林湫

（華中科技大學文華學院，武漢430074）

摘要：本文以電動自行車上廣泛使用的全密封型免維護鉛酸蓄電池為對象，通過對智能充電算法的研究，采用單片機作控制器，實時監控電壓、電流，使充電過程按理想的充電曲線進行，達到既保護電池，又能使電池充滿的最優效果。

0引言

蓄電池的實際使用壽命可由函數關系式（1-1）表示：

美國科學家Max曾對蓄電池的充電過程作了大量的試驗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，實驗表明，如果充電電流接近曲線變化，就可以在縮短充電時間的同時又對蓄電池傷害極微。

當用恒壓充電法充電時，充電電源的電壓保持一定的數值，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勢較低，充電電流很大，隨著充電的進行，電流將逐漸減少，因此它只需簡易控制系統。

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，實現了從化學能到電能之間的轉變。鉛酸蓄電池由正負極板，電解液和電解槽組成。正極板的活性物質是二氧化鉛（PbO2），負極板的活性物質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，所進行的充電方法。此電壓值應選取與蓄電池充電過程中出氣點相應的電壓值。

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。為實現快速充電，必須采用較大的電流進行充電，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合的快速充電方法。首先以恒定電流充電至預定的電壓值，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束是采用定電流，中間用定電壓充電。當電流衰減到預定值時，由第二階段轉換到第三階段。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充電模式的一個周期由3個模式組成：正向充電脈沖，反向瞬間放電脈沖，維持及檢測用的脈沖。

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上，其特點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，將電池恢復至完全充電態。

⑥變電壓間歇充電法。在變電路間歇充電的基礎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定充電電流的大小及其變化規律。為了縮短充電時間，必須加大充電電流值，控制充電電流變化規律。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現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充電電流應隨著充電的進行而逐漸降低，③充電過程中必須采用適當的去極化。通過以上的討論，結合脈沖充電、Relflex快速充電、變電流間歇充電法、變電壓間歇充電法的優點認為變電壓變電流波浪式正負零脈沖間歇快速充電法比較能滿足現有需求。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（驅動充放電開關管）信號的頻率可調，從而調節充電電流；另一種就是脈沖電流的幅值是可變的，而PWM信號的頻率是固定的。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信號的頻率都是固定的，而PWM占空比可調，并在此基礎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現

系統硬件包括兩個大部分：充電電源設備以及控制電路。主要由半橋功率變換器、驅動器、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，過壓保護。結合軟件還可實現電池接反和掉電檢測。采集到的電池端電壓、充電電流、電池溫度等狀態信息，送入CPU進行必要的處理和判斷并得到相應的控制電壓，單片機輸出充電信號、間歇停止充電信號、放電信號脈沖到充電、放電電路，從而實現對蓄電池充電、停充和放電持續時間的控制，對各個階段內充電電流以及充電電壓的平均值進行調節，使其符合充電電流接受率下降的特點。同時在充電過程中，通過反饋電阻反饋信息到PWM控制器的內部電流誤差放大器和內部電壓誤差放大器的反向和同向輸入端，實現充電電源輸出恒流和恒壓的控制，并且通過調節反饋電阻值的大小，實現限流值和限壓值的調節，以適應不同的蓄電池。

4結束語

本文針對鉛酸蓄電池動力系統，對各種大電流充電方法進行了探討并介紹了一種新穎的波浪式正負零脈沖間歇柔性快速充電方式。研究主要內容：通過對蓄電濁電化學規機理的研究，特別是極化現象成因的分析，說明了用零脈沖細負脈沖去極化的充電方法；比較了傳統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的基礎上介紹了利用動態調節占空比和間歇時間以實現變電壓變電流波浪式正負零脈沖快速充電方法。

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