【文章內(nèi)容簡介】 電速率小于C／100時，才能使蓄電池容量恢復到100％以后，才發(fā)生過充電反應。蓄電池充電的第一任務是要盡可能快的恢復容量，為達到這個目的，希望使用較大的充電速率，但是大的充電速率必然引起蓄電池的過充反應，產(chǎn)生析氣現(xiàn)象，縮短蓄電池的壽命。采用小的充電速率固然可以防止過充反應，對蓄電池的壽命影響也小，但是不能達到快速性的要求。因此，先進的充電技術應當處理好這個矛盾。 圖2. 2 鉛酸蓄電池充電特性 鉛酸蓄電池的極化問題 鉛酸蓄電池在充電過程有3個極化(歐姆極化、電化學極化、濃差極化)現(xiàn)象是不可避免的，這3個極化影響電池的充電接受能力，障礙了充電速度。（1） 歐姆極化在充電過程中，離子遷移不可避免地遇到一定的阻力，外加電壓就必須額外的施加一定的電壓以克服這種阻力，這種現(xiàn)象就稱為歐姆極化。（2） 濃度極化隨著電極化學反應的進行，生成物以及反應物的擴散遷移速度跟不上化學反應的速度時，會造成從電極表面到中部溶液、電解質(zhì)濃度分布不均勻，這種現(xiàn)象稱為濃度極化。（3）電化學極化電極反應由好幾個基本步驟構(gòu)成，其中有一個步驟，其活化能最高，而為了使得反應的順利進行必須外加電源來增加一定的電壓去克服反應的活化能，這種現(xiàn)象就叫做電化學極化。2 充電方法的研究 充電方法 蓄電池充電方法可以分為常規(guī)的充電方法和快速充電方法。常規(guī)的充電方法主要有恒流充電、恒壓充電、分階段充電三種，許多其他的方法都是在這三種基本方法的基礎上衍生而來。而快速充電方法目前常用的主要有脈沖充電、變電流間歇充電、變電壓間歇充電方法等。 常規(guī)充電方法(1) 恒流充電方法恒流充電法是用調(diào)整充電裝置輸出電壓或改變與蓄電池串聯(lián)電阻的方法，保持充電電流強度不變的充電方法?？刂品椒ê唵?，但由于電池的可接受電流能力是隨著充電過程的進行而逐漸下降的，到充電后期，充電電流多用于電解水，產(chǎn)生氣體，使出氣過甚，因此，常選用階段充電法。 恒流充電曲線(2) 恒壓充電方法充電電源的電壓在全部充電時間里保持恒定的數(shù)值，隨著蓄電池端電壓的逐漸升高，電流逐漸減少。與恒流充電法相比，其充電過程更接近于最佳充電曲線。用恒定電壓快速充電。由于充電初期蓄電池電動勢較低，充電電流很大，隨著充電的進行，電流將逐漸減少，因此，只需簡易控制系統(tǒng)。 這種充電方法電解水很少，避免了蓄電池過充電。但在充電初期電流過大，對蓄電池壽命造成很大影響，且容易使蓄電池極板彎曲，造成電池報廢。鑒于這種缺點，恒壓充電很少使用，只有在充電電源電壓低而電流大時采用。例如，汽車運行過程中，蓄電池就是以恒壓充電法充電的。 恒壓充電曲線(3) 階段充電法 此方法包括二階段充電法和三階段充電法。二階段法采用恒電流和恒電壓相結(jié)合的快速充電方法。首先，以恒電流充電至預定的電壓值，然后，改為恒電壓完成剩余的充電。一般兩階段之間的轉(zhuǎn)換電壓就是第二階段的恒電壓。三階段充電法在充電開始和結(jié)束時采用恒電流充電，中間用恒電壓充電。，由第二階段轉(zhuǎn)換到第三階段。這種方法可以將出氣量減到最少，但作為一種快速充電方法使用，受到一定的限制。 二階段充電曲線 三階段充電曲線 快速充電方法為了能夠最大限度地加快蓄電池的化學反應速度，縮短蓄電池達到滿充狀態(tài)的時間，同時，保證蓄電池正負極板的極化現(xiàn)象盡量地少或輕，提高蓄電池使用效率。（1）脈沖充電方法脈沖充電方式首先是用脈沖電流對電池充電，然后讓電池停止充電一段時間，如此循環(huán)。充電脈沖使蓄電池充滿電量，而間歇期使蓄電池經(jīng)化學反應產(chǎn)生的氧氣和氫氣有時間重新化合而被吸收掉，使?jié)獠顦O化和歐姆極化自然而然地得到消除，從而減輕了蓄電池的內(nèi)壓，使下一輪的恒流充電能夠更加順利地進行，使蓄電池可以吸收更多的電量。間歇脈沖使蓄電池有較充分的反應時間，減少了析氣量，提高了蓄電池的充電電流接受率。脈沖充電是蓄電池充電的新技術，它打破了蓄電池充電指數(shù)接受曲線的限制，但是依然遵循并提高了蓄電池固有的充電頻率。 脈沖充電曲線 （2）變電流間歇充電法 這種充電方法建立在恒流充電和脈沖充電的基礎上，其特點是將恒流充電段改為限壓變電流間歇充電。充電前期的各段采用變電流間歇充電的方法，保證加大充電電流，獲得絕大部分充電量。充電后期采用定電壓充電段，獲得過充電量，將電池恢復至完全充電態(tài)。通過間歇停充，使蓄電池經(jīng)化學反應產(chǎn)生的氧氣和氫氣有時間重新化合而被吸收掉，使?jié)獠顦O化和歐姆極化自然而然地得到消除，從而減輕了蓄電池的內(nèi)壓，使下一輪的恒流充電能夠更加順利地進行，使蓄電池可以吸收更多的電量。 變電流間歇充電法（3）變電壓間歇充電法在變電流間歇充電法的基礎上又有人提出了變電壓間歇充電法()。與變電流間歇充電方法不同之處在于第一階段的不是間歇恒流，而是間歇恒壓。這種方法更加符合最佳充電的充電曲線。在每個間歇恒壓充電階段，由于是恒壓充電，充電電流自然按照指數(shù)規(guī)律下降，符合電池電流可接受效率隨著充電的進行逐漸下降的特點。 變電壓間歇充電曲線 智能充電方法設計鉛酸蓄電池由于其制造成本低，容量大，價格低廉而得到了廣泛的使用。但是，若使用不當，其壽命將大大縮短。影響鉛酸蓄電池壽命的因素很多，而采用正確的充電方式，能有效延長蓄電池的使用壽命。研究發(fā)現(xiàn)：電池充電過程對電池壽命影響最大，放電過程的影響較少。也就是說，絕大多數(shù)的蓄電池不是用壞的，而是“充壞”的。由此可見，一個好的充電器對蓄電池的使用壽命具有舉足輕重的作用。本文通過對鉛酸蓄電池的充電特性和各種充電方法的分析和研究，設計了快速充電裝置所采用的快速充電方法，即將整個充電過程分為恒流充電、恒壓充電、恒流充電、恒壓充電、停機和浮充充電六個階段，這種充電方法非常接近蓄電池可接受的充電電流曲線，且因為其充電方法不同于以往的充電器的一直持續(xù)采用大電流充電的充電方法，所以不會使電池產(chǎn)生極化現(xiàn)象，從而提高了充電效率，延長了電池的使用壽命，而且減少了充電器的充電時間，實現(xiàn)了快速充電。在不同的階段采用不同的充電方法，把充電電流、電壓、電池溫度控制在合理的范圍內(nèi)，從而達到最佳充電效果。 u、i 30A 15A3A 停機 t 電池充電曲線充電過程的具體描述：第一，智能充電器進行30A恒流充電；第二，，，；第三。當電流值降低至15A時進入15A的恒流充電階段；第四。當電流超過15A時發(fā)送電壓脈沖，；第五，,暫停充電；第六，充電過程中檢測電壓值，只要電池接在充電器上并且充電器接通電源，充電器就會給電池不斷補充電荷，這樣可使電池總處于充足電狀態(tài)，此時也標志著充電過程已結(jié)束。3 智能充電器的硬件設計 ATmega16的介紹ATmega16是基于增強的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8 位CMOS微控制器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達1 MIPS/MHz，從而可以減緩系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。ATmega16 AVR 內(nèi)核具有豐富的指令集和32個通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與運算邏輯單元(ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期內(nèi)同時訪問兩個獨立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10倍的數(shù)據(jù)吞吐率。　 ATmega16 有如下特點：16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有同時讀寫的能力，即RWW)，512 字節(jié)EEPROM，1K 字節(jié)SRAM，32個通用I/O 口線，32個通用工作寄存器，用于邊界掃描JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個具有比較模式的靈活的定時器/ 計數(shù)器(T/C)片內(nèi)/外中斷，可編程串行USART，有起始條件檢測器的通用串行接口，8路10位具有可選差分輸入級可編程增益(TQFP 封裝) 的ADC ，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器，一個SPI 串行端口，以及六個可以通過軟件進行選擇的省電模式。工作于空閑模式時CPU 停止工作，而USART、兩線接口、A/D 轉(zhuǎn)換器、SRAM、T/C、SPI 端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時器繼續(xù)運行，允許用戶保持一個時間基準，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)；ADC噪聲抑制模式時終止CPU和除了異步定時器與ADC以外所有I/O模塊的工作，以降低ADC轉(zhuǎn)換時的開關噪聲；Standby 模式下只有晶體或諧振振蕩器運行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時具有快速啟動能力；擴展Standby 模式下則允許振蕩器和異步定時器繼續(xù)工作。本芯片是以Atmel 高密度非易失性存儲器技術生產(chǎn)的。片內(nèi)ISP Flash 允許程序存儲器通過ISP 串行接口，或者通用編程器進行編程，也可以通過運行于AVR 內(nèi)核之中的引導程序進行編程。引導程序可以使用任意接口將應用程序下載到應用Flash存儲區(qū)(Application Flash Memory)。在更新應用Flash存儲區(qū)時引導Flash區(qū)(Boot Flash Memory)的程序繼續(xù)運行，實現(xiàn)了RWW 操作。 通過將8 位RISC CPU 與系統(tǒng)內(nèi)可編程的Flash 集成在一個芯片內(nèi)， ATmega16 成為一個功能強大的單片機，為許多嵌入式控制應用提供了靈活而低成本的解決方案。ATmega16 具有一整套的編程與系統(tǒng)開發(fā)工具，包括：C 語言 編譯器、宏匯編、 程序調(diào)試器/ 軟件仿真器、仿真器及評估板。 單片機電路部分該充電器是在開關電源式充電器的基礎上，增加了單片機控制電路，將符合快速充電的最佳的充電電流的數(shù)據(jù)編制在單片機的程序中，使之能根據(jù)被充蓄電池具體情況自動調(diào)整輸出的充電電壓，使之在不影響使用壽命的情況下進行快速充電。此設計利用ATmega16單片機作為控制電路，通過ATmega16單片機進行電壓、電流和溫度的采樣和檢測，將采樣值與基準值進行比較，確定充電