详解蓄电池充电控制技术

蓄电池具有电压安稳、供电可靠、移动便利等长处，它广泛地使用于发电厂、变电站、通讯系统、电动汽车、航空航天等各个部门。蓄电池首要有普通铅酸蓄电池、碱性镉镍蓄电池以及阀控式密封铅酸蓄电池三类。普通铅酸蓄电池因为具有运用寿数短、功率低、保护杂乱、所发生的酸雾污染环境等问题，其运用范围很有限，现在已逐步被阀控式密封铅酸蓄电池所淘汰。阀控式密封铅酸蓄电池全体选用密封结构，不存在普通铅酸蓄电池的气涨、电解液渗漏等现象，运用安全可靠、寿数长，正常运转时无须对电解液进行检测和调酸加水，又称为免保护蓄电池。它已被广泛地使用到邮电通讯、船只交通、应急照明等许多范畴。碱性镉镍蓄电池的特点是体积小、放电倍率高、运转保护简略、寿数长，但因为它单体电压低、易漏电、造价高且容易对环境造成污染，因而其运用受到限制，现在首要使用在电动工具及各种便携式电子设备上。

普通铅酸蓄电池首要由极板组、电解液和电池槽等部分组成。正、负极板都由板栅和活性物质构成，其中正极板上的活性物质是棕色的二氧化铅（PbO2），负极板上的活性物质为深灰色的海绵状纯铅（Pb）。电解液是用蒸馏水（H2O）和纯硫酸（H2SO4）按必定的份额配成的。在充电进程中，电解液与正、负极板上的活性物质发作化学反应，然后把电能变成化学能储存起来；在放电进程中，电解液也与正、负极板上的活性物质发作化学反应，把储存在蓄电池内的化学能转化成电能供应负载。为了使化学反应能正常进行，电解液有必要具有必定的浓度。电池槽是极板组和电解液的容器，它有必要具有较好的耐酸性能、绝缘性能和较高的机械强度。

在蓄电池正、负极板之间接入负载，便开端了蓄电池的放电进程。此刻，正极板电位下降，负极板电位上升，正负极板上的活性物质（PbO2和Pb）都不断地转变为硫酸铅（PbSO4），电解液中的硫酸逐步转变为水，电解液比重逐步下降，然后使蓄电池内阻新增、电动势下降。假如在蓄电池的正、负极板之间接入输出电压比蓄电池端电压高的直流电源，蓄电池的充电进程便开端了。此刻，正极板电位因正电荷集合而上升，负极板电位因负电荷集合而下降，正极板上的PbSO4逐步变为PbO2，负极板上的PbSO4逐步变为海绵状Pb。一起，电解液中H2SO4合成逐步增多，水分子逐步削减，电解液比重逐步新增，蓄电池端电压也不断进步。

2蓄电池快速充电技能

惯例充电的办法选用小电流慢充方式，对新的铅酸蓄电池初充电需70h以上，进行普通充电也需10h以上。充电时间太长，不但会拉长充电监测的时间、造成电能的浪费，还限制了蓄电池的循环运用次数，并新增保护工作量。此外，有关像电动汽车等要求蓄电池接连供电的场合，运用起来很不便利。而选用快速充电办法，能够缩短蓄电池的充电时间，进步充电功率，节约能源，并更好地满意工业使用的需求，具有严重的现实意义。

20世纪60年代中期，美国科学家马斯对蓄电池充电进程中的出气问题作了很多的实验研讨工作，提出了以最低出气率为条件的蓄电池可承受的充电电流曲线，如图1所示［1］。从图中能够看出，在充电进程中，只需充电电流不超越蓄电池可承受的电流，蓄电池内部就不会发生很多的气泡。而惯例充电一般选用先恒流、后恒压的两阶段充电法，在充电进程初期，充电电流远远小于蓄电池可承受的充电电流，因而充电时间大大延长；充电进程后期，充电电流又大于蓄电池可承受电流，因而蓄电池内发生很多的气泡。可是，假如在整个充电进程中能使实际充电电流始终等于或挨近于蓄电池可承受的充电电流，则充电速度就可大大加速，而且出气率也可操控在很低的范围内。这就是快速充电的基本理论依据。然而，在充电进程中，蓄电池中发生的极化电压会阻碍其本身的充电，而且使出气率和温升显着升高，因而，极化电压是影响充电速度的重要因素。由此可知，要想完成快速充电，有必要设法消除极化电压对蓄电池充电的影响。从极化电压的形成机理能够推知，极化电压的巨细是紧随充电电流的改变而改变的。当停止充电时，电阻极化消失，浓差极化和电化学极化亦逐步削弱；而假如为蓄电池供给一条放电通道让其反向放电，则浓差极化和电化学极化将敏捷消失，一起蓄电池内温度也因放电而下降。因而，在蓄电池充电进程中，适时地暂停充电，而且恰当地加入放电脉冲，就可敏捷而有效地消除各种极化电压，然后进步充电速度。现在，大家比较认同的快速充电办法是脉冲充电、脉冲放电去极化办法。图2为脉冲充电、脉冲放电去极化快速充电的波形图。研讨标明，运用如图3所示开关充电电源可有效地完成蓄电池脉冲快速充电。

蓄电池充电操控技能简介

图1蓄电池可承受的充电电流曲线

蓄电池充电操控技能简介

图2脉冲快速充电曲线

蓄电池充电操控技能简介

图3高频开关充电电源方框图

3充电操控办法

充电操控首要包含主充、均充、浮充三阶段的主动转化，从放电状况到充电状况的主动转化，充电程序判别及停充操控等方面。把握正确的操控办法，有利于进步蓄电池充电功率和运用寿数。

3.1主充、均充、浮充各阶段的主动转化

现在，国内大部分充电电源仍选用主充、均充、浮充三阶段充电法完成对蓄电池的充电。充电各阶段的主动转化办法有：

（1）时间操控，即预先设定各阶段充电时间，由时间继电器或CPU操控转化时间；

（2）设定转化点的充电电流或蓄电池端电压值，当实际电流或电压值到达设定值时，即主动转化；

（3）选用积分电路在线监测蓄电池的容量，当容量到达必定值时，则发信号改变充电电流的巨细。

上述办法中，时间操控比较简略，但这种办法缺乏来自蓄电池的实时信息，操控比较大略；容量监控办法操控电路比较杂乱，但操控精度较高。

3.2充电程度判别

在对蓄电池进行充电时，有必要随时判别蓄电池的充电程度，以便操控充电电流的巨细。判别充电程度的首要办法有：

（1）调查蓄电池去极化后的端电压改变。一般来说，在充电初始阶段，电池端电压的改变率很小；在充电的中心阶段，电池端电压的改变率很大；在充电晚期，端电压的改变率极小［2］。因而，通过观测单位时间内端电压的改变状况，就可判别蓄电池所在的充电阶段；

（2）检测蓄电池的实际容量值，并与其额外容量值进行比较，即可判别其充电程度；

（3）检测蓄电池端电压判别。当蓄电池端电压与其额外值相差较大时，阐明处于充电初期；当两者差值很小时，阐明已挨近充溢。

3.3停充操控

当蓄电池足够电后，有必要适时地切断充电电流，否则蓄电池将出现很多出气、失水和温升等过充反应，直接危及蓄电池的运用寿数。因而，有必要随时监测蓄电池的充电状况，确保电池足够电而又不过充电。首要的停充操控办法有：

（1）按时操控选用恒流充电法时，电池所需充电时间可依据电池容量和充电电流的巨细很容易地确认，因而只需预先设定好充电时间，一旦时间一到，按时器即可宣布信号停充或降为涓流充电。按时器可由时间继电器充任，或者由单片机承当其功能。这种办法简略，但充电时间不能依据电池充电前状况而主动调整，因而实际充电时，或许会出现有时欠充、有时过充的现象；

（2）电池温度操控对CdNi电池而言，正常充电时，蓄电池的温度改变并不显着，可是，当电池过充时，其内部气体压力将敏捷增大，负极板上氧化反应使内部发热，温度敏捷上升（每分钟可升高几个摄氏度）。因而，调查电池温度的改变，即可判别电池是否现已充溢。一般选用两只热敏电阻别离检测电池温度和环境温度，当两者温差到达必定值时，即宣布停充信号。因为热敏电阻动态呼应速度较慢，故不能及时准确地检测到电池的满充状况；

（3）电池端电压负增量操控一般来说，当电池足够电后，其端电压将出现下降趋势，据此可将电池电压出现负上升的时间作为停充时间。与温度操控法比较，这种办法呼应速度快，此外，电压的负增量与电压的绝对值无关，因而这种停充操控办法可适应具有不同单格电池数的蓄电池组充电。此办法的缺陷是一般的检测器灵敏度和可靠性不高，一起，当环境温度较高时，电池足够电后电压的减小并不显着，因而难以操控；

（4）运用极化电压操控一般状况下，蓄电池的极化电压出现在电池刚好充溢后，一般在50mV～100mV数量级，选用有关专利技能［3］来丈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。研讨标明，因为每个电池在几许结构、化学性质及电学特性等方面至少存在一些细微的差别，那么依据每个单格电池的特性来确认它所要求的充电水平会比把蓄电池组作为一个全体来操控的办法愈加合适一些。这种办法的长处表现在：

①不需温度补偿；

②电池不需接连浮充电，电池间连线腐蚀削减；

③不同类型和运用状况的电池可构成一组运用；

④能够随意新增电池以便扩容；

⑤每个电池都可用到不能再用，而其寿数不会缩短。