Z=U/R2+(L-1/C)21/2=arctan(L-1/C)/r上述三个式子中，信号源角频率=2f，容抗Zc=1/C，感抗ZL=L，各参数随的变化而变化 很小时，电路总阻抗Z=R2+(1/C)21/2，/2电流的相位超前与信号源电压相位，整个电路呈容性；很大时，Z=R2+(L)21/2，-/2，电流相位滞后与信号源电压相位，整个电路呈感性；当容抗等于感抗，相互抵消时，电路总阻抗，为最小值，此时回路电流为最大值Imax=U/R，相位差=0，整个电路呈阻性，这个现象即为谐振现象发生谐振时的频率fo称为谐振频率，角频率o称为谐振角频率，它们之间的关系为=0=(1/LC) 1/2 或 fo=0/2=1/2(LC) 1/2谐振时，电感上的电压UL与信号源输出电压之比为，称为电路的品质因数，反映谐振电路的固有性质Q=ZL/R=ZC/R=UL/U=UC/U=1/0RC=0L/R=1/R(L/C) 1/2 有式可知，UL或Uc均为电源电压的倍通常1，所以UL或Uc可以比大得多故此有称串联谐振为电压谐振值还标志着电路的频率选择性，即谐振峰的尖锐程度，如图所示通常规定电流值为其极大值的1/2 1/2的两点所对应的频率之差f=f2-f1为“通频带宽度”根据此定义，可推出f=f2-f1=fo/Q显然，值越大，通频带宽f越小，谐振曲线也就越尖锐；反之亦然这就表明电路的选频性能越强Q值越大电流越大！（二）并联谐振电路 并联电路也具有谐振的特性，但是与串联电路有着较大的区别电路总阻抗，回路电流，回路中电流与信号源之间的相位差与角频的关系如下：Z= R2+(L)2/(1-2LC) 2+(2CR) 2 1/2I=U/Z=arctan(L-CR2-3L2C)/R 同串联电路类似，若固定参数并使信号源输出的电流值保持不变，而只改变信号的频率，则回路中都将随信号源频率的改变而改变，当角频率为0时，达到极大值，回路电流达到极小值此特性与串联电路谐振时的情况恰恰相反，当=0时，电路呈阻性，电路达到谐振状态，此时并联谐振为图4.4.1（a）串联谐振电路 图4.4.2（b）并联谐振电路01=1/LC-(R/C)21/2=0-(R/C) 21/2一般情况下，R2/L21/LC,故010，并联电路的特性，也可用品质因数来描述，越大，电路的选择性也越好在谐振时，两分支电路中的电流几乎相等，且近似为总电流的倍，因而，并联谐振也称为电流谐振第45节 全充全放电修复法全充全放电修复法就是对蓄电池采取完全充满电后，再完全的放电修复蓄电池的方法。全充全放电修复法主要是对轻度损伤的蓄电池具有一定的修复作用，同时此方法还可以有效的激活电瓶深层的活性物质，提高蓄电池容量。如轻度硫化的电池，内阻较高的电池，此法的关键是放电一定要充分，并且是对每节单体电池进行单独的充分放电，全充全放电1-2次，蓄电池的容量一般都能得到提升。全充全放电修复法不得经常使用，最少半年使用一次，最多三个月使用一次。第4.6节 修复原理比较分析电脉冲修复原理是采用脉冲扫描振荡技术在特定的频率下, 以连续变化的电压脉冲, 对电极表面的硫酸铅晶体进行轰击、振荡, 使硫酸铅晶体分子进入亚稳定状态, 随之发生解体、疏松、溶解, 使被坚硬的硫酸铅晶体覆盖的电极表面恢复活性, 在充电时硫酸铅进行正常的电化学反应。强电修复原理采取充电时的持久高电压或大电流修复蓄电池的方法，多在脉冲修复法效果不明显时采用。阶梯式谐振脉冲修复原理采取阶梯波合理的控制修复阶梯前沿，利用充电阶梯中的高次梯波与大的硫酸铅结晶阶梯方法，在修复过程中消除电池硫化，谐振复合脉冲修复原理通过测定电池状态，在充、放电的同时不断发出正负变频脉冲，与电池中的硫酸铅结晶体发生共振，从而使硫酸铅晶体还原成硫离子和铅离子，改变电介质成份和性质，每秒产生的30万组复合脉冲提高修复效率（谐振频率达1兆赫兹以上），打通离子通道，充分释放并激活原活性物质，使其具备更强的电化学能力，降低电池内阻，彻底消除电池硫化。全充全放电修复法就是对蓄电池采取完全充满电后，再完全的放电修复蓄电池的方法。分析：（1）正负脉冲修复:对轻微硫化的电瓶有所效果，但对硫化比较重的电瓶没有效果。对电瓶的极板有很大的损伤。（2）强电修复法:此方法对短路、极板软化程度不高的蓄电池具有一定的修复作用，但使用不当，对电池极板压点也会造成伤害。（3）阶梯式谐振脉冲修复原理:该方法优点是提高了修复速度。缺点是因为产生的脉冲修复频率和占空比不变，对任何电瓶都是用一种不变的频率来修复，对电瓶有损伤。（4）复合式谐振脉冲：合理的控制修复脉冲的前沿，利用充电脉冲中的高次谐波与大的硫酸铅结晶谐振的方法，在修复过程中消除电池硫化，经过再生复原的铅酸蓄电池，其容量可恢复到原标称容量的99.66%以上，甚至100%，是一种区别与其它修复方式的“无损失”修复技术，利用这种方法修复效率高，对电池损伤小，极大的延长电池使用寿命，前景广阔。（5)全充全放电修复法: 主要是对轻度损伤的蓄电池具有一定的修复作用，但如果蓄电池受严重损伤，此方法就不宜使用。第47节 本章小结本章详细的分析了几种铅蓄电池的修复方法，具体有电脉冲修复法，强电修复法，阶梯式谐振脉冲修复，谐振复合脉冲修复法，全充全放电修复法，后面又综合的比较分析了各种修复技术的优缺点，相比之下，谐振复合脉冲修复法是一种比较好的修复技术，它效率高，极大地延长了电池的使用寿命。结论通过分析各种修复方法，我了解了很多，并且比较出了各种修复仪的好坏，其中我个人觉得谐振复合脉冲修复是最好的修复技术，合理的控制修复脉冲的前沿，利用充电脉冲中的高次谐波与大的硫酸铅结晶谐振的方法，在修复过程中消除电池硫化，所以这是一种区别与其它修复方式的“无损失”修复技术。利用这种方法修复效率高，对电池损伤小，极大的延长电池使用寿命，前景广阔。当然我通过了解各种修复方法，像电脉冲修复，强电修复，全充全放电修复，还有阶梯式谐振脉冲修复都有其好的地方，在现代社会的需求量也比较大的，用途也比较广，但是其中存在着各自的缺点和使用弊端，在综合比较分析中已经具体的阐述了这一点问题，但很多厂家还是在使用过程中，随着社会科技的发展，好的修复技术将会被利用，一些存在缺点的修复仪也将被淘汰，但是社会还是在进步的。经过多次的修改，本篇论文还存在很多的不足之处，在把握中心思想的地方还不够严谨，比较还不是很明显，虽然知道也了解了修复仪的使用和好坏，知道具体针对蓄电池的修复采用什么方法，但是我还需进一步的改善，自己针对这方面的问题还要进一步的提高。参考文献1 乔亦男. 铅酸蓄电池修复及保护系统的研究J. 中国自行车, 2003.7.2 乔亦男, 许凤山. 铅蓄电池修复保护系统的研究J. 电池工业, 2004.6.3 铅酸蓄电池保护器及修复仪J.中国环保产业, 2003.12.4 ERUMA 股份有限公司. 蓄电池的寿命延长器.5王金良，许凤山，马扣祥，等脉冲技术应用于失效铅酸蓄电池恢复的研究J .电池工业，2001，6（2）：51.6朱松然，韩仁清，陈延喜.PCL蓄电池容量恢复的研究J.电源技术,1999,(1):19-217巴德A J, 福克纳L R.电化学方法原理及应用M.北京:化学工业出版社, 1986.8孙涵芳.Inter16位单片机M.北京:北京航空航天大学出版社, 1995.9Bulpin B,Rand D A J.Failure modes of lead asid batteries M.J Power 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Moving target classi2fication and t racking f rom real2time video. In : Proc IEEE11 Workshop on Applications of Computer Vision , Prince2ton , NJ , 1998 , 8214.12Meyer D , Denzler J and Niemann H. Model based ext rac2tion of articulated object s in image sequences for gait anal2ysis. In : Proc IEEE International Conference on ImageProcessing , Santa Barbara , California 1997 , 78281.致 谢本论文即将完成，在撰写论文过程中，很多老师和同学给予了我很多的指导和帮助。在此表示忠心的感谢。首先，感谢我的导师吴迪老师。在他的悉心指导下，我的论文才能够顺利的完成。他认真负责，严谨细致，精益求精，能从师于刘老师是我的荣幸。其次，感谢给予我帮助的同学。他们耐心和我讨论，帮助我解决疑难问题。再次，感谢在四年中教授我知识的老师们。是他们让我学到了丰富的理论知识和专业知识，为今天论文的顺利完成打下了基础。22