蓄电池充电（精选12篇）
蓄电池充电 篇1
无论是新购买的蓄电池, 还是正在使用的蓄电池, 或者是存放的蓄电池, 都必须对其进行充电, 使其保持一定的容量, 以延长其使用寿命。蓄电池充电时的具体操作方法称为充电工艺, 不同状态蓄电池的充电工艺不同。
1.初充电
新普通蓄电池或修复后的蓄电池 (更换极板) 在使用之前的首次充电为初充电。初充电的目的在于消涂蓄电池在库存期间极板表面产生的轻微硫化, 使活性物质得到更好的恢复, 以保证蓄电池的容量。初充电步骤如下:
(1) 检查蓄电池外壳有无破裂, 拧下加液口盖的螺塞, 检查通气孔是否畅通。
(2) 根据不同季节和气温选择电解液密度, 将适当密度, 温度低于30 ℃的电解液从加液孔处缓缓加入蓄电池内, 液面要高出极板上沿10～15 mm。
(3) 蓄电池加入电解液后, 静止3～6 h, 让电解液充分浸渍极板。此时由于电解液充分渗透到极板内部, 容器里的电解液减少, 液面下降, 应再加入电解液把液面调整到规定值。待蓄电池内温度低于30°时, 将充电机与蓄电池相连, 准备充电。
(4) 初充电按充电规范进行, 因为新蓄电池在储存中可能有一部分极板硫化, 充电时容易过热, 所以初充电的电流选用的较小, 充电分两个阶段进行。第一阶段的充电电流约为蓄电池额定容量的1/5, 充电至电解液中有气泡析出, 蓄电池单格端电压达到2.4 V。第二阶段充电电流约为蓄电池额定容量的1/30。
(5) 在充电过程中, 应经常测量单格电池的端电压和电解液密度, 当电压达到2.4 V时, 应及时转入第二阶段充电, 直到电压和电解液密度在2～3 h内不再变化, 并有大量气泡放出为止。初充电的充电时间约为45～65 h。
2.补充充电
补充充电即使用中蓄电池的充电。当蓄电池在使用中出现起动无力, 前照灯暗淡, 或电解液密度下降到1.20 g/m3以下, 以及冬季放电超过25%和夏季放电超过50%时, 就要及时进行补充充电。
补充充电的工艺与初充电基本相同, 其不同点是:充电前不需加注电解液, 当液面过低时, 一般需补充蒸馏水。另外, 充电电流的选择是:第一阶段为蓄电池额定容量数值的1/10, 第二阶段是第一阶段的一半, 为额定容量数值的1/20, 补充充电时间约13～16 h。
对于干荷蓄电池, 由于极板处于干燥的已充电状态, 所以使用时, 只需加满电解液后, 静放20～30 min即可装车使用, 减少了初充电工序, 提高了使用方便性。但是对于已超过有效储存期的干荷蓄电池, 由于极板部分氧化, 因此在使用前应补充充电5～10 h后再用。
3.去硫化充电
蓄电池发生硫化现象后, 内阻将显著增大, 充电时温升也较快。硫化严重的蓄电池就只能报废, 硫化程度较轻的可以用去硫充电法加以消除。具体操作如下:
(1) 首先倒出原有的电解液, 并用蒸馏水清洗两次, 然后再加入足够的蒸馏水。
(2) 接通充电电路, 将电流调到初充电的第二阶段电流值进行充电, 当密度上升到1.15时倒出电解液, 换加蒸馏水再进行充电, 直到电解液密度不再增加为止。
(3) 以10 h放电率放电, 当单格电压下降到1.7 V时, 再以补充充电的电流进行充电、再放电, 再充电, 直到容量达到额定值80%以上, 即可使用。
4.循环锻炼充电
循环锻炼充电是为了使极板的活性物质得以充分利用, 保证蓄电池容量不下降的一种方法, 在蓄电池正常补充充电 (或间歇充电) 之后, 用20 h放电率进行放电, 然后再实施正常补充充电。一般要求循环锻炼后的蓄电池容量应达到额定容量的90%以上, 否则应进行多次充放电循环。
5.间歇过充电
蓄电池充电终了后, 继续充电是有害的, 但考虑到蓄电池在机械上经常处于充电不足或部分放电状况, 可能产生硫化现象, 因此每隔一定时间, 在完成补充充电的基础上, 应进行一次预防硫化的过充电, 即有意识地把充电时间延长, 让蓄电池充电更彻底些, 以消除可能产生的轻微硫化。具体做法如下:
在正常的补充充电后, 停止1 h, 再用第二阶段的电流继续充电, 直到电解液大量地冒气泡时, 再停止1 h, 然后再恢复第二阶段的充电, 如此循环, 直到一接通充电电源, 蓄电池在1～2 min内就出现大量气泡为止。
蓄电池充电 篇2
其实这种观念已经过时了。
所谓充电12小时激活电池是针对镍氢电池来说的，而目前市面上的智能手机大部分都是采用锂电池。
锂电池不需要激活，也没用记忆功能，所以是可以随充、随用的，并没有镍氢电池那么多的讲究。
为新手机充电的正确方法
如果想要自己的智能手机保持原本能够达到的续航效果，不妨遵照以下方法来充电：
1、新手机头三次可以使用到低电告警，使用原装直充将手机在开机的情况下充满，然后多充电1小时即可，这是考虑到充电控制的`误差所建议的，不必充到12小时。
2、不少人喜欢临睡前给手机充电，其实这样会导致手机充电时间过长，使手机电池反而会引起一些损坏。
另外，很多地区夜间电压较高、波动较大，对电池寿命的维持并没有积极作用。
3、目前市面上一般的智能手机都可以随充、随用、随停。
不要等手机完全没电自动关机了才去充电，这样对电池的损害也非常大。
电池充满后可持续多充15-30分钟，多充无益。
新手机充电注意事项
1、锂电池的手机或充电器在电池充满后都会自动停充，并不存在镍电充电器所谓的持续10几小时的“涓流”充电。
也就是说，如果你的锂电池在充满后，放在充电器上也是白充。
而我们谁都无法保证电池的充放电保护电路的特性永不变化和质量的万无一失，所以你的电池将长期处在危险的边缘徘徊。
这也是我们反对长充电的另 一个理由。
2、此外在对某些手机上，充电超过一定的时间后，如果不去取下充电器，这时系统不仅不停止充电，还将开始放电-充电循环。
也许这种做法的厂商自有其目的，但显 然对电池和手机/充电器的寿命而言是不利的。
同时，长充电需要很长的时间，往往需要在夜间进行，而以我国电网的情况看，许多地方夜间的电压都比较高，而且波动较大。
前面已经说过，锂电池是很娇贵的，它比镍电在充放电方面耐波动的能力差得多，于是这又带来附加的危险。
蓄电池充电 篇3
摘 要： 蓄电池的充放电管理一直是其控制器的关键.为提高光伏系统中蓄电池的充电效率，延长蓄电池使用寿命，采用脉宽调制的三段式充电策略（快速充电、脉冲式恒压充电及浮充电），利用MATLAB/Simulink软件平台对整个系统进行建模并仿真，为光伏系统中蓄电池的充放电管理提供了参考与依据.仿真结果验证了系统仿真模型的可用性和通用价值以及蓄电池控制策略的可行性和合理性，并表明在此蓄电池管理策略下可提高蓄电池充电效率，延长其使用寿命.
关键词： 光伏； 蓄电池； 脉冲式充电； MATLAB/Simulink软件； 建模仿真
中图分类号： TM 91 文献标志码： A
由于太阳能具有随机和间断特性，独立光伏系统要实现连续稳定的电力供应，需采用必要的能源存储设备[1].蓄电池作为独立光伏发电系统中的储能设备，起着非常重要的作用.从蓄电池使用角度看，影响蓄电池使用寿命的主要因素有：热失控、过充电、过放电、长期处于低荷电状态（State of charge，SOC）等[2-3].
光伏系统中蓄电池充放电次数频繁，与其在一般应用领域的情况相比，具有了一些新特点[2]：①由于光伏系统中光伏电能的有限性、随机性和间断性以及负载需求的随机性，光伏电能难以持续满足传统蓄电池充电规律的要求；②光照的季节性变化和连续阴天易造成蓄电池的深度放电，且放过电后也难以在短期内再次充满，从而使其长期处于低SOC；③充电倍率低，且充电周期较短[4].光伏系统很少能高效快速地为蓄电池充满电，蓄电池往往会处于欠充电状态.因此，在光伏发电系统中，不恰当的蓄电池充放电控制策略将大大缩短蓄电池的使用寿命，从而使蓄电池成为光伏系统中最易损坏的部件[2].
光伏系统中的蓄电池充放电控制策略，既要尽可能快并有效地为蓄电池充电，又要能避免蓄电池处于长期欠充电状态，延长蓄电池的使用寿命.文献[5]在光伏系统中使用了带有最大功率点跟踪（MPPT）的传统恒流、恒压及浮充电的三阶段控制策略；文献[4]采用了变电流充电和恒压充电的二阶段控制策略；文献[6]表明脉冲充电能降低充电过程中蓄电池的出气率，有效缓和甚至消除蓄电池在充电过程中的极化反应，提升蓄电池的可接受充电电流及充电效率，并能预防甚至修复蓄电池的硫化结晶现象.本文鉴于光伏电能的不稳定性，以及蓄电池的充放电特性，设计了一种基于脉宽调制并具有温度补偿的三阶段蓄电池充电控制策略（快速充电、脉冲式恒压充电、浮充电），在脉冲式恒压充电阶段通过提供脉冲式电流的方式对蓄电池充电，以有效地将充电电压维持在一个恒定值，从而降低蓄电池极板间的压差，缓解蓄电池的极化反应，大幅降低蓄电池产生结晶的概率，提升蓄电池的充电效率，并延长其使用寿命；同时为了适应环境温度变化对蓄电池充电特性的影响，控制策略考虑对充电电压进行温度补偿.
此外，本文在建立光伏电池模型和蓄电池模型的基础上，进一步加入蓄电池充电控制算法，使用MATLAB/Simulink软件搭建了完整的光伏-蓄电池充电系统的仿真模型并进行仿真，同时对模型的运行性能及仿真结果进行了分析.
1 系统模型建立
1.1 系统整体结构
系统整体结构框图如图1所示，其中：金属氧化物半导体（MOS）开关管为充电回路的开关，当其导通时，充电回路接通，反之，充电回路断开；脉宽调制（PWM）信号则是由控制器输出并用以控制MOS开关管开关状态的电脉冲.控制器对光伏板端电压、蓄电池端电压及环境温度进行采集.当光伏板端电压大于蓄电池端电压时，启动基于三阶段蓄电池充电控制策略，系统通过控制器驱动MOS开关管，对蓄电池的有效充电电压和电流进行调节，以实现对蓄电池的全程充电控制.
1.2 控制器仿真模型
系统的控制器仿真模型如图2所示.模型以充电过程中的蓄电池端电压Ucharge及环境温度T为输入.为便于观测以占空比D和PWM信号为输出.图2中：ΔD为占空比变化步长；Kt为充电电压的温度补偿系数（以25℃为基准）；Uc和Uf分别为基准温度时恒压充电和浮充电的电压设定值，且满足温度补偿公式U′c=Uc+Kt（T-25）及U′f=Uf+Kt（T-25）；In Mean则用于计算Ucharge的平均值.
整个充电过程中，控制器不断将Ucharge与U′c进行比较，从而产生相应的占空比，并通过三角载波产生对应的PWM信号.在快速充电阶段，由于Ucharge小于U′c，占空比为100%；而当Ucharge达到U′c时，系统转为脉冲恒压充电，便不断调节占空比，将Ucharge维持在U′c，具体是当Ucharge高于U′c，将降低ΔD，反之，则提高ΔD.当占空比减小到10%后，蓄电池容量基本饱和，系统则转为浮充电阶段，利用微弱电流使Ucharge维持在U′f，即维持蓄电池的饱和状态.
1.3 系统仿真模型
对上述各部分仿真模型进行封装与对接，建立完整的系统仿真模型，如图3所示.其中：T为输入模型的温度；G为输入模型的光照强度；Vpv为光伏电池的输入电压；连接端DC_INPUT+和DC_INPUT-分别为用于连接光伏阵列模型输出电流Ipv的正负极的正负连接端子；DC_OUTPUT+和DC_OUTPUT-则分别为用于连接蓄电池模型的正负极正负连接端子；示波器1、2用于观测占空比D、蓄电池端电压、电流及SOC。
2 仿真实验与结果分析
仿真中使用FM/BB1255T铅酸蓄电池与YL080P-17b2/3光伏阵列.该光伏阵列参数及其它系统仿真参数如表1所示.
图4～7均为光照强度为1000 W·m-2、温度为25℃的标准条件下得到的仿真结果，其中：图4为蓄电池由50%SOC充电至95%SOC（基本饱和）的蓄电池端电压曲线；图5为脉冲恒压充电阶段充电占空比的变化曲线.由图4、5可看出，当
蓄电池电压未达到设定的14.2 V时，系统将光伏
输出电流全部输入蓄电池为其快速充电，而当蓄电池电压升至14.2 V（蓄电池容量升至约80%）后，系统转为脉冲式恒压充电，充电占空比不断减小.这时充电电流随之减小，符合蓄电池充电后期
的特性，且蓄电池的端电压有效值被维持在14.2 V，避免了充电后期电流过大、过高温升或过充电对蓄电池的损伤，延长了蓄电池的使用寿命.
图6为脉冲式恒压充电过程中充电占空比分别为80%和50%时的蓄电池端电压曲线.由图可看出，此阶段充电过程为充电与停充不断交替的过程，在蓄电池停充时蓄电池极板间压差骤降，因此，极化反应得到缓和，蓄电池的可接受充电电流也得到提升，从而提高了充电效率.
图6（a）中占空比D为80%，蓄电池停充时端电压U0和充电时端电压U1的测量值分别为14.100 V和14.225 V，则充电电压有效值为Uavr=（1-D）U0+DU1=14.2 V；图6（b）中占空比D为50%，蓄电池停充时端电压U0和充电时端电压U1的测量值分别为14.138 V和14.263 V，则充电电压
有效值为Uavr=（1-D）U0+DU1=14.2 V，由此可见，
在不同占空比下此阶段满足了恒压（设定的14.2 V）的充电要求.
图7（a）为系统在25℃条件下光照强度由1 000 W·m-2降为800 W·m-2后占空比的仿真变化曲线；图7（b）为系统光照强度为1 000 W·m-2时温度由25℃降为23℃后占空比的仿真变化曲线（两图的环境条件变化时刻均设定在占空比降为50%时）.图7（a）与7（b）中变化时刻的占空比测量值分别为63.9%和80.2%.
通过仿真实验，由示波器1可测得，光照条件变化时刻的光伏输出电流Ipv=3.91 A；温度条件变化时刻的光伏输出电流Ipv=4.91 A，然后，由Uc+Kt（T-25）=（1-D）U0+DU1得D=[Uc-U0+Kt（T-25）]/（U1-U0）=[Uc-U0+Kt（T-25）]/（Ir），其中：I为蓄电池的充电电流，且I=Ipv；r为电阻.利用该公式计算，光照变化后，新的占空比D′=63.9%；温度变化后，新的占空比D′=80.2%，它们分别与图7（a）和图7（b）的占空比测量值相符合.由图7可看出，无论温度或光照强度如何变化，该系统均能对充电占空比进行迅速调整以使充电过程保持稳定，大为降低了环境条件变化对蓄电池寿命的影响.
3 结 论
本文针对光伏系统的特点，设计了蓄电池充电控制策略，在MATLAB/Simulink软件环境中搭建了光伏蓄电池系统的仿真模型，并对整个系统进行了仿真分析.从仿真结果可看出，系统的充放电策略合理，充电后期电流不断下降，符合蓄电池的充电特性，并通过脉冲式电流缓冲充电过程中的极化反应，提升了充电效率，大大降低了蓄电池出气率，延长了蓄电池使用寿命.即使在环境变化的条件下，该系统仍能快速准确地调整充电占空比以维持对蓄电池充电的稳定.该仿真系统能正常运行且具有一定的通用性.
参考文献：
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谈蓄电池的充电方法 篇4
1.恒压充电
恒压充电就是指在充电过程中, 充电电压恒定不变。蓄电池在汽车上由发电机对其充电就属于恒压充电, 其充电电压由充电系统的电压调节器控制。根据全车电系电压等级不同, 其电压调节器控制的发电机输出电压分别为14 V和28 V左右。
恒压充电法的优点, 充电电流大、充电速度快、时间短, 蓄电池充足电后便自动停止充电而不需人工调节。其缺点:电池不能彻底充足电, 所以汽车使用的蓄电池规定每个月要拆下蓄电池, 在充电间充电一次。
2.恒流充电
在充电过程中, 充电电流恒定不变的充电方式称为恒流充电。要想保持充电电流恒定, 随着蓄电池电动势的上升, 就必须调高充电电压。用充电机对蓄电池进行充电, 就属于恒流充电。
恒流充电可以分两个阶段来进行, 充电第一阶段用较大电流进行恒流充电, 当单格电池电压充到2.4 V时, 电解液中开始产生气泡, 将充电电流减少一半, 进入第二阶段恒流充电, 直到蓄电池完全充足电为止。
恒流充电法的优点是:充电电流可以任意选择, 有益于延长蓄电池的使用寿命。由于充电电流可以任选, 因此既适用于蓄电池的初充电, 又适用于补充充电和去硫充电。恒流充电法的缺点是:充电时间长, 且需经常调整充电电流。
蓄电池恒流充电分为初充电和补充充电两种:①初充电即对新蓄电池进行首次充电, 充电时首先加注密度为1.28 g/cm3的电解液, 静置4～6 h, 然后按第一阶段选定额定容量数值的1/15, 第二阶段为第一阶段的一半, 即额定容量数值的1/30, 作为充电电流, 将充电机和蓄电池的正极与正极、负极与负极相连, 接通充电机电源, 即可进行充电。初充电的充电时间约为45～65 h。②补充充电是指蓄电池在使用中因电量的不足而及时进行的补充充电。充电电流的选择是:第一阶段为蓄电池额定容量数值的1/10, 第二阶段是第一阶段的一半, 为额定容量数值的1/20, 补充充电时间约13～16 h。
这种充电方法的优点是充电电流小, 既可减小蓄电池活性物质脱落, 又能保证蓄电池彻底充足电, 因此被广泛采用, 其缺点是充电电流需要经常调节。
3.改进恒流充电
改进恒流充电法又称两阶段恒流充电法。在充电第一阶段, 用较大电流进行恒流充电, 当单格电池电压充到2.4 V左右, 电解液中开始产生气泡时, 将充电电流减小一半进入第二阶段恒流充电, 直到蓄电池完全充足电为止。在实际充电中, 大都采用改进恒流充电法。改进恒流充电法的优点是第二阶段充电电流较小, 既可减少活性物质脱落, 又能保证蓄电池彻底充足。所以充电时广泛采用此法。改进恒流充电法的缺点是:充电电流需要经常调节。
4.智能快速充电
因广泛采用的改进恒流充电法完成一次初充电需要60～70 h, 补充充电也需20 h左右, 充电时间太长, 给使用带来很大不便。若用加大充电电流的方法缩短充电时间, 会使极化增大和气泡增多, 造成活性物质脱落而缩短蓄电池的使用寿命。国内从开始研究快速充电机理和技术以来, 已研制生产出可控硅快速充电机和智能快速充电机, 使蓄电池的初充电缩短到5 h, 补充充电缩短到0.5～1.5 h。
智能快速充电的优点是:充电速度快, 空气污染轻, 省电节能, 便于管理, 对电池集中, 充电频繁的部门优越性尤为突出。智能快速充电的缺点是:控制电路复杂, 控制技术较高, 价格普遍高于普通充电。
5.脉冲快速充电法
充电初期采用大电流, 使电池在较短的时间内达到额定容量的60%左右, 当单格电压上升到2.4 V, 电解液开始分解冒出气泡时, 由于控制电路作用, 停止大电流充电, 进入到脉冲期。在脉冲期, 先停充24～40 ms, 接着再放电或反充, 使电池反向通过一个较大的脉冲电流, 以消除浓差极化和极板孔隙形成的气泡, 然后停放25 ms, 最后按脉冲期循环充电直到充足。
该充电方法显著的特点是充电速度快, 即充电时间大大缩短。补充充电仅需1 h左右。采用这种方法充电的缺点是由于充电速度快, 析出的气体总量虽减少, 但出气率高, 对极板活性物质的冲刷力强, 故使活性物质易脱落, 因而对极板的使用寿命有一定影响。下列为蓄电池不能进行快速脉冲充电:
电动车电池充电系统介绍 篇5
电动车充电的方法主要分为恒流充电、恒压充电以及脉冲快速充电三种方式，并且根据车辆的充电需求来进行排列组合，下面我们简单了解一下相关的充电方式：
1、恒流充电：其实这种充电方法是我们最常见的，其是指充电过程中使充电电流保持不变的方法。这种充电方法是一种标准的充电方法，包括涓流充电、最小电流充电、标准充电，以及高速率充电四种方法，而这几种方法也正是我们身边手机、笔记本电脑等电子产品最常用的充电方法。
着重介绍一下涓流充电，很多智能手机都会选择一个电池维护软件，其中就会在电池满电后进行涓流充电，而它的含义为补偿自放电，使蓄电池保持在近似完全充电状态的连续小电流充电，用来弥补电池在充满电后由于自放电而造成的容量损失，也就是所谓的维护性充电模式。
2、恒压充电：指的是保持充电电压不变的充电方法，充电电流随蓄电池电动式的升高而减小。合理的方式是在蓄电池即将充足时使其充电电流趋于零。
3、脉冲快速充电：先用脉冲电流对电池充电，然后让电池短时间、大脉冲放电，在整个充电过程中是电池反复充电、放电的方法。
电动车充电方式
1、常规充电方式：此类充电方式是采用恒压、恒流的传统方式对汽车进行
充电。这种方式已相当低的充电电流为蓄电池充电，电流大小约为15A，若以120A•h的蓄电池为例，充电至少要持续8个小时以上。
这种充电方式是目前比较常见的电动车充电模式，因为成本低且工作稳定，一般民用的充电设备充电功率为5～10kW，采用三相四线制380V供电或者单向220V供电。但缺点是充电速率较慢。
2、快速充电方式：其以150～400A的高充电电流在短时间内为蓄电池充电，与常规充电方式相比，其制造以及安装成本更高。其主要目的是在短时间内给电动车完全充电，此类充电模式一般充电功率都大于30kW，采用三相四线制380V供电。
虽然充电速度加快，但是因为在快速充电过程中，电池发热量急剧增加，同时电池内部剧烈进行化学反应，所以对电池的寿命会造成一定影响，从而使电动车的后期使用成本大幅度增加。
3、无线充电方式：这是一种比较新的充电模式，其概念类似于移动电话的原理，是一种将电能转换为一种符合现行技术标准要求的特殊的激光或者微薄束，并在汽车某位置安装接受器作为充电接入口即可。
4、更换电池充电式：即为在蓄电池能量耗尽后，用充满电的电池或电池组进行更换。不过这种模式在国内还没有出现，一般此类的模式中，电池归品牌经销商、厂家所有，电动车用户只需要租用电池即可。
不过此类方式还有些待解决问题，首先，这种电池更换系统的初始成本很高，比如昂贵的机械装置以及蓄电池；其次，犹豫存放大量未充电或满电电池需要很大的空间，最后，保有量以及电池结构统一等问题同样为需要解决的问题。
5、移动式充电：对于电动汽车的蓄电池而言，最理想的情况是在行驶中进行充电，这样就可以最大限度的降低续航里程对于电动车行驶和普及的制约，不过此类充电模式需要政府的大力支持才可以，因为需要关系到在公路路面之下架设充电系统。有点像我们玩过的碰碰车，只是电源供给端在路面之下，可以通过接触或者感应式进行充电。
解读USB－IF电池充电规范 篇6
摘要：本文将对USB-IF(USB开发者论坛)最新颁布的电池充电规范v1.1版本做一个概要性的描述，并对相关测试规范做简单介绍，希望给于USB便携设备产品厂商和用户以参考和帮助。
关键词：Battery charging；电池充电规范；USB充电器；USB兼容认证测试
背景
2009年4月，全球移动通信系统协会(GSMA)联合OTMP(手机开放组织联盟)17家移动运营商和制造商宣布实施跨行业的通用充电器标准，此标准采纳了USB-IF的micro-USB接口作为手机数据和充电的统一接口，并采纳USB-IF的Battery Charging规范作为充电规范。USB-IF公布了1.1版的BaRery charging规范(以下简称为BC规范)，比起两年前公布的1.0版本，这个新版本有了较大更新和补充。同时，与之配套的测试规范也正在制定中，预计将在年内颁布和实施。届时USB Battery Charging相关测试项目将纳入到USB兼容测试认证中。
电池充电规范
原有USB2.0规范并没有考虑到使用USB接口为便携式设备的电池进行充电的需求，而这样的需求却越来越多。BC规范要解决的就是这个问题，符合规范的设备和系统即向下兼容USB2.0标准，又针对充电做出了特别的优化。
实际上，BC规范的核心内容就是引入了充电端口识别机制。一个符合BC规范的便携式USB设备或OTG设备通过这套机制可以识别出是插到了一个标准的USB下行接口(StandardDownstream Port)；一个USB专用充电器(usB Charger)；还是一个针对充电做过优化的USB下行接口(chargingDownstream Port)。然后、这些设备将根据不同的情况，按照BC规范的要求来获取不同的电流。
便携式设备和三种USB充电接口
·Portable Device
Portable Defice(以下简称PD)指电池供电的便携式USB外设或者OTG设备，可以通过USB接口来为自身的电池充电。BC规范建议这些的PD应该具备相应的端口识别能力和对从USB总线获取电流的控制能力。
·Standard Downstream Port
基本上，这个standardDownstream Port指符合现有USB2.0规范的主机(HOST)或集线器(HUB)上的下行USB接口。根据USB2.0规范，当USB外设处于未连接(un-connect)或休眠(suspend)的状态时，一个StandardDownstream Port可向该外设提供不超过2.SmA的平均电流：当外设处于已经连接并且未休眠的状态时，电流可以至最大100mA；而当外设已经配置(configured)并且未休眠时，最大可从VBUS获得500mA电流。
·Charging Downstream Port
Charging Downstream Port是即兼容USB2.0规范，又针对USB充电作出了优化的下行USB接口，它可以是主机上的USB接口，也可以是USB集线器上的。这些下行USB接口能配合Portable Device完成充电端口识别动作，并提供最大至1.5A的供电能力，满足PD大电流快速充电的需求。
今后很有可能会出现这样的产品，一台笔记本电脑上1个ChargingDownstream Port和多个StandardDownstream Port同时存在，用户可以将手机或其他PD连接到ChargingDownstream Port进行快速充电、并且在充电的同时可以进行数据连接。
·USB Charger
BC1.1规范中定义的USB Charger与目前市面上可以买到的USB专用充电器类似。USB Charger通过USB口为PD提供充电所需电能，BC1.1要求将USB Charger中的D+和D-进行短接，以配合PD的识别动作，但它不具备和USB设备通信的能力。规范中对usBCharger的电压电流输出能力做出了较严格要求，以确保PD的安全。
USB端口识别机制
Bc规范的核心在于充电识别机制，通过这个机制，当PD插入到USB接口时，PD将识别出所插入的USB接口类型。
当PD插入到usB接口以后，它向D+上加载一个0.6V左右的电压(VDP_SRC)，随后，PD开始检测D-线上的电压，查看是否收到0.6V的电压回应(VDM_sRC)。因为Standard Downstream Port不会对D+上的0.6V信号作出任何回应，所以如果PD插入的是Standard Downstream Port，那么D-将保持为低电平(图1)。
在Charging Downstream Port中，采用了与PD类似并且与之互补的检测电路，当它检测到D+上有0.6V时，它将随即向D-加载0.6V电压，以回应PD；而在USB Charger中，由于D+和D-是短接的，所以当D+上被加载0.6V电压时，D-也变成了0.6V。所以，PD插入到Charging Downstream Port或是USB charger，则D-线上会被回应一个0.6v电压。此后，PD先将D+(PD为高速或全速设备)或D-(PD为低速设备)拉高至逻辑高电平，然后通过检测另外一根数据线的电压来区分是Charging Downstream Port还是USB charger。因为Charging Downstream Port在充电检测时期，只回应VDP SRC而不会回应逻辑高电平，所以它将保持数据线为低(图2)。
由于USB charger内部短接了D+和D-，如果一根数据线被拉高，那么另一根数据线也将变成高电平(图3)。
通过以上的检测机制，PD就可以识别出所插入的是何种USB端口。
无电电池充电机制
无电电池充电机制Dead BatteryProvision(以下简称DBP)在BC1.1规范中是一个独立的章节，DBP针对一个装有无电或低电量电池的PD插入到Standard Downstream Port的情况进行了新的规范，它实际上是对USB2.0规范的扩展，确保Bc1.1规范向下兼容USB2.0规范。
USB2.0规范要求USB外设在未连接HOST时，从VBUS吸取的电流不能超过2.5mA。但有一些PD在启动时的数秒钟内需要消耗100mA以上的电流，如果这些便携设备自身的电池电量不足或彻底没电时，它将从vBUS上获取这些电流。因此，当这样的
设备插入到USB端口时，可能无法启动；更多情况是，由于多数HOST或者HUB并不限制设备消耗的电流，因此设备将以大电流启动，虽然他们也可以正常工作，但是这将导致USB系统的不稳定，同时这些设备也不能通过USB兼容认证测试。
DBP就是针对这种情况，有条件地放宽了USB2.0的要求。DBP规定，使用电池的便携式USB设备在插入(Attach)到USB端口到和主机连接(connect)这一时间段内，最多可以从VBUS获取100OmA的电流(USB2.0标准是2.5mA)，但是要满足下列条件：
·PD安装的电池应该处于无电或低电量的状态，即PD使用这样的电池将不能开机：
·当PD插入到USB端口以后并需要开始获取大于2.5mA的电流时，PD须将D+拉高至0.5-0.7V，并一直保持到和主机连接(Connect)；
·这些从vBus获取的电流应该用于PD给电池充电，从而使得PD最终能够连接(connect)和枚举(Enumerate)；
·这个以大于2.5mA电流充电的过程不得超过45分钟。
充电电流比较
BC规范通过对原有USB2.0的扩展和引入新的充电机制，较大地提升了USB接口的充电能力、方便PD以大电流快速充电。表1给出了不同情况下，供给PD充电的最大电流。
辅助充电适配器(Accessory Charger Adapter)
Bc1.1较之1.0版本，新引入了辅助充电适配器(Accessory ChargerAdapter以下简称AcA)的概念。
随着便携式设备变得越来越小，多数的PD只有一个USB接口用于连接外设或者充电，但连接外设和充电不能同时进行。例如。当一部手机通过USB接口连接了外置耳麦的时候，就不能通过USB接口进行充电了。ACA的用途就是让PD可以同时连接USB外设和通过USB端口充电。
ACA具有三个端口：OTG Port用于连接便携式设备(OTG Device)；Accessory Port用于连接USB外设：Charger Port用于连接USB充电端口，可以是一个USB专用充电器也可以是一个Charging Downstream Port(图4)。试规范将分成三个部分：PortableDevice Compliance Plan；Charging PortCompliance Plan；ACA CompllancePlan。
其中，前两个部分完成后，将被纳入到现有的USB兼容测试证中去。也就是说，如果一个PD产品需要获得USB兼容性认证(使用USB Logo)，不仅要进行传统USB兼容测试，还要进行BC部分的测试。
Portable Device Compliance Plan检测PD是否满足BC1.1规范，主要有两个方面，一是针对BC1.1中的DBP部分，重点检查当一个安装电池的PD插入一个Standard Downstream Port时，PD从USB总线消耗的电流是否满足要，求：消耗的电流是否只用于电池充电而不用于其他：当PD消耗的电流以大于2.5mA时，PD是否向D+上加载0.6v电压；PD插入USB端口时的冲击电流是否满足要求等等。另一方面，Portable Device Compliance Plan将着重测试PD的充电端口检测机制。被测PD将被分别连接至Stand DownstreamPort，Charging Downstream Port和Dedicated Charging Port，同时，PD上的电压(VBUS)、电流(IBUS)、D+，D-将被记录下来，这些电压电流以及时序关系将被用来判断该PD是否符合BC1.1规范。
Charging Port Compliance Plan针对USB专用充电器以及ChargingDownstream Port进行测试。主要包括对电压，电流等输出参数的测试，还包括上冲／下冲，短路／恢复等特定情况的测试。
需要指出的是，目前已经颁布的中国手机充电器标准(YDT 1591-2006)与本测试的部分内容相似，但也有所区别。总体上来讲，YDT 1591-2006只针对USB充电器作出了规范，并在充电器绝缘、安规等方面给出了详细的要求；而BC1.1规范引入了完善的充电机制并给出了相关的具体要求，它涉及充电电能的使用者(便携式外设)和充电电能的提供者(USB端口)两个方面。而对于USB专用充电器部分，BC1.1中有专门定义和规范，并且对于USB专用充电器输出能力、短路保护、标识等提出更详细的要求。
结语
车用蓄电池快速充电技术分析 篇7
电无空气污染, 这是众所周知的事情。用电能驱动的汽车, 无任何尾气排放, 这是我国汽车产业的发展目标。然而, 电能有多种载体和存在形态 (电能以化学能形态储存, 就是蓄电池, 该电能输入电动机驱动汽车行驶, 就是蓄电池汽车;以有线电力直接输入电动机驱动汽车行驶, 就是有线电力汽车;还有氢燃料电池汽车、超级电容汽车、太阳能电池汽车等多种汽车) , 到底选择哪种电能驱动汽车才能够最经济和实用?这是需要认真研究的问题。只有最经济和实用的电能驱动的汽车, 消费者才能够踊跃购买, 这种汽车产业才能够发展, 否则一事无成。
1 汽车蓄电池的发展方向
1.1 纯蓄电池驱动汽车行驶的优点
蓄电池驱动的轿车就是用所携带蓄电池中的电能代替燃油 (气) 汽车携带汽 (柴) 油燃烧的热能。使用纯蓄电池驱动轿车的最大好处是无空气污染, 并且机动行驶能力与燃油 (气) 轿车是一样的。
如果纯蓄电池驱动的轿车在续驶里程 (充满一次电或加满一次油能够行驶的最大里程叫一个续驶里程) 、充电时间、动力性能、百公里费用、年折旧费用、购车价格上与燃油 (气) 轿车基本相同的话, 消费者就能够愿意购买这种纯蓄电池轿车, 用来代替燃油 (气) 轿车, 从而达到使用无空气污染轿车的目的。这是最理想的要求, 也是我国乃至全世界科技工作者的奋斗目标。然而, 实际情况与理想还有很大的差距。
1.2 消费者对当前国产电动汽车的态度
当前, 消费者对我国生产的纯蓄电池驱动的轿车多持不满意的态度。所谓不满意之处, 也就是当前生产的纯蓄电池轿车的缺点。
总体来说, 广大消费者对我国当前生产的纯蓄电池驱动的轿车是不满意的, 具体表现在:当前国家大力提倡使用纯蓄电池轿车, 并且采用价格补贴、减免购置税、设立配套充电站、对购置燃油 (气) 轿车者按排量征收环保税费、规定行政事业单位购轿车必须购买一定比例的纯蓄电池轿车等多种措施。即使这样, 购买纯蓄电池轿车的数量与购买燃油 (气) 轿车的数量相比, 仍然占很小的比例, 没有达到预计的目标 (以携带燃油 (气) 发动机为增程手段的新能源汽车不包括在内) 。
那么, 采取这么多的鼓励措施消费者仍然不愿意买纯蓄电池轿车的原因是什么呢?经调查, 原因不在于车本身的质量、不在于电费高 (蓄电池轿车百公里耗电10度, 电费是燃油 (气) 轿车油费的1/9左右) 、也不全在于消费者没有环保意识, 而在于驱动轿车的蓄电池性能让消费者不满意, 具体表现如下。
(1) 蓄电池电能储存量少
下面以与燃油 (气) 轿车满油箱汽 (柴) 油重量相等的蓄电池相比较。
当前驱动轿车的铅酸蓄电池价格最低, 其轿车价格也最低, 但跑完燃油 (气) 轿车的一个续驶里程要充5次电 (铅酸蓄电池轿车的一个续驶里程是50~120 km) 。锂电池等新材料电池储存电量多一些, 但也只达到燃油 (气) 轿车一个续驶里程的1/3左右, 即燃油 (气) 轿车每加一次油, 则锂电池轿车要充3次电 (锂电池轿车的一个续驶里程是130~250 km) 。
(2) 蓄电池充电时间长
当前生产的驱动轿车用蓄电池 (也叫动力电池) , 无论铅酸蓄电池还是锂电池等新材料电池, 充满电时间都在3~8 h之间, 即快充满电需要3h, 慢充满电需要8 h。少于3 h的快充电对电池损害极大, 不能采用。假设蓄电池轿车按平均80 km/h速度行驶, 按以上数据计算, 铅酸蓄电池轿车每跑1~2 h要充3~8 h电;锂电池轿车每跑2~3 h要充3~8 h电。这样慢的充电速度, 对于需要跑长途的消费者来说, 是不能接受的。
如果在蓄电池轿车上加装燃油 (气) 发动机做为增程手段 (当前此类车比较多) , 就又回到了污染空气的老路上, 是最不科学最不合理的, 从长远看应该废止。即使当前有很大一部分消费者购买此类汽车也应该废止。
即使用增加蓄电池重量的方法也行不通。若用此法达到燃油 (气) 轿车的续驶里程, 就不能坐人了, 就失去了轿车的作用。另外, 这样做在经济上也行不通。
如果用增设更换动力电池 (用无电的电池换充满电的电池, 交一定的费用) 服务站的方法增程也行不通。这样做一则需要服务人员多、装卸机械多, 工作量太大;二则动力电池品种、型号太多, 每天的用量也不均衡, 服务站很难备齐;三则新旧好坏不等, 很难做到双方都满意。总之, 此方法很难服务到位, 很难让消费者满意。
(3) 蓄电池使用寿命短
当前生产的动力电池, 不论普通电池还是锂电池等新材料电池, 最长的使用寿命是4年。当前一个续驶里程在200~250 km的蓄电池轿车, 其蓄电池价格在6万元左右。照此计算, 每年蓄电池的折旧损耗在1.5万元以上。也就是说, 消费者每年用蓄电池轿车节省的行驶费用 (燃油轿车的油费减去蓄电池轿车的电费之差, 就是节省的行驶费用) , 需要减去约1.5万元的蓄电池折旧损耗, 才是纯节省的行驶费用。这也影响到消费者购买使用纯蓄电池轿车的信心。
(4) 电量剩1/4时, 车速太慢无法行驶
动力电池的电量所剩不到一半时, 车速会随着电量的逐渐减少而逐渐降低直到停车。当车速低于15 km/h以下时, 因车速太慢消费者一般不使用。因此, 消费者应用的续驶里程是出厂标注的3/4左右。
动力电池以上这4种缺点, 是制约蓄电池轿车业发展的技术瓶颈问题, 此问题是世界性的难题。而前3种难题是最主要的。就因为这3种难题没有解决, 才使得消费者对购买和使用纯蓄电池驱动的轿车热情不高, 国家即使采用了多种优惠政策, 其收效也不太明显。
那么, 动力电池的技术瓶颈问题就不能打破吗?就不能有一个技术的飞跃吗?现在, 对于动力电池充电时间长和使用寿命短的问题, 在技术上应该得到了突破, 至少看到了成功的希望。
1.3 电池充电时间长、使用寿命短的问题有望得到解决
据2014年10月14日人民日报报道, 新型电池充满电仅需5分钟。
据该报报道:新加坡南洋理工大学研究人员表示, 他们经过三年努力, 成功研制出一种超快速充电电池, 两分钟即可充电70%, 充满电仅需5分钟, 并且电池寿命长达20年。现在的电池一般可充电500次, 按每天充电一次计算, 大约为两年使用寿命。而新型电池可充电1万次, 按每天充电一次的假设, 其寿命至少20年。
据介绍, 传统锂电池的电极使用石墨, 而该新型电池使用二氧化钛的新型凝胶材料来代替, 并且使用新技术使材料形成微小纳米管, 加快电池中的化学反应速度, 令电池可以极快速充电。
虽然上述报道内容没有提到已经研制成功的极快速充电电池是否可以直接用于驱动汽车, 但是, 蓄电池充电慢和使用寿命短的原理问题已经得到解决。我国完全可以通过引进或自主研发, 在这个基础之上, 通过我国广大科技工作者的不懈努力, 应该能够研制出极快速充电和使用寿命长的动力电池, 用来驱动汽车行驶。
作者认为, 如果驱动汽车的蓄电池充满电时间能够缩短到10~15 min, 即使动力电池存电量少这个技术瓶颈问题没有解决, 消费者也能够接受这种纯蓄电池轿车。也就是说, 普通蓄电池驱动的轿车每跑50~120 km (1~2 h) 需要停车充电10~15min;锂电池驱动的轿车每跑130~250 km (2~3h) 需要停车充电10~15 min, 那么, 就可以解决消费者停车充电等待时间过长的问题。同时, 动力电池的使用寿命能够加长的话, 再加上国家对购买蓄电池轿车的一系列优惠政策扶持, 按现在的电价不变, 那么, 消费者购买使用纯蓄电池轿车的积极性就必然极大提高, 纯蓄电池轿车的销售量就必然大幅度上升, 就能够基本上达到用节能环保的纯蓄电池轿车代替燃油 (气) 轿车的目的。
2 目前实用的三种车型
作者在《交通节能与环保》2014年第5期 (总第43期) 题目为《关于我国发展电力汽车产业及其配套公路的设想》论文中, 设想了“蓄电池有线电力两用轿车 (简称A型车) ”、“蓄电池超级电容两用轿 (客) 车 (简称B型车”和“燃油 (气) 有线电力两用大型货车 (简称C型车) 这三种车型, 并且分析了各自的优缺点, 主张在动力电池的技术瓶颈问题没有打破之前, 为解决燃油 (气) 汽车的尾气排放问题和减少燃油 (气) 消耗量, 应该根据实际情况, 试用这三种车型。
A型车是蓄电池与有线电力两套动力系统, 跑短途用蓄电池驱动, 跑长途进入有线电力车站后在其公路上用有线电力驱动, 相当于现在的“无轨电车”。该车优点是蓄电池轿车用有线电力增程, 纯电驱动, 无空气污染, 无限续驶里程;缺点是有线电力公路建设费较高。
B型车是蓄电池与超级电容两套动力系统, 其特点是两套动力系统可以根据充电站情况任意选择使用。利用超级电容充电快 (充满电仅0.5~1 min) 的特点, 即充即走。超级电容的优点是充电快, 动力强劲, 纯电驱动, 无空气污染, 有机动行驶能力;缺点是续驶里程短 (3~5 km) , 因此停车充电频繁。
C型车是用现在的燃油 (气) 大型货车加装有线电力驱动系统增程, 优点是跑长途纯电驱动, 无空气污染, 无限续驶里程。该型车虽然也用燃油 (气) , 但由于大型货车所跑路程主要是长途, 用有线电力系统跑长途, 就可以大量节省燃油 (气) 消耗, 解能减排效果相当显著;缺点也是建设费较高。
综上所述, A型车和B型车都是纯电驱动, 动力强劲, 无技术瓶颈问题, 只是机动行驶能力都不如单纯蓄电池驱动的汽车。如果蓄电池汽车的充电时间能够缩短到10~15 min, 动力电池使用寿命能够加长, 消费者能够普遍接受蓄电池汽车时, 还是发展蓄电池汽车为第一选择。如果解决动力电池的技术瓶颈问题遥遥无期, 为解决我国燃油 (气) 汽车的空气污染问题, 应该优先考虑选择A型车和B型车。
由于大型货车需要的驱动力很大, 在动力电池存电量少这个技术瓶颈问题没有解决之前, 不论其它技术瓶颈问题是否解决, 都不能用蓄电池驱动行驶, 而只能用有线电力和燃油 (气) 系统驱动, 所以, 要想解决燃油 (气) 大型货车的空气污染问题 (同时为大量节省燃油资源) , 现在就应该考虑应用C型车。
3 结语
多年来, 我国科技工作者一直在研究动力电池, 力求打破动力电池的技术瓶颈问题。当前, 在外国科技工作者对于电池充电慢和使用寿命短这两个技术瓶颈问题已经打破的情况下, 我们认为, 希望国家增加这方面的研究经费, 引进这项新技术成果, 加强这方面的技术力量, 在此基础上, 进行技术攻关, 尽快研制出极快速充电和使用寿命长的动力电池, 装备我国的汽车业 (首先应该是用于驱动轿车和客车) 。作者认为, 只要动力电池充电慢和使用寿命短这两个技术难题得到解决, 即使存电量少这个技术难题没有解决, 消费者也能够踊跃购买纯蓄电池轿车, 这就能够迎来纯蓄电池轿车产业大发展的春天, 为我国乃至世界汽车节能环保事业做出贡献。
参考文献
[1]王天乐.新型电池充满电仅需5分钟[N].人民日报国际部分, 2014, 10, 14:22版.
电动车蓄电池充电保护器 篇8
笔者试验制作了“电动车蓄电池充电保护器”。它既可以防止欠充电和过充电, 还可以在充电器十小时不转换变灯的情况下自动断电, 防止出现严重的错误。而且还可以用石英钟自动记下充电的时间, 由此掌握蓄电池容量变化的情况, 并判断是否出现了充电器不转换变绿灯的问题, 以便决定要不要送维修点处理。
电路原理如图1所示, 按下AN按钮电路得电, 一开始CD4060的Q10和Q13均为0V, CD4011的U2C和U2D与非门输出为高电平, 故Q2三极管8050导通, J吸合并自保持, 充电器开始充电。555产生周期为8.789秒的脉冲作为计时基准加到CD4060计数。充电时, 从充电器红灯取出的约1.8V电压经插头加到三极管Q1基极使其导通, CD4011的U2A输出为高电平, U2B输出为低电平。所以如果一直亮红灯, 即使计数512个脉冲后Q10变高电平, 也不会使继电器J断开, 只有计数4096个脉冲 (10小时) Q13变高电平U2C输出0V, 才使Q2截止继电器J断电停止充电, 电路本身也停止工作。如果充电一段时间后红灯变绿灯了, Q1基极上的电压小于导通所需电压故截止, 其输出变高电平, U2A输出变低电平, U2B输出变高电平。与此同时, U2B的上升沿经过电容C3加到CD4060的RST复位端, 使它从零开始计数。计数到512个脉冲 (1小时15分) Q10变高电平, U2D输出变0V, Q2截止J断电, 充电停止电路也停止工作。这就起到了防欠充防过充和超过十小时不变绿灯自动断电的作用, 所以可称为充电保护器。
LED1亮表示充电器红灯电压已经正常取出接入, LED2几秒亮一次表示555工作正常, 调试时用来观察脉冲周期, LED3亮表示继电器吸合处于充电状态, 而且从它上面取出约1.8V电压可以作为石英钟的电源 (取下1.5V电池) , 使它能够记下充电所用的时间。调试的时候, 先将U2D的12脚临时接到CD4060的7脚Q4上, 不接人充电器红灯电压, 看LED2亮9次 (8个周期) 时继电器能否正常断开, 如果出现“啪塔”一声响但是并未断开, 就要在CD4060的12脚对地接上0.01μ左右电容, 消除继电器断开时电磁干扰在12脚上产生的错误复位脉冲, 错误复位会使三极管Q2在断开后, 因为Q10和Q13变为0V而立即导通, 继电器又吸合了。所并的电容也不能太大, 否则会影响正常复位的效果, 不能保证亮绿灯时是从零开始计数的。C3不能有漏电, 可以用1μ独石电容, 或玻璃釉电容。
调RP1使555的8个震荡周期大约为70秒即可, 调好后再把CD4011与非门U2D的12脚接到CD4060的15脚Q10处就成功了。
铅酸蓄电池充电器设计与实现 篇9
铅酸蓄电池由于其大容量、高电动势、高性能、安全可靠等特点,被广泛应用到新能源、通信、电力等众多行业中。但是现有的充电控制器充电效率很低,而且不合理的充电方式造成容量快速下降,使用寿命缩短,电池过早废弃,每年废弃电池数量非常可观,造成的经济损失很大。因此,如何高效、快速、无损地对蓄电池科学充电是业界关心的重要问题。美、日、德等国家对蓄电池的性能和理论研究一直走在前面,有关充电技术的研究起步也较早,控制技术也相对成熟,陆续提出了一些新型的充电方法,如脉冲式充电法、间歇充电法、智能充电法等。目前,国内市场上使用的智能充电控制器,多适用于市电电网[1]。但是充电时间比较长,充电方法过于单一,控制不当会对蓄电池本身造成损害,以至影响蓄电池本身的使用寿命。本文以DSP为核心控制器,采用三阶段充电策略,并结合模糊自整定PID控制策略,使充电电流自始至终保持在蓄电池可接受的充电电流曲线附近,有效提高铅酸蓄电池的充电时间和充电效率。
2 总体设计思想
大容量蓄电池智能高效充电控制器的系统框图如图1所示,主要分为主电路和控制电路两个部分。包括:电源模块、充电主电路模块、模拟量检测模块、显示及报警模块和PWM驱动模块[2]。
系统工作原理:380V交流电压输入,经过变压模块和三相桥式整流、DC/DC变换模块转换成蓄电池可接受的充电电压。控制电路采用DSP芯片作为主控制器,实时采集蓄电池的充电电压、充电电流、温度等参数,通过DSP内部的AD转换为数字量并判断电池是否出现过压、过流和过热等故障。若出现故障,DSP立即关断,并发出声光报警。若检测正常,则采用
基于模糊自整定PID控制算法产生相应占空比的PWM脉冲来控制DC/DC变换电路,实现对电池进行充电。
3 硬件电路设计
3.1 三相全桥整流电路设计
三相全桥整流电路由六个二极管组成,采用不可控形式。将输入的380V/50Hz的交流电经过变压器变压后得到24V的单向脉动电压。之后采用电容滤波电路,滤除纹波得到较为平滑的直流信号。
3.2 DC-DC电路设计
设计中,采用BUCK电路实现DC-DC电路模块设计。电感电流工作在连续模式下。设计取浮充电压为13.4V。图中,Q1为主功率管,选用IRF640N,C1和C2主要用于滤除低频噪声,C3用来滤除高频噪声[3]。D2是为了防止蓄电池和充电器相连之间的回流对电路造成故障。
3.3 驱动电路设计
DSP产生的PWM信号经过缓冲器SN74HCT244N,输出幅值为3.3V的脉冲信号,经过放大电路放大后得到幅值12V脉冲信号,输入到IR2112上经过隔离放大去驱动主功率管Q1[4]。设计中,采用IR2112浮置通道驱动BUCK变换器主功率管IRF640N。
3.4 温度检测电路设计
为了防止充电时的温度过高,对蓄电池的损坏,系统实时对蓄电池的温度进行监测。温度检测采用一线制数字温度检测芯片DS18B20实现。采用外接电源形式,只需一根线与单片机的IO口相连,即可完成蓄电池的温度检测。
3.5 信号采集调理电路设计
为了保证系统能够安全、稳定的工作,主控单元实时对蓄电池的充电电压和充电电流进行监测。然后将监测的信息送入DSP自带的AD中,通过分析和计算得到控制信号。系统电压采样时通过电阻分压实现的,采用两级运放实现电压信号的采集,第一级运算放大器输出-5V~5V的电压信号;第二级运算放大器输出电压信号为0~3V,满足DSP的AD输入电压范围。充电电流的采样时通过采样电阻RT采样实现的[5]。电路如下图4所示。采样信号后加一个电压跟随器,提高了AD转换精度。图中的稳压二极管是用来防止采样信号电压高于3.3V对DSP造成的损坏。
4 软件设计
智能充电器采用三阶段脉冲充电模式,使充电电流紧紧跟随蓄电池的可接受充电电流曲线,避免蓄电池充电末期析气,也避免因电流过大导致的热失控。首先初始化,在该阶段完成中断初始化、PWM模块初始化及定时器初始化等。进入主程序循环,ADC采样数据实时对蓄电池充电过程进行监控,并判断是否满足恒流充电;若不满足,则判断是否满足恒压充电;若满足进入恒压充电,若不满足判断是否满足浮充充电,满足则进入浮充充电[6]。为了避免极化现象,在每一阶段充电完成后,及时对蓄电池进行放电去极化处理。充电过程中实时检测蓄电池充电温度,出现超温现象即报警,并实施温度保护控制。
5 结论
本文设计和研制了铅酸蓄电池充电器设计,在传统充电基础上采用三阶段充电策略,充电过程遵循马斯定律,并且在控制算法上采用传统PID算法结合智能算法的策略实现蓄电池的反馈控制。该设计具有结构简单、充电效率高等特点,广泛应用于航空航天等行业。
参考文献
[1]贾英江,王立冬,王维斌.铅酸蓄电池充电方法初探[J].电源技术,2001,25(01):27-28.
[2]郭凤仪,缪传海,张继华.智能型铅酸电池充电器设计与实现[J].计算机系统应用,2012,21(3):76-79.
[3]孔庆德.开关型智能蓄电池充放电系统的研究[D].西南交通大学,2004.
[4]赵键.基于智能控制技术的铅酸蓄电池充电设备的研究[D].南京理工大学,2008.
[5]裴杰,王江燕.DC/DC转换器中电流采样电路的设计[J].电子科技,2009,22(4):33-35.
UPS系统中蓄电池充电的研究 篇10
配套的蓄电池是UPS系统不可或缺的构成要件, 对于整个系统的可靠性而言, 其良好的性能具有决定性的作用。同时, 由于蓄电池在整个系统成本中所占比例较高、事故率也较高。对配套蓄电池的性能、种类加以优化和完善, 是当前亟待解决的重要课题之一。
1 UPS配套蓄电池简介
1.1 UPS配套蓄电池的分类及原理
能够在短时间内输出较大电流, 是UPS系统对配套蓄电池提出的要求, 现阶段, 防酸隔爆蓄电池、阀控式密封铅酸蓄电池, 是国内常用的两种UPS蓄电池, 而后者的普及度较高。
(1) 防酸隔爆式铅酸蓄电池。早期的UPS系统主要应用这种蓄电池, 如果得到较为科学的维护, 其使用年限将得以延长。在充电过程中, 硫酸逐渐自正负极板的硫酸铅中被释放出来, 电解液硫酸浓度及比重也随之提高。
(2) 阀控式密封铅酸蓄电池。在UPS系统电源中, 得益于维修难度小、良好的密封性、较小的体积等特点, 阀控式密封铅酸蓄电池得到了普遍应用。借助下述两种手段, VRLA能够对电池中电解液的流动加以遏止:其一, 借助超细玻璃纤维棉, 不饱和地吸附电解液;其二, 在电池中注入二氧化硅胶体和硫酸电解液, 在工作时, 阀控式密封铅酸蓄电池的阳极、阴极分别表现为:形成了氧气、还没有产生海绵状铅, 这意味着还处于充电状态, 因此没有形成氢气。
1.2 UPS配套蓄电池的性能指标
(1) 在20 小时率条件下测量所得的标称容量;
(2) 禁止蓄电池继续放电时的放电终止电压, 一般被定义为1.75/ 单格;
(3) 蓄电池的输出电流, 即放电电流, 其表示除安培外, 也可为蓄电池的容量和某系数之积;
(4) 放电至终止的时间、电流等的表示——放电功率, 一般表示为电流;
(5) 在储存满时, 电池可提供能量的最大值, 即为容量, 可为放电时间乘以放电电流。
2 UPS配套蓄电池的选型
就UPS系统的运行来说, 无论蓄电池的容量低于还是高于标准, 都无好处, 其中, 前一种情况难以使负载不间断供电需要得到保证, 此外, 蓄电池使用年限也会因大电流的充放电而减少;而后一种情况容易造成成本的提高, 以及蓄电池小电流深放电的情况, 甚至会彻底地损坏蓄电池。所以, 要想有效降低UPS系统成本, 并实现持续供电, 就要采用合适型号的蓄电池。
(1) 蓄电池放电时间。以后备时间为依据, 可将UPS系统划分为下述两种:其一, 不含电池, 能够适用外接蓄电池, 不具备具体数量要求, 能够在停电时间较长时保证供电需要, 通常满载配置能够超过数小时;其二, 含有蓄电池, 在断电后能够提供短时间供电。
在UPS系统中, 市电供电类别, 是配套蓄电池后备时间的决定性因素。每种蓄电池都有自己的后备时间:一、二、三、四类市电供电的UPS系统的配置, 分别为0.5h-1h、1h-2h、2h-8h、8h-10h。然而, 处于对各方面因素如系统安装空间、蓄电池成本的考虑, 应将后备时间控制在2h以下。为对UPS系统供电保障性加以保障, 如果某一地区的供电能力不足, 供电方式宜采用发电机组结合UPS系统。
(2) 电池容量计算。了解UPS配套蓄电池的容量算法, 有助于对蓄电池型号加以确定。在某种负载下, 结合电池容量= 负载容量*放电时间 (h) / (机器装换功率* 电池放电功率* 机器终止电压) 这一公式, 能够对UPS蓄电池容量进行计算。
3 UPS配套蓄电池的充电模式
恒压限流充电:从本质上看, 这种充电手段融合了恒流充电及恒压充电, 开始充电时蓄电池电压不足, 为对电池加以保护, 选择恒流充电法对充电电流加以控制;在实现特定电压时, 启动恒压充电。作为充电方式的一种, 恒压限流效果十分显著, 如引入温度补偿、过充判断等, 即可构建能够更好地保证蓄电池工作性能的充电管理系统。
恒流充电:这种充电手段较为简便, 然而存在明显不足, 即充电电流过大容易导致蓄电池使用年限的减少及温度的提高, 反之则会导致充电时间的延长。
Reflex充电:作为升级版的脉冲充电法, 这种充电手段每个周期都为正脉冲和负脉冲的组合, 空闲时段紧随其后。
脉冲充电:充电时, 若充电电流保持在蓄电池能承受的电流范围内, 蓄电池内部出现的气泡量就会较低。极化现象的发生, 会对蓄电池的充电造成阻碍, 同时提升出气率和温度。所以, 对于充电速度来说, 最关键的制约因素是极化电压。在给电池充电时, 选择周期性的脉动电流, 能够帮助电池更好地恢复原状, 对极化现象的制约作用加以弱化, 促进快速充电的实现。然而, 当下该充电方式的发展依旧处于起步期, 人们尚未在各种具体问题如占空比的大小、脉冲周期的大小等上达成统一意见。
4 结论
对于整个系统的可靠性、稳定性而言, UPS系统配套蓄电池的质量具有决定性作用, 所以, 无论对于成本的控制, 还是对于UPS电源的使用年限和持续供电性能而言, 全面探讨UPS配套蓄电池选型和充电模式, 都具有至关重要的意义。当前时代, 网络化、电气化已成为大势所趋, 在世界范围内, 备用电源都得到了推广, 在选型配置上的匹配, 及分析其放电机制, 是在蓄电池配套方面, 常办公和家用UPS系统未来的热点之一。
参考文献
[1]吴敏, 王梦阳, 田李燕等.铅酸蓄电池板栅设计与制造特点的比较[J].蓄电池, 2007, 03 (03) :138-141.
蓄电池充电 篇11
三洋KBC-L2BS
三洋KBC-L2BS非常小巧可爱的身材内置了5000mAh的蓄电池，蓄电量并不算多，但这款移动电源最能打动消费者的地方就是它具有双USB接口输出的设计。对，你没有看错，它可以同时为两个设备进行充电操作，这也是市面上少有的功能。现在用户的外围电子设备都不少，一个一个充来充去的太过于麻烦，它解决了大部分用户的需求，只是5000mAh能保证几次完整充电，这个就不太好说了！
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一种新型的蓄电池充电技术研究 篇12
目前铅酸蓄电池在各种供电场合得到广泛的应用,为了充分发挥铅酸蓄电池的作用,充电器在给电池充电的过程中,应给蓄电池充足电[1],应尽量避免过充电,从而其使其延长寿命。实践证明,要保证铅酸蓄电池的使用寿命,采用正确的充电方法是非常重要的,蓄电池常常被采用串联的方式组成电池组来提高输出电压,相应的就可以采用串联方式进行充电[2]。但是因其蓄电池的单个容量、端电压和内阻在制造和使用过程中会不可避免地产生不一致的问题,从而形成蓄电池组在充电过程中往往会不均衡,结果会使蓄电池组的使用寿命严重缩短。本文提出了一种新型的充电器设计方案,隔离的三路输出分别对单个蓄电池进行充电,同时采用新型的三段式充电控制方法。
1 充电理论
蓄电池在工作工程中主要具有3种工作状态:放电状态、充电状态和浮充状态。处于放电状态时,蓄电池将储蓄的化学能转化为电能供给负载;充电状态是在蓄电池放电之后进行能量储蓄的状态,此种状态下电能转化为化学能存储起来;浮充状态则是蓄电池维持一定化学能存储量所要保持的工作状态,浮充状态下的蓄电池的储能不会因为自放电而损失。放电、充电、浮充电3个状态构成蓄电池的一个完整的工作循环[3]。传统的充电器采用串联充电方式,通过各个电池的电流都是一样的。尽管采用了三段式的充电方法,但是充电时能控制的电压只是电池组的串联电压,仍然伴有电池组充电不均衡并且扩大的现象。蓄电池工作状态曲线如图1所示。因此在此基础上采用一种新的解决方法。
2 改进设计方案
2.1 主电路
改进的新型充电器主电路,如图2所示。前级采用软开关不对称半桥实现了多路的隔离输出,并且利用自身产生的寄生参数,实现谐振式零电压软开关以此减小开关的损耗,同时也避免了因变压器漏感而带来的电压尖峰[4]。后级采用成熟简单的Buck电路拓扑,实现降压并用此来满足三段式充电的要求。
要实现不对称半桥的软开关,不对称半桥的参数设计需要满足以下2个条件,即:
Δt1和Δt2的计算公式如下:
式中:Zn为特性阻抗,
2.2 驱动电路
不对称半桥驱动电路,如图3所示。驱动集成芯片采用IR公司的IR2103,其输出级作为推挽驱动输出,以直接耦合的方式与主电路的开关管相连接,由HO和LO的输出分别作为驱动桥式电路的上、下桥臂。为了实现上桥臂驱动电路的地电位与主电路的同步浮动,采用由DB和CB组成的外接自举电路[5]。
二极管DB的耐压决定式为:
式中:Uc为驱动电源的电压;Ud为不控整流输出的电压。DB的电流容量,IDm的决定式为:
式中:fs为器件开关频率;Qg为MOSFET栅荷。
自举电容应能保证器件开通具有足够的栅荷,则其容量需满足[6]:
式中:KB为安全系数,KB>1;UR为沿CB放电回路外压降的总和。
为了减小DB的反向恢复电流,进一步减少存储进驱动电源的电荷量,本文中的DB采用快速恢复二极管。Buck电路开关管的驱动电路,如图4所示。
当驱动门极的输出为高电平时,隔离变压器驱动侧电容能够防止直流分量流过变压器的初级,而另一侧电容和二极管能够把电压变为单极性[7]。同时两个电容的取值至少是MOSFET器件本身的门极电容的10倍[8]。
2.3 控制电路
Buck控制采用了最大占空比为100%的UC3842芯片,不对称桥控制采用了最大占空比为50%的UC3844芯片。同时两级电路都采用电压型的控制。不对称桥采用的是前馈控制,当输入的电压有波动时,占空比能够相应调整,以保证前级的输出基本不变,如图5所示[9]。
UC3844内部误差放大器的输出为:
后级Buck控制电路能满足三段式充电的要求,Buck控制电路[10],如图6所示。
3 实验结果
充电过程进行了180 min,每隔5 min记录充电电压、电流1次,并用Matlab拟合。实验结果表明,该方案可以实现蓄电池组的并联均衡充电,从而避免了充电过程中产生的不均衡对蓄电池造成的伤害,有效保护了电池,延长其使用寿命。蓄电池充电曲线如图7所示。实验波形如图8和图9所示。
4 结 语
本文分析了传统的串联三段式充电器充电不均衡的产生及其扩大的原因,并且据此改进了充电器的主电路结构,优化了控制方案。设计了一种新型的可对铅酸蓄电池实现三段式充电的方案,大大提高了蓄电池组的充电效率,有效地保护了电池,并且延长了电池组的使用寿命。
摘要：通过分析铅酸蓄电池组串联充电不均衡的产生原因,采用不对称半桥和Buck两级主电路结构,结合三段式充电法,提出了一种新型的充电器设计方案,解决了充电不均衡的难题。实验结果表明,该方案能实现蓄电池组的并联均衡充电,避免电池性能差别的扩大,不对称半桥的零电压软开关也提高了充电器的效率。
关键词：三段式充电,两级主电路,不对称半桥,充电不均衡
参考文献
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[5]田春霞.电动汽车用先进电池的现状及发展[J].电池,2000,30(2):83-85.
[6]耿长情.单片机应用技术[M].北京:化学工业出版社,2002.
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