林湫

（華中科技大學(xué)文華學(xué)院，武漢430074）

摘要：本文以電動(dòng)自行車上廣泛使用的全密封型免維護(hù)鉛酸蓄電池為對(duì)象，通過對(duì)智能充電算法的研究，采用單片機(jī)作控制器，實(shí)時(shí)監(jiān)控電壓、電流，使充電過程按理想的充電曲線進(jìn)行，達(dá)到既保護(hù)電池，又能使電池充滿的最優(yōu)效果。

0引言

蓄電池的實(shí)際使用壽命可由函數(shù)關(guān)系式（1-1）表示：

美國科學(xué)家Max曾對(duì)蓄電池的充電過程作了大量的試驗(yàn)研究而后提出了以最低出氣率為前提的蓄電池可接受的充電曲線，實(shí)驗(yàn)表明，如果充電電流接近曲線變化，就可以在縮短充電時(shí)間的同時(shí)又對(duì)蓄電池傷害極微。

當(dāng)用恒壓充電法充電時(shí)，充電電源的電壓保持一定的數(shù)值，隨著蓄電池端電壓的逐漸升高，電流逐漸減少，因而與恒流充電法比較，其充電過程更接近于最佳充電曲線。用恒定電壓快速充電，由于充電初期蓄電池電動(dòng)勢(shì)較低，充電電流很大，隨著充電的進(jìn)行，電流將逐漸減少，因此它只需簡(jiǎn)易控制系統(tǒng)。

1鉛酸蓄電池的工作原理與快速充電方法探討

鉛酸蓄電池是一種原電池，實(shí)現(xiàn)了從化學(xué)能到電能之間的轉(zhuǎn)變。鉛酸蓄電池由正負(fù)極板，電解液和電解槽組成。正極板的活性物質(zhì)是二氧化鉛（PbO2），負(fù)極板的活性物質(zhì)是灰色海綿狀的金屬鉛（Pb），電解液是濃度為27％-37％的硫酸水溶液。

快速充電的分類：

①恒定電壓法。恒定電壓法是在確定并保持充電電壓為某一恒定值的情下，所進(jìn)行的充電方法。此電壓值應(yīng)選取與蓄電池充電過程中出氣點(diǎn)相應(yīng)的電壓值。

②恒定電流法。恒定電流法是在充電過程中一直保持充電電流恒定的充電方法。為實(shí)現(xiàn)快速充電，必須采用較大的電流進(jìn)行充電，因此造成充電后期蓄電池大量出氣，過量出氣是不允許的，所以一般不采用。

③階段充電法。包括二階段充電法和三階段充電法。二階段充電法一般采用恒定電流和恒定電壓相結(jié)合的快速充電方法。首先以恒定電流充電至預(yù)定的電壓值，然后改為定電壓完成剩余的充電。一般兩階段轉(zhuǎn)換電壓就是第二階段的恒定電壓。三階段充電法是在充電開始和結(jié)束是采用定電流，中間用定電壓充電。當(dāng)電流衰減到預(yù)定值時(shí)，由第二階段轉(zhuǎn)換到第三階段。這種方法可以將出氣量衰減到最少，但作為一種快速充電方法，還受到限制。

④Reflex快速充電法。Reflex充電模式的一個(gè)周期由3個(gè)模式組成：正向充電脈沖，反向瞬間放電脈沖，維持及檢測(cè)用的脈沖。

⑤變電流間歇充電。它是建立在恒流充電和脈沖充電的基礎(chǔ)上，其特點(diǎn)是將恒流充電段改為限壓變電流間歇充電段。充電前期的各段采用變電流間歇充電的方法，保證加大充電電流，獲得絕大部分充電量。充電后期采用定電壓充電段，獲得過充電量，將電池恢復(fù)至完全充電態(tài)。

⑥變電壓間歇充電法。在變電路間歇充電的基礎(chǔ)上又有人提出了變電壓間歇充電法。此法較變電流間歇充電更符合最佳充電曲線。

2鉛酸蓄電池大電流快速充電方法

任何一種充電制度都必須規(guī)定充電電流的大小及其變化規(guī)律。為了縮短充電時(shí)間，必須加大充電電流值，控制充電電流變化規(guī)律。脈沖充電放電去極化快速充電制度，要從充電電流和去極化措施兩方面確定實(shí)現(xiàn)蓄電池快速充電必須遵循的原則。

因此，①快速充電電流值不宜過大，②充電電流應(yīng)隨著充電的進(jìn)行而逐漸降低，③充電過程中必須采用適當(dāng)?shù)娜O化。通過以上的討論，結(jié)合脈沖充電、Relflex快速充電、變電流間歇充電法、變電壓間歇充電法的優(yōu)點(diǎn)認(rèn)為變電壓變電流波浪式正負(fù)零脈沖間歇快速充電法比較能滿足現(xiàn)有需求。脈沖充電法充電電路的控制有兩種：脈沖電流幅值固定不變，PWM（驅(qū)動(dòng)充放電開關(guān)管）信號(hào)的頻率可調(diào)，從而調(diào)節(jié)充電電流；另一種就是脈沖電流的幅值是可變的，而PWM信號(hào)的頻率是固定的。這里說明的是采用了一種不同于這兩者的控制模式，脈沖電流幅值和PWM信號(hào)的頻率都是固定的，而PWM占空比可調(diào)，并在此基礎(chǔ)上加入了間歇停充階段，提高蓄電池的充電接受能力。

3鉛酸蓄電池大電流快速充電方法硬件電路的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)硬件包括兩個(gè)大部分：充電電源設(shè)備以及控制電路。主要由半橋功率變換器、驅(qū)動(dòng)器、PWM控制器、微處理器、充電電路、放電電路六部分組成，并具有過流保護(hù)，過壓保護(hù)。結(jié)合軟件還可實(shí)現(xiàn)電池接反和掉電檢測(cè)。采集到的電池端電壓、充電電流、電池溫度等狀態(tài)信息，送入CPU進(jìn)行必要的處理和判斷并得到相應(yīng)的控制電壓，單片機(jī)輸出充電信號(hào)、間歇停止充電信號(hào)、放電信號(hào)脈沖到充電、放電電路，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池充電、停充和放電持續(xù)時(shí)間的控制，對(duì)各個(gè)階段內(nèi)充電電流以及充電電壓的平均值進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其符合充電電流接受率下降的特點(diǎn)。同時(shí)在充電過程中，通過反饋電阻反饋信息到PWM控制器的內(nèi)部電流誤差放大器和內(nèi)部電壓誤差放大器的反向和同向輸入端，實(shí)現(xiàn)充電電源輸出恒流和恒壓的控制，并且通過調(diào)節(jié)反饋電阻值的大小，實(shí)現(xiàn)限流值和限壓值的調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同的蓄電池。

4結(jié)束語

本文針對(duì)鉛酸蓄電池動(dòng)力系統(tǒng)，對(duì)各種大電流充電方法進(jìn)行了探討并介紹了一種新穎的波浪式正負(fù)零脈沖間歇柔性快速充電方式。研究主要內(nèi)容：通過對(duì)蓄電濁電化學(xué)規(guī)機(jī)理的研究，特別是極化現(xiàn)象成因的分析，說明了用零脈沖細(xì)負(fù)脈沖去極化的充電方法；比較了傳統(tǒng)的恒流充電和恒壓充電方案，二階段充電方案，以及正、零脈沖充電方案，變電流間歇充電方案，變電壓間歇充電方案，在充分分析它們各自的特點(diǎn)的基礎(chǔ)上介紹了利用動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)占空比和間歇時(shí)間以實(shí)現(xiàn)變電壓變電流波浪式正負(fù)零脈沖快速充電方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝自美等.電子線路綜合設(shè)計(jì)[M].華中科技大學(xué)出版社.

[2]張占松.開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)（修訂版）[M].電子工業(yè)出版社.

[3]鮑爾奇.完整數(shù)字設(shè)計(jì)[M].清華大學(xué)出版社.