蓄电池充电技术研究

时间：02-20 来源：21ic 赵异波何湘宁丁劲松点击：

源可有效地实现蓄电池脉冲快速充电。

图1 蓄电池可接受的充电电流曲线

图2 脉冲快速充电曲线

图3 高频开关充电电源方框图

　　3充电控制方法

　　充电控制主要包括主充、均充、浮充三阶段的自动转换，从放电状态到充电状态的自动转换，充电程序判断及停充控制等方面。掌握正确的控制方法，有利于提高蓄电池充电效率和使用寿命。

　　3.1主充、均充、浮充各阶段的自动转换

　　目前，国内大部分充电电源仍采用主充、均充、浮充三阶段充电法实现对蓄电池的充电。充电各阶段的自动转换方法有：

　　（1）时间控制，即预先设定各阶段充电时间，由时间继电器或CPU控制转换时刻；

　　（2）设定转换点的充电电流或蓄电池端电压值，当实际电流或电压值达到设定值时，即自动转换；

　　（3）采用积分电路在线监测蓄电池的容量，当容量达到一定值时，则发信号改变充电电流的大小。

　　上述方法中，时间控制比较简单，但这种方法缺乏来自蓄电池的实时信息，控制比较粗略；容量监控方法控制电路比较复杂，但控制精度较高。

3.2充电程度判断

　　在对蓄电池进行充电时，必须随时判断蓄电池的充电程度，以便控制充电电流的大小。判断充电程度的主要方法有：

　　（1）观察蓄电池去极化后的端电压变化。一般来说，在充电初始阶段，电池端电压的变化率很小；在充电的中间阶段，电池端电压的变化率很大；在充电末期，端电压的变化率极小[2]。因此，通过观测单位时间内端电压的变化情况，就可判断蓄电池所处的充电阶段；

　　（2）检测蓄电池的实际容量值，并与其额定容量值进行比较，即可判断其充电程度；

　　（3）检测蓄电池端电压判断。当蓄电池端电压与其额定值相差较大时，说明处于充电初期；当两者差值很小时，说明已接近充满。

　　3.3停充控制

　　当蓄电池充足电后，必须适时地切断充电电流，否则蓄电池将出现大量出气、失水和温升等过充反应，直接危及蓄电池的使用寿命。因此，必须随时监测蓄电池的充电状况，保证电池充足电而又不过充电。主要的停充控制方法有：

　　（1）定时控制采用恒流充电法时，电池所需充电时间可根据电池容量和充电电流的大小很容易地确定，因此只要预先设定好充电时间，一旦时间一到，定时器即可发出信号停充或降为涓流充电。定时器可由时间继电器充当，或者由单片机承担其功能。这种方法简单，但充电时间不能根据电池充电前状态而自动调整，因此实际充电时，可能会出现有时欠充、有时过充的现象；

　　（2）电池温度控制对CdNi电池而言，正常充电时，蓄电池的温度变化并不明显，但是，当电池过充时，其内部气体压力将迅速增大，负极板上氧化反应使内部发热，温度迅速上升（每分钟可升高几个摄氏度）。因此，观察电池温度的变化，即可判断电池是否已经充满。通常采用两只热敏电阻分别检测电池温度和环境温度，当两者温差达到一定值时，即发出停充信号。由于热敏电阻动态响应速度较慢，故不能及时准确地检测到电池的满充状态；

　　（3）电池端电压负增量控制一般而言，当电池充足电后，其端电压将呈现下降趋势，据此可将电池电压出现负增长的时刻作为停充时刻。与温度控制法相比，这种方法响应速度快，此外，电压的负增量与电压的绝对值无关，因此这种停充控制方法可适应具有不同单格电池数的蓄电池组充电。此方法的缺点是一般的检测器灵敏度和可靠性不高，同时，当环境温度较高时，电池充足电后电压的减小并不明显，因而难以控制；

　　（4）利用极化电压控制通常情况下，蓄电池的极化电压出现在电池刚好充满后，一般在50mV～100mV数量级，采用有关专利技术[3]来测量每个单格电池的极化电压，这样就使每个电池都可充电到它本身所要求的程度。研究表明，由于每个电池在几何结构、化学性质及电学特性等方面至少存在一些轻微的差别，那么根据每个单格电池的特性来确定它所要求的充电水平会比把蓄电池组作为一个整体来控制的方法更加合适一些。这种方法的优点表现在：

　　①不需温度补偿；

　　②电池不需连续浮充电，电池间连线腐蚀减少；

　　③不同型号和使用情况的电池可构成一组使用；

　　④可以随意添加电池以便扩容；

　　⑤每个电池都可用到不能再用，而其寿命不会缩短。

　　4结论

蓄电池充电技术的改进，有利于缩短充电时间、提高利用效率、延长使用寿命、降低能耗、减少环境污染，具有良好的经济效益和社会效益。根据蓄电池可接受充电电流曲线，只要采用适当方法对电池实行去极化，实现蓄电池的快速充电是可能的。研究表明，脉冲充电、脉冲放电去极化充电法是一种较好的快速充电方法，而实现这一方法的最佳装置是高频开关充电电源。蓄电池的充电控制

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