快速脉冲充电技术的研究

其充电接受比和放电放掉的容量的平方根成反比,

即:

其中,K 为常数, C为放电容量。可见α随放电深度而变, 放出电量越多,α值越大,充电接受电流也越大。实验的基础上验证还指出, 对于任何放电深度, 一个充电电池的充电接受比α是和放电电流I d的对数成正比, 即α= K lg ( KI d ) , 它定量地表明随放电率的不同充电接受比的变化。

因此, 充电电池在充电过程中采取电量相对很小,而幅度较大且时间很短的放电措施, 将恢复或提高充电电池的充电接受率,从而增大了充电电流, 加快了充电效率, 也就是说在快速充电中,进行短暂的停充, 在停充中加入放电脉冲, 这就是脉冲式快速充电的基本方法。

快速充电装置的设计原则

(1)应在整个充电时期内,始终适时地采取去极化措施。充电电池的充电电流随时间会超过可接受电流,故充电前期应有去极化措施。

(2)去极化措施应能自动适应充电时间内的不同要求, 动态跟踪

充电电池的实际状态、可接受的充电电流,自动确定充电时的参数。

(3)充电中充电电池电压上升到一定程度时,应当停止, 进行放电去极化。去极化措施应能抑制过超电能, 使其达不到气体析出的电能。

(4)去极化是有限度的,端电压降至一定值时就适时转化再充放电过程。

快速充电系统的实现

根据实验验证的充电曲线,理论上充电起始电流应尽可能大,但实际由于充电电池内部结构参数及充电装置和供电系统的限制,起始电流不能过大;其次充电末期电流也不要太小,以免延长充电时间。反应充电电池内部状态和接受能力的特征参量很多,在此选取端电压和端电压变化率参数,结合充放电电流和充放电时间两个参数变量来描述充放电过程中充电电池的内部状态,作为充电状态动态变化的依据。

(1)电压与容量关系

如图2 所示,为电压与充电电池容量关系曲线。由图2曲线可看出,采用大电流充电效率时,为使电池容量恢复到100 % , 必须允许一定的过充电反应,过充电反应发生后, 单格充电电池电压迅速上升,达到一定数值后上升速度减小, 然后缓慢下降。故在充电电池充足电后,充电电路应输出恒定的浮充电压。浮充电压不能过高,实践证明实际浮充电压大于规定浮充电压5%时,免维护充电电池的寿命将缩短一半。

0 图中C : 蓄电池容量

图2

充电过程中的安时转换率可近似用式表示:

η= ( U e - U - U0) / U e C I ×100 %

式中η—转换率

U e —充电终止电压

U —当前电压,包括极化电压U p 和电动势E 两部分

C I —电流换算系数,10小时充电率时取1，因此充电电池动态容量可以由式算出:

C = C0 + ∫t i ×ηdt

式中C0 为初始荷电容量

电压与环境温度关系由于剃须刀密封防水运行情况复杂,温度变化较大,而充电电池电压与环境温度又有着密切的关系,因而在设计充电器时要充分考虑温度因素。由充电电池的电压与温度关系得知, 温度每升高1 ℃, 单格电池的电压将下降约3mV 。因此,为保证在很宽的温度范围内都能使充电电池刚好充足电,充电控制电路的各种转换电压必须随充电电池电压的温度系数而变。

硬件电路

系统硬件原理图如图3 所示:

图3

电路控制部分采用MCU控制, 可以方便的实现算法;对于脉冲电路的实现,应用MCU的 PWM 输出功能模块,驱动充电控制模块电路,可以方便的实现脉冲占空比的调节;充电控制模块电路简单可

靠,能够实时对电池进行均衡充电或浮充电。采样电路中采用高精度的基准电压模块,将采集到的数据通过MCU转换为所需信号, 选通开关根据需要选择不同的参数;显示部分为液晶或LED ,将充电状态实时显示或保留。

软件设计

软件流程图如图4 所示:

图4

(1) 命令状态部分为A/D自动采集及轻触式操作,包括充电模式命令、参数设置及输出命令等。

(2) 数据采集处理部分完成对各参数模拟量的采集处理。

(3) 算法处理部分对采集的模拟量转化为数字量后再进行控制算法处理。

(4)状态分析调节部分根据安时累计、电池电压及其变化率和温

度等一系列计算结果判断电池状态,作出相应调节。

(5) 驱动输出部分通过MCU I/ O 口驱动外部电路,输出相应充电

电流。

(6)温度测量和控制部分完成温度测控。

(7)显示部分通过I/ O口通信驱动液晶显示及各种LED指示, 完成对各状态及参数的显示、指示等操作。

结论

通过对比实验得出: 充电电池充电采用脉冲分段恒流充电方式

比较合理。对分段恒流充电参数的研究表明:首段充电电流取0.5 C , 选用三段至五段恒流充电方式充电,能抑制正极板活性物质的软化

和负极板活性物质的硫酸盐化, 达到既不过充, 也不欠充的目的, 从而得到比较理想的充电效果，在充电过程中充电电池温升较小,

充电效率较高。