【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(fù)到100％以后，才發(fā)生過充電反應(yīng)。蓄電池充電的第一任務(wù)是要盡可能快的恢復(fù)容量，為達(dá)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(yīng)，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(yīng)，對蓄電池的壽命影響也小，但是不能達(dá)到快速性的要求。因此，先進(jìn)的充電技術(shù)應(yīng)當(dāng)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(xué)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(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，生成物以及反應(yīng)物的擴(kuò)散遷移速度跟不上化學(xué)反應(yīng)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(xué)極化電極反應(yīng)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(yīng)的順利進(jìn)行必須外加電源來增加一定的電壓去克服反應(yīng)的活化能，這種現(xiàn)象就叫做電化學(xué)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(chǔ)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(qiáng)度不變的充電方法?？刂品椒ê唵危捎陔姵氐目山邮茈娏髂芰κ请S著充電過程的進(jìn)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(jìn)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(diǎn)，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(yùn)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(yù)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(xué)反應(yīng)速度，縮短蓄電池達(dá)到滿充狀態(tài)的時間，同時，保證蓄電池正負(fù)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(xué)反應(yīng)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(jìn)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(yīng)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(shù)，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(chǔ)上，其特點(diǎn)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(fù)至完全充電態(tài)。通過間歇停充，使蓄電池經(jīng)化學(xué)反應(yīng)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(jìn)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(chǔ)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(jìn)行逐漸下降的特點(diǎn)。 變電壓間歇充電曲線 智能充電方法設(shè)計(jì)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(dāng)，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(shè)計(jì)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(jī)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?yàn)槠涑潆姺椒ú煌谝酝某潆娖鞯囊恢背掷m(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(shí)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(dá)到最佳充電效果。 u、i 30A 15A3A 停機(jī) t 電池充電曲線充電過程的具體描述：第一，智能充電器進(jìn)行30A恒流充電；第二，，，；第三。當(dāng)電流值降低至15A時進(jìn)入15A的恒流充電階段；第四。當(dāng)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(bǔ)充電荷，這樣可使電池總處于充足電狀態(tài)，此時也標(biāo)志著充電過程已結(jié)束。3 智能充電器的硬件設(shè)計(jì) ATmega16的介紹ATmega16是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8 位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)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(dá)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(yùn)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(dú)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(diǎn)：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(jì)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(jìn)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(fù)位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時器繼續(xù)運(yùn)行，允許用戶保持一個時間基準(zhǔn)，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(guān)噪聲；Standby 模式下只有晶體或諧振振蕩器運(yùn)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(kuò)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(shù)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(jìn)行編程，也可以通過運(yùn)行于AVR 內(nèi)核之中的引導(dǎo)程序進(jìn)行編程。引導(dǎo)程序可以使用任意接口將應(yīng)用程序下載到應(yīng)用Flash存儲區(qū)(Application Flash Memory)。在更新應(yīng)用Flash存儲區(qū)時引導(dǎo)Flash區(qū)(Boot Flash Memory)的程序繼續(xù)運(yùn)行，實(shí)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(qiáng)大的單片機(jī)，為許多嵌入式控制應(yīng)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(jī)電路部分該充電器是在開關(guān)電源式充電器的基礎(chǔ)上，增加了單片機(jī)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(jī)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(jìn)行快速充電。此設(shè)計(jì)利用ATmega16單片機(jī)作為控制電路，通過ATmega16單片機(jī)進(jìn)行電壓、電流和溫度的采樣和檢測，將采樣值與基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，確定充電