蓄电池充电技术（精选12篇）
蓄电池充电技术 篇1
我国人口众多, 随着国民经济的发展和人民生活水平的提高, 购买汽车 (特别是轿车) 的人越来越多, 现在我国已经成为了世界汽车 (特别是轿车) 年产销量最多的国家。我国居民现在拥有的汽车绝大多数是燃油 (气) 汽车, 汽车尾气排放严重地污染空气, 特别是大中城市, 由于汽车多, 汽车密度大, 整天弥漫在市区的汽车尾气严重地影响了居民的身体健康。寻求无空气污染的交通工具, 用以取代燃油 (气) 汽车, 已成为了我国交通运输业发展的当务之急。在这方面, 我国已经有了总体的发展规划, 国务院在2012年下发了关于节能与新能源汽车产业发展规划 (2012—2020年) 的通知。该《规划》明确指出:技术路线是以纯电驱动为新能源汽车发展和汽车工业转型的主要战略取向……。
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.
[2]刘文东, 郝宏波, 刘巍巍.关于我国发展电力汽车产业及其配套公路的设想[J].交通节能与环保, 2014, 43 (5) :38-43.
蓄电池充电技术 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。
蓄电池充电技术 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：
[1] 周静，何为，龙兴明.蓄电池储能的独立光伏系统充电控制器研制[J].电力自动化设备，2011，31（11）：13-17.
[2] 李春华，朱新坚，吉小鹏，等.光伏系统中蓄电池管理策略研究[J].系统仿真学报，2012，24（11）：2378-2382.
[3] 宋雷鸣，牟晓卉.浅析影响铅酸蓄电池使用寿命的主要因素和注意事项[J].电源世界，2009 （1）：55-56.
[4] 肖俊明，杜迎虎，李燕斌，等.光伏系统蓄电池二阶段快速充电法的研究[J].蓄电池，2012 （1）：41-44.
[5] 粟梅，李黎明，孙尧，等.独立光伏系统用蓄电池充放电策略的设计[J].蓄电池，2011，48（3）：127-130.
[6] 肖相如.铅酸蓄电池脉冲快速充电方法的研究与应用[J].通信电源技术，2013，30（5）：64-67.
[7] 范发靖，袁晓玲.基于MATLAB的光伏电池建模方法的比较[J].机械制造与自动化，2012，41（2）：157-159.
[8] 傅望，周林，郭珂，等.光伏电池工程用数学模型研究[J].电工技术学报，2011，26（10）：211-216.
[9] 张振国，江涛，徐建科，等.硅光伏电池工程数学模型研究与仿真[J].电源技术，2012，36（11）：1665-1667.
一种新型的蓄电池充电技术研究 篇4
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
[1]AFFANNI A,BELLINI A,FRANCESCHINl G,el a1.Bat-tery choice and management for new generation electric vehi-cles[J].IEEE Transactions on Industrial Eiectronics,2005,52(5):1343-1349.
[2]KUTKUT N H,WIEGMAN H L N,DIVAN D M.Designcongidermion for charge equalzation of an electric vehiclebattery system[J].IEEE Transactions on Industry Appli-cations,1999,35(1):28-35.
[3]叶尊忠.单体电动车蓄电池管理系统[D].杭州:浙江大学,2004.
[4]MOO C S,HSLEH Y C,TSAI I S.Charger equalizationfor series-connected batteries[J].IEEE Transactions onAerospace and Electronic Systems,2003,39(2):704-710.
[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.
[7]陈道炼.DC-AC逆变技术及其应用[M].北京:机械工业出版社,2003.
[8]王兆安,黄俊.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2006.
[9]任凌.不对称半桥谐振变换器[J].电力电子技术,2006,40(1):213-218.
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
蓄电池充电技术 篇7
感应模式无线电能传输技术借助于高频磁场构建供电设备与用电设备之间的能量传输通道, 实现能量以非接触形式传输, 克服了传统接触式供电方式在恶劣环境 (如高湿、高温、高腐蚀、易爆燃环境) 下应用的弊端, 具有高可靠性、高安全性、低维护性等特点[1,2,3,4,5]。在锂离子电池充电系统中, 电池的充电需要经过3个阶段, 在各个阶段系统需要不同的电流, 对于感应模式无线充电系统, 在系统输出端看来, 表现为各个阶段系统具有不同的负载, 当系统负载发生变化时系统应能够检测到并实时调整输出电压或输出功率以满足负载的要求。一个稳定的感应系统应有较宽的带载范围以及参数变化适应能力, 在系统运行的过程中, 当系统参数或负载发生变化时系统仍具有较强的鲁棒性。但是, 由于感应系统特殊的结构, 在不与拾取端通信的情况下无法对负载以及系统参数的大小与性质进行检测和推算, 系统的稳压控制与输出功率控制也就缺乏相应的控制依据。因此, 在感应模式无线充电系统中接收端负载的在线计算对于系统的鲁棒性与传输效率具有重要的意义。
本研究中拾取端参数的在线计算指的是通过检测发射端来在线计算接收端的负载大小。在感应系统中, 接收端对发射端的耦合作用直接体现在接收端反射回发射端的反射阻抗, 当反射阻抗中含有电抗成分时, 在发射线圈的直接体现就是发射线圈的电流与电压不同相, 那么电压与电流的比值的余弦分量就反映了反射阻抗的实部大小, 而正弦分量则反映了反射阻抗的虚部大小。如果电压与电流的比值的余弦分量或正弦分量只包含系统的负载, 那么通过检测发射线圈的电压、电流以及电压与电流的相角便可实时计算出系统的负载的大小。
本研究在进行等效负载理论研究的基础上[6,7,8], 提出一种新型的感应模式下的参数计算以及控制方法, 利用计算出的参数得出负载两端输出电压与逆变桥输入电压的函数关系, 通过Buck变换器控制逆变桥的输入电压。由于Buck变换器的输出可结合计算参数直接得出, 不需要增加额外的无线通信检测电路以及接收端控制器, 从而降低系统成本, 提高系统的可靠性。最后, 通过搭建锂离子电池充电平台对本研究的理论分析进行实验验证。
1 基于互感耦合模型的参数计算
1.1 电路构成
当系统通过发射端计算电路检测出接收端以及系统参数时, 可通过在发射端构建控制器来对输出进行控制, 带有Buck控制器及参数计算的无线充电系统原理图如图1所示。
图1中, 直流电压源Edc经过Buck变换器进行电压变换后, 经开关网络S1~S4逆变为准方波电流源, 驱动原边谐振网络在能量发射线圈Lp上产生交变电流, 激发高频磁场, 能量拾取线圈Ls上感应出同频交变电压, 经串联补偿网络与原边产生谐振效应, 补偿电容分别为Cp, Cs, 从而使得能量的无线传输在一定距离下可以高效地进行, 原、副边线圈之间的互感为Mps, 接收线圈感应到电能后经整流滤波后输出给负载Ro。该负载Ro为输出端的等效负载。
1.2 参数计算
当负载为纯阻性时, 参数设计时应人为使接收端的接收线圈工作在非谐振频率点上, 而对于电池负载, 由于其本身为非纯阻性负载, 系统按照自然频率设计时, 接收端可自然工作在非谐振点上, 此时接收端阻抗含有电抗成分[9], 假设接收端的电抗为Xl, 则根据互感原理, 对于如图1所示的拓扑结构, 当发射线圈和共振线圈固有谐振频率为ω0, 且谐振角频率为ω0时, 接收线圈的阻抗zs, 发射线圈的反射阻抗zps分别为:
由式 (1) 经过化简, 可得到发射线圈的反射阻抗zps为:
因此发射线圈的电抗zp为:
当发射线圈和接收线圈之间的距离固定时, Mps为固定量 (这在实际当中也是比较常见的) , 可以提前检测出来, 由于ωo, Xl也是已知的, 那么此时发射线圈的电抗实部只包含负载这一变量。当发射线圈两端的电压Vp, 电压与电流的相位角为α时, 电抗zp的实部为:
当发射线圈上电压与电流过零点的时间差为Δt, 线圈的谐振频率为ω0时, 电压与电流的相位角α为[9,10,11]:
由式 (4, 5) 可得等效负载阻抗Ro为:
其中, Mps、ωo、Xl为已知, 通过实时检测发射线圈两端的电压与电流, 可得到过零点的时间差, 因此负载的大小可通过检测原边发射线圈的电压、电流以及电压电流的相角实时计算出来。
此时发射线圈上以及接收线圈上电流Ip、Is分别为:
接收线圈两端的感应电压Voc为:
则系统的输出电压为:
由式 (7~9) , 经过化简可得感应系统输出电压为:
由式 (10) 可看出, 当负载改变时, 系统输出电压发生相应地改变, 负载可以通过测量发射线圈的电压与电流之间的相位通过原边计算出来, 而其余的为固定量, 可提前测量出来, 因此当输出电压由于负载变化将发生变化时, 研究者可通过改变输入逆变桥的输入电压Vi来对输出电压进行控制。
2 发射端控制器研究
发射端控制器通过检测发射线圈的电压与电流的相位角来在线计算负载的变化。当由于负载变化导致输出电压降低时, 控制器增大逆变器Buck变换器的占空比, 反之则减小Buck变换器的占空比。假设Buck变换器的输出占空比为D, 则逆变器输入电压Vi与系统输入电压Edc之间的关系为:
接收端为一并联谐振网络, 根据正弦等效原理, 将变换器次级整流滤波电路等效为交流负载, 则其交流等效负载Rac为:
由式 (10~12) , 可得输出电压VO与系统输入电压Edc的表达式为:
由式 (13) 可看出, 系统输入电压不变, 负载发生变化时, 通过调节Buck变换器的占空比可使系统输出电压保持恒定。此时图1所示的电路原理图可简化为如图2所示的Buck变化器。
首先根据发射线圈上的电压、电流过零点的时间差与周期求出电压与电流的相位角, 然后由式 (6) 可求出负载阻抗的大小, 最后由式 (10) 可得到输出电压的大小, 输出电压计算值与输出电压给定值的误差传递给PI控制器, 控制器输出相应的占空比来控制Buck变换器, 从而控制逆变桥的输入电压大小, 进而控制系统输出电压的大小。
3 实验研究
为验证上述参数辨识与输出控制理论的正确性, 本研究搭建了一个工作频率为26 k Hz的感应模式无线电能充电系统实验系统, 对系统的参数辨识方法和输出稳压控制进行实验验证, 实验中各主要元件参数如表1所示。
该实验由CPLD产生26 k Hz高频信号, 该高频信号经全桥逆变放大电路放大后, 在发射线圈上输出具有一定功率的正弦波, 该能量通过电磁感应传递到次级接收线圈, 次级接收线圈接收电能供负载使用, 为减少线圈损耗, 发射线圈和接收线圈均采用里兹线绕制。为方便进行试验验证, 该实验首先采用电阻切换来模拟电池的充电以及浮充模式。
该实验保持共振线圈间的互感不变对负载进行在线计算, 负载由10Ω增大到50Ω时互感和负载在线计算的结果如表2所示。其中, RLide为电阻的辨识值。
从表2中可看出, 负载发生变化时, 该变化会被控制器检测到并根据发射线圈电压以及电压与电流的相位角准确辨识出来, 对于电池充电系统, 由于充电芯片电源输入允许电压一定的浮动, 辨识结果允许有一定的误差。
当得到辨识结果后, 控制器进而计算系统输出电压的变化, 然后改变Buck变换器的占空比, 从而保证输出电压稳定在给定值上。
负载由50Ω切换到10Ω, 然后再切换到50Ω的输出电压与发射线圈电压的波形图如图3所示。
负载由10Ω切换到50Ω, 然后再切回10Ω的输出电压与发射线圈电压的波形图如图4所示。从图3、图4可以看出, 采用该辨识以及控制方法可以对输出电压进行快速、有效地控制。本研究在通过电阻验证系统的控制性能以后, 采用实际的充电芯片及电池进行实验验证, 实验中充电芯片采用多节锂电充电芯片SC1808, 该芯片具有恒压、恒流以及浮充三段式状态自动转换的功能, 同时内部集成了双灯LED充电指示转换电路及驱动电路, 大大简化了外部元件的数量, 提高了系统稳定性及降低了生产成本, 可以对单双节锂电或三串、四串、六串锂电池充电, 充电电流可以达到3 A~8 A。SC1808芯片最大的亮点在于可以实现快速充电, 根据设置充电电流时间可以控制在10 min~3 h不等, 输入电压可根据需要从5 V~40 V选择。该实验中负载为三串锂电, 充电电流选择为2 A, 系统输出电压也即SC1808的输入电压控制在15 V左右。实验结果表明:采用本研究所提出的负载辨识的原边控制模式与单一采用副边控制模式相比, 系统的平均效率可提高20%以上, 在浮充模式下由于系统工作在轻载模式, 采用原边控制的系统, 效率提升更为明显。
4 结束语
本研究利用互感模型, 提出了一种感应电能传输系统的负载的参数辨识方法, 该方法仅依赖于发射线圈的电压与电流的相位差, 使复杂采样系统设计及硬件实现得以简化, 通过对参数的动态辨识, 原边仅需要一个控制器就可以对输出功率进行控制。基于该辨识方法, 设计了一个基于原边控制的锂离子电池充电系统, 通过实验表明, 本研究所提出的基于参数辨识的充电方法具有设计简单、控制效果好、系统传输效率高的特点。
摘要：针对感应模式无线电能充电系统中输出控制问题, 增加了参数辨识环节, 实现了对原边线圈的电压电流相位的实时检测, 使Buck变换器根据辨识参数结果控制输出电压, 有效地克服了传统控制方法需要两个控制器以及原副边需要通信的弊端, 简化了系统的设计, 提高了系统的可靠性。最后制作了一个感应模式锂离子电池无线电能充电装置并进行了试验测试, 测试结果验证了参数辨识控制技术的有效性。研究结果表明, 相对于传统的通讯控制方法, 该辨识控制方法控制效果好, 电能传输效率高。
关键词：感应模式,单边控制,参数辨识,Buck变换器
参考文献
[1]BOYS J T, GREEN A W.Inductively coupled power transmission concept-design and application[J].IPENZ Trans., 1995, 22 (1) :1-9.
[2]GREEN A W, BOYS J T.10 kHz inductively coupled power transfer-concept and control[J].Power Electronics and Variable Speed Drives, 1994 (399) :694-699.
[3]杨民生, 王耀南.感应耦合电能传输系统动态解谐传输功率控制[J].电机与控制学报, 2012, 16 (1) :72-78
[4]MAM G K, DAE S L, MYANG J Y.A new state feedback control of resonant converters[J].IEEE Transcations on Industrial Electronic, 1991, 38 (3) :173-179.
[5]WANG C S, COVIC G A, STIELAU O H.Power transfer capability and bifurcation phenomena of loosely coupled inductive power transfer systems[J].IEEE Transcations on Industrial Electronics, 2004, 51 (1) :148-157.
[6]LI H L, HU A P, COVIC G A.FPGA Controlled High Frequency Resonant Converter for Contactless Power Transfer[C]//IEEE Power Electronics Specialists Conference.Rhodes:[s.n.], 2008:3642-3647.
[7]戴欣, 孙跃.感应电能传输系统参数辨识与恒流控制[J].重庆大学学报, 2011, 34 (6) :98-104.
[8]唐春森.非接触电能传输系统软开关工作点研究及应用[D].重庆:重庆大学自动化学院, 2009.
[9]HUANG C Y, BOYS J T, COVIC G A.Practical Considerations for Designing IPT System for EV Battery Charging[C]//IEEE Vehicle power and Propulsion Conference.Michigan, USA:[s.n.], 2009:402-407.
[10]武瑛, 严陆光, 徐善纲.新型无接触电能传输系统的稳定性分析[J].中国电机工程学报, 2004, 24 (5) :63-66.
蓄电池充电技术 篇8
矿灯是矿井下工作所必需的重要设备, 其安全性能的好坏紧系着矿下工人的生命安全。随着大容量锂电池和大功率LED照明技术的出现, 新型冷光源锂电池供电的矿灯日益推广, 由于这种基于上述新技术的矿灯和以往矿灯相比无论是使用寿命还是安全性上都有很大的改善.但煤炭生产企业常常忽视锂电池矿灯的使用寿命所带来的安全问题, 为节省生产成本, 锂电池矿灯常常被超期使用, 带来很大的安全隐患。
虽然国家煤矿安全监察局发布的《安标国家矿用产品安全标志中心文件》 (矿安标字[2007]3号) 明确规定了锂电池矿灯的使用要求[1], 由于监管困难各种安全标准很难落实。为此, 设计一种具有安全监管的锂电池矿灯智能充电系统对煤矿的安全生产意义重大。
2 具有安全监管的锂电池矿灯智能充电系统架构
具有安全监管的锂电池矿灯智能充电系统整体架构如图1所示。
系统包括充电架、矿灯充电管理PC机和矿灯生产厂家管理PC机。充电架上的充电控制模块通过线路复用技术能够与矿灯之间进行数据交换, 读取或写入矿灯内的出厂日期、充电次数等与矿灯使用安全相关的数据;充电架与充电管理PC机之间采用RS485现场总线按主从方式进行数据传输, 监管矿灯的出厂日期、充电次数、维修记录等;矿灯生产厂家的管理PC机通过远程网络能够访问矿灯充电管理PC机内的数据库, 已实现对本厂生产的矿灯使用情况跟踪监控, 杜绝超期服役等不安全现象的出现。
3 具有安全监管记录功能的矿灯
根据具有安全监管的锂电池矿灯智能充电系统架构要求, 矿灯要具有自动上报电子编号、出厂日期电子记录、充电次数电子记录、电池类型和计时等智能功能, 矿灯内部电路原理框图如图2所示。
矿灯内的控制电路采用C8051F410单片机对矿灯工作过程进行智能管理。C8051F410是完全集成的低功耗混合信号片上系统型MCU, 其内部的UART0用于矿灯和充电模块的数据传输, ADC0用于检测充电端口电压和电池电压, 32 KB的片内FLASH存储器中的部分页用于存储记录矿灯的电子编号、出厂日期、充电次数和电池类型等电子数据, RTC实时时钟用来产生精确的定时;按键处理电路和LED数码显示构成矿灯使用中的人机接口, 可实现矿灯编号、当前时间、剩余电量及设置参数的显示, 当按键停止操作10 s后自动关断显示, 进入省电状态;大功率LED驱动电路用来控制LED恒流发光;线路复用控制电路用来管理充电和通信中的线路分时使用。
矿灯内部还根据所使用锂电池的特性设有充电次数和使用时间函数关系, 矿灯能够自动计算剩余充电次数和使用时间, 如果超期或超限, 自动关闭充电开关禁止充电, 矿灯将无法使用, 达到自动安全监管目的。
4 智能充电架
智能充电架上由24个四单元充电模块组成, 每个充电模块内部电路原理如图3所示[2,3]。C8051F310单片机是四单元充电模块的核心部件, UART0经RS485接口电路挂接到现场总线上, 与充电管理PC机进行数据通信, 可以接受充电管理PC机的各种命令和参数设置操作, 并能将模块的各个端口工作状态上传给充电管理PC机;C8051F310单片机根据矿灯电池类型和充电进程 (涓流充电、恒流充电和恒压充电) 产生四路PWM信号分别送给四个PWM驱动电路, PWM驱动电路将PWM信号功率放大并进行滤波处理供充电使用, 线路复用控制电路按照单片机指令将充电信号或通信数据送到充电/数据复用线路;由于C8051F310单片机只有一个串行口 (UART0) , 为此使用外部中断INT0和定时器T2通过模拟串口的方式设计了虚拟的串口UART1, 解决四单元充电模块与矿灯之间信息传输问题;四个充电端口上的输出电压和电流通过充电电压/充电电流检测电路处理后送给C8051F310单片机的ADC。
四单元充电模块能够通过线路复用技术与矿灯之间进行数据传输, 来确认矿灯的电池类型、出厂日期、充电次数, 从而决定按照什么样的参数为矿灯充电, 如果该矿灯是超期或超限服役要做出记录 (该记录生产厂家的管理PC机能够通过Internet远程访问, 如果发现矿灯到达使用时限能够及时通知用户) , 并禁止充电, 以实现安全监管。
5 数据通信
智能充电架与充电管理PC机之间通信采用工业通用MODBUS现场总线协议[4], 每个充电架同时可挂接24个四单元智能充电模块, 每个充电管理PC机设计最多可挂接100个充电架 (需加RS485集线器) , 可同时管理9 600盏矿灯充电。
充电管理PC机与矿灯生产厂家管理PC机之间通过Internet远程连接, 采用TCP/IP协议互访。矿灯生产厂家管理PC机和充电管理PC机的数据库都是使用SQL SERVER 2000开发的。数据库中保存着矿灯充电实时数据、矿灯使用信息等。Web 服务器主要用于提供Web Service 服务, 为矿灯生产厂家等远程用户提供B/S 数据浏览服务[5]。
6 结 论
具有安全监管的锂电池矿灯智能充电系统在矿灯充电过程中通过线路复用技术引入信息交换和认证机制, 有效地防止了矿灯超期或超限服役问题;通过网络数据库技术和现场总线技术解决了传统的矿灯生产、使用和安全监管过程脱节问题, 做到监管、生产、维修、使用透明化, 达到煤矿安全生产的目的。
摘要：介绍一种具有安全监管的锂电池矿灯智能充电系统, 该系统通过线路复用技术能够实现充电台架与矿灯之间进行数据交换, 使用现场总线技术进行多台充电台架的集中管理, 应用网络数据库技术实现矿灯生产厂家对所销售矿灯工作状况进行随时查询, 从安全监管的角度解决了矿灯使用情况的智能管理问题。
关键词：矿灯,锂电池,充电,安全监管
参考文献
[1]GB7957-2003.矿灯安全性能通用要求[S].2004.
[2]辛荣光.基于CAN总线的智能矿灯充电架系统设计[J].煤炭机械, 2007, (9) :110-113.
[3]张涛.智能型锂电矿灯充电架工作原理及其应用[J].煤炭科技, 2007, (4) :38-40.
[4]王兴贵, 张明智, 杜莹.MODBUS RTU通信协议在智能仪表与工控机通信中的应用[J].低压电器, 2008, (2) :11-14.
蓄电池充电技术 篇9
引领电池技术发展方向
美国西北大学教授Harold Kung与他的研究团队指出, 在充电效率方面, 该技术的关键在于锂离子在石墨烯层间的流动状态——离子在其中的流动速度直接影响到充电速度的快慢。而为了加速流动速度, 该团队研究出改变石墨烯排列, 使其成为数百万个只有10nm～20nm大小的蜂槽型柱状体, 制造出更适合锂离子流动的“快速快捷方式”。也因为如此, 该团队实现将原来电池充电时间缩短到1/10的成绩。
在充电容量方面, 该团队研究将小群的硅 (Silicon) 置入石墨烯层之间, 达成提升电池内部锂离子的密度的效果。归功于石墨烯所提供高延展特性, 这样的技术突破也使聚集在电极附近锂离子更多, 也因此使因为硅膨胀所造成的老问题获得解决。如此一来, 这颗使用新技术的电池在完全充满电之后, 使用时间将可整整维持一周。“如今我们即将在双方面都得到最佳表现。”Kung表示, 因为硅技术的进步, 业界获得更高的蓄电密度, 甚至就算硅团簇 (Silicon Clusters) 分离也不会造成硅的消失。
新技术仍需完善
不过此技术仍有尚待改进之处——新电池会在充电150次后, 效率急剧下滑。但Kung也指出增加电池的充电保持 (Charge Retention) 能力将足以弥补这样的缺点, “即使仍维持150次的充电次数表现, 但寿命也可达一年或更久, 更别说电池在此之后仍拥有现有锂电池的五倍效率”。
蓄电池的充电工艺规范与充电方法 篇10
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:
蓄电池充电技术 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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蓄电池充电方法的研究 篇12
经过多年的考察发现, 电池充电过程对电池寿命影响很大, 放电的过程影响却很小。也就是说, 绝大多数的蓄电池不是用坏的, 而是“充坏”的。由此可见, 研究充电的过程对蓄电池的使用寿命很有意义。
1 蓄电池充电原理
充电过程以最低出气率为前提的, 蓄电池有可接受的充电曲线。实验表明, 如果充电电流按这条曲线变化, 既可以大大缩短充电时间, 对电池的容量和寿命也没有影响。原则上把这条曲线称为最佳充电曲线, 初始充电电流很大, 但是衰减很快, 主要原因是充电过程中产生了极化现象。在密封式蓄电池充电过程中, 内部产生氧气和氢气, 当氧气不能被及时吸收时, 便堆积在正极板 (正极板产生氧气) , 使电池内部阻力加大, 电池温度上升, 相当缩小了正极板的面积, 表现为内阻上升, 这就是所谓的极化现象。
蓄电池其放电及充电的化学反应式如下:
充电反应:充电就是电解。是从外部通入电流在电极极板的活性物质上引起氧化还原反应。
负极发生还原反应:PbSO4+2e→Pb+SO2-4…… (1)
正极发生氧化反应:PbSO4-2e+2H2O→PbO2+4H++SO2-4…… (2)
总反应:2PbSO5+2H2O→Pb+PbO2+2H2SO4…… (3)
在充电末期发生:
负极:2H++2e→H2↑…… (4)
正极:…… (5)
总反应:…… (6)
最后是负极上绒状铅最多硫酸铅最少;正极上二氧化铅最多, 硫酸铅最少。
由于 (2) 和 (6) 水消耗了, 反应 (1) 和 (2) 又生成了硫酸, 所以铅蓄电池中电解液比重上升, 必要时要加水调整电解液比重。
放电反应:
负极发生氧化反应:Pb+SO2-4-2e→PbSO4…… (7)
正极发生还原反应:PbO2+6H++SO2-4+2e→PbSO4+2H2O…… (8)
总反应:PbO2+Pb+2H2SO4→2PbSO5+2H2O…… (9)
由于 (7) 和 (8) 硫酸消耗了, 由 (8) 又生成了水, 所以铅蓄电池中电解液比重下降。
充电过程和放电过程互为逆反应。可逆过程就是热力学的平衡过程, 为保障电池能够始终维持在平衡状态之下充电, 必须尽量使通过电池的电流小一些。理想条件是外加电压等于电池本身的电动势。但是, 实践表明, 蓄电池充电时, 外加电压必须增大到一定数值才行, 而这个数值又因为电极材料, 溶液浓度等各种因素的差别而在不同程度上超过了蓄电池的平衡电动势值。从化学反应角度看, 这种电动势超过热力学平衡值的现象也就是上述的极化现象。
一般产生极化现象来自3个方面。
1) 外加电源的正负极形成的电场使得正负离子向两极迁移。在离子迁移过程中不可避免地受到一定的阻力, 称为欧姆内阻。为了克服这个内阻, 外加电压就必须额外施加一定的电压, 以克服这种阻力推动离子迁移。该多余的能量以热的方式转化给环境, 出现所谓的欧姆极化。随着充电电流急剧加大, 欧姆极化将造成蓄电池在充电过程中的高温。
2) 极化电流流过蓄电池时, 为保持正常的反应, 最理想的情况是电极表面的反应物能及时得到补充, 生成物能及时离去。实际上, 生成物和反应物的扩散速度远远比不上化学反应速度, 从而造成极板附近电解质溶液浓度发生变化。也就是说, 从电极表面到中部溶液, 电解液浓度分布不均匀。这种现象称为浓度极化。
3) 电化学极化是由于电极上进行的电化学反应的速度, 落后于电极上电子运动的速度造成的。例如:电池的负极充电前, 电极表面带有一定数量的负电荷, 其附近溶液带有正电荷, 两者处于平衡状态。充电时, 外电路立即有电子释加给负极板。电极表面负电荷增多, 而金属还原过程反应进行缓慢Me-eMe+, 不能及时释放电极表面电子的增多, 电极所带负电荷与附近溶液正电荷状态平衡发生变化。这种电极负电荷增多的状态促进电子进入到金属, 使附近溶液中的金属离子Me+离开溶液, 加速Me-eMe+还原反应的进行。总有一个时刻, 达到新的动态平衡。但与充电前相比, 电极表面所带负电荷数目增多了, 与此对应的电极电势变负。也就是电化学极化电压变高, 从而严重阻碍了正常的充电电流。同理, 电池正极充电时, 电极表面所带正电荷数目增多, 电极电势变正。
这3种极化是从不同的角度来观察蓄电池充电过程的现象, 都会随着充电电流的增大而加剧。
2 充电方法的研究
2.1 常规充电法
常规充电制度是依据“安培小时规则”:充电电流安培数, 不应超过蓄电池待充电的安时数。实际上, 常规充电的速度受蓄电池充电中的温度和气体的产生所限。这方面的研究对蓄电池用最短时间充电的有着重要意义。
一般常规充电有以下3种。
2.1.1 恒流充电法
恒流充电法是用调整充电装置输出电压或改变与蓄电池串联电阻的方法, 保持充电电流强度不变的充电方法, 这种控制方法简单。缺点是, 由于电池的可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降的, 到充电后期, 充电电流多用于电解水, 产生气体, 使出气过多, 不仅充电效率低, 需要经常对蓄电池维护———加蒸馏水。因此, 常选用阶段充电法。
2.1.2 阶段充电法 (二阶段充电法和三阶段充电法)
1) 二阶段法采用恒电流和恒电压相结合的快速充电方法。首先, 以恒电流充电至预定的电压值, 然后, 改为恒电压完成剩余的充电。一般两阶段之间的转换电压就是第二阶段的恒电压。
2) 三阶段充电法在充电开始和结束时采用恒电流充电, 中间用恒电压充电。当电流衰减到预定值时, 由第二阶段转换到第三阶段。这种方法可以将出气量减到最少, 但可作为一种快速充电方法使用, 实际受到一定的限制。
2.1.3 恒压充电法
充电电源的电压在全部充电时间里保持恒定的数值, 随着蓄电池端电压的逐渐升高, 电流逐渐减少。与恒流充电法相比, 其充电过程更接近于最佳充电曲线。由于充电初期蓄电池电动势较低, 充电电流很大, 随着充电的进行, 电流将逐渐减少, 因此, 控制系统简单。这种充电方法电解水很少, 避免了蓄电池过充。但在充电初期电流过大, 对蓄电池寿命造成很大影响, 且容易使蓄电池极板弯曲, 造成电池报废。鉴于这种缺点, 恒压充电很少使用, 只有在充电电源电压低而电流大时采用。例如, 汽车运行过程中, 蓄电池就是以恒压充电法充电的。
2.2 快速充电技术
为了能够最大限度地加快蓄电池的化学反应速度, 缩短蓄电池达到满充状态的时间, 同时, 保证蓄电池正负极板的极化现象尽量地少或轻, 提高蓄电池使用效率。快速充电技术近年来得到了迅速发展。下面介绍目前比较流行的几种快速充电方法。这些方法都是围绕着最佳充电曲线进行设计的, 目的就是使其充电曲线尽可能地逼进最佳充电曲线。
2.2.1 脉冲式充电法
这种充电法不仅遵循蓄电池固有的充电接受率, 而且能够提高蓄电池充电接受率, 从而打破了蓄电池指数充电接受曲线的限制, 这也是蓄电池充电理论的新发展。脉冲充电方式首先是用脉冲电流对电池充电, 然后让电池停充一段时间, 如此循环。充电脉冲使蓄电池充满电量, 而间歇期使蓄电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉, 使浓差极化和欧姆极化自然而然地得到消除, 从而减轻了蓄电池的内压, 使下一轮的恒流充电能够更加顺利地进行, 使蓄电池可以吸收更多的电量。间歇脉冲使蓄电池有较充分的反应时间, 减少了析气量, 提高了蓄电池的充电电流接受率。
2.2.2 ReflexTM快速充电法
这种技术是美国的一项专利技术, 它主要面对的充电对象是镍镉电池。由于它采用了新型的充电方法, 解决了镍镉电池的记忆效应, 因此, 大大降低了蓄电池的快速充电的时间。铅酸蓄电池的充电方法和对充电状态的检测方法与镍镉电池有很大的不同, 但它们之间可以相互借鉴。
ReflexTM充电法的一个工作周期包括正向充电脉冲, 反向瞬间放电脉冲, 停充维持3个阶段。
2.2.3 变电流间歇充电法
这种充电方法建立在恒流充电和脉冲充电的基础上。其特点是将恒流充电段改为限压变电流间歇充电段。充电前期的各段采用变电流间歇充电的方法, 保证加大充电电流, 获得绝大部分充电量。充电后期采用定电压充电段, 获得过充电量, 将电池恢复至完全充电态。通过间歇停充, 使蓄电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉, 使浓差极化和欧姆极化自然而然地得到消除, 从而减轻了蓄电池的内压, 使下一轮的恒流充电能够更加顺利地进行, 使蓄电池可以吸收更多的电量。
2.2.4 变电压间歇充电法
在变电流间歇充电法的基础上又有人提出了变电压间歇充电法。与变电流间歇充电方法不同之处在于第一阶段的不是间歇恒流, 而是间歇恒压。
可以看出, 更加符合最佳充电的充电曲线。在每个恒电压充电阶段, 由于是恒压充电, 充电电流自然按照指数规律下降, 符合电池电流可接受率随着充电的进行逐渐下降的特点。
2.2.5 变电压变电流波浪式间歇正负零脉冲快速充电法
综合脉冲充电法、ReflexTM快速充电法、变电流间歇充电法及变电压间歇充电法的优点, 变电压变电流波浪式正负零脉冲间歇快速充电法得到发展应用。脉冲充电法充电电路的控制一般有两种:
1) 脉冲电流的幅值可变, 而PWM (驱动充放电开关管) 信号的频率是固定的;2) 脉冲电流幅值固定不变, PWM信号的频率可调。
再就是采用的一种不同于这两者的控制模式, 脉冲电流幅值和PWM信号的频率均固定, PWM占空比可调, 在此基础上加入间歇停充阶段, 能够在较短的时间内充进更多的电量, 提高蓄电池的充电接受能力。
摘要：铝酸蓄电池从发明至今已有一百五十一年的历史了, 其优点有限多, 极大限度地满足方便了人们的生活, 但是在使用中, 若充电方法不当, 会大大缩短其寿命, 那么如何正确充电延长电池寿命是我们丞待解决的问题。