智能電池充電器的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-16 16:30 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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 。恒壓充電法:這種方法電解水很少，避免了蓄電池過(guò)充。但在充電初期電流過(guò)大，對(duì)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(bào)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(shí)采用。例如，汽車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，蓄電池就是以恒壓充電法充電的。 快速充電技術(shù)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(mǎn)充狀態(tài)的時(shí)間，同時(shí)，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。快速充電技術(shù)近年來(lái)得到了迅速發(fā)展。下面介紹目前比較流行的幾種快速充電方法。這些方法都是圍繞著最佳充電曲線(xiàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，目的就是使其充電曲線(xiàn)盡可能地逼進(jìn)最佳充電曲線(xiàn)。（1) 脈沖式充電法這種充電法不僅遵循蓄電池固有的充電接受率，而且能夠提高蓄電池充電接受率，從而打破了蓄電池指數(shù)充電接受曲線(xiàn)的限制，這也是蓄電池充電理論的新發(fā)展。脈沖充電方式首先是用脈沖電流對(duì)電池充電，然后讓電池停充一段時(shí)間，如此循環(huán)，如圖12所示。充電脈沖使蓄電池充滿(mǎn)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(shí)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(shí)間，減少了析氣量，提高了蓄電池的充電電流接受率 。12 脈沖式充電曲線(xiàn)（2) Reflex快速充電法這種技術(shù)是美國(guó)的一項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)，它主要面對(duì)的充電對(duì)象是鎳鎘電池。由于它采用了新型的充電方法，解決了鎳鎘電池的記憶效應(yīng)，因此，大大降低了蓄電池的快速充電的時(shí)間。鉛酸蓄電池的充電方法和對(duì)充電狀態(tài)的檢測(cè)方法與鎳鎘電池有很大的不同，但它們之間可以相互借鑒。如圖13所示，Reflex充電法的一個(gè)工作周期包括正向充電脈沖，反向瞬間放電脈沖，停充維持3個(gè)階段。圖13 Reflex快速充電法（3) 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，如圖7所示。其特點(diǎn)是將恒流充電段改為限壓變電流間歇充電段。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(guò)充電量，將電池恢復(fù)至完全充電態(tài)。通過(guò)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(shí)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。（4) 變電壓變電流波浪式間歇正負(fù)零脈沖快速充電法綜合脈沖充電法、Reflex快速充電法、變電流間歇充電法及變電壓間歇充電法的優(yōu)點(diǎn)，變電壓變電流波浪式正負(fù)零脈沖間歇快速充電法得到發(fā)展應(yīng)用。脈沖充電法充電電路的控制一般有兩種：（1） 脈沖電流的幅值可變，而PWM(驅(qū)動(dòng)充放電開(kāi)關(guān)管)信號(hào)的頻率是固定的；（2） 脈沖電流幅值固定不變，PWM信號(hào)的頻率可調(diào)。采用了一種不同于這兩者的控制模式，脈沖電流幅值和PWM信號(hào)的頻率均固定，PWM占空比可調(diào)，在此基礎(chǔ)上加入間歇停充階段，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)充進(jìn)更多的電量，提高蓄電池的充電接受能力。 脈沖快速充電法的理論基礎(chǔ)理論和實(shí)踐證明，蓄電池的充放電是一個(gè)復(fù)雜的電化學(xué)過(guò)程。一般地說(shuō),充電電流在充電過(guò)程中隨時(shí)間呈指數(shù)規(guī)律下降,不可能自動(dòng)按恒流或恒壓充電。充電過(guò)程中影響充電的因素很多,諸如電解液的濃度、極板活性物的濃度、環(huán)境溫度等的不同,都會(huì)使充電產(chǎn)生很大的差異。隨著放電狀態(tài)、使用和保存期的不同,即使是相同型號(hào)、相同容量的同類(lèi)蓄電池的充電也大不一樣。1972年，美國(guó)的科學(xué)家馬斯在第二屆世界電動(dòng)汽車(chē)年會(huì)上提出了著名的馬斯三定律，即(1) 對(duì)于任何給定的放電電流，蓄電池充電時(shí)的電流接受比a與電池放出的容量的平方根成反比，即式中：K1為放電電流常數(shù)，視放電電流的大小而定；C為蓄電池放出的容量。由于蓄電池的初始接受電流Io=AC，所以0=AC=K1（2） 對(duì)于任何給定的放電量，蓄電池充電電流接受比a與放電電流Id的對(duì)數(shù)成正比，即a=K2logkId式中：K2為放電量常數(shù)，視放電量的多少而定；k為計(jì)算常數(shù)。（3） 蓄電池在以不同的放電率放電后，其最終的允許充電電流It（接受能力）是各個(gè)放電率下的允許充電電流的總和，即：It=I1＋I(xiàn)2＋I(xiàn)3＋I(xiàn)4＋...式中：IIII4...為各個(gè)放電率下的允許充電電流。綜合馬斯三定律,可以推出，蓄電池的總電流接受比可表示為α=It/Ct式中：Ct=C1＋C2＋C3＋C4＋...為各次放電量的總和，即蓄電池放出的全部電量。馬斯三定律說(shuō)明，在充電過(guò)程中，當(dāng)充電電流接近蓄電池固有的微量析氣充電曲線(xiàn)時(shí)，適時(shí)地對(duì)電池進(jìn)行反向大電流瞬間放電，以消除電池的極化現(xiàn)象，可以提高蓄電池的充電接受能力，如圖1所示。也就是說(shuō)通過(guò)反向大電流放電，可以使蓄電池的可接受電流曲線(xiàn)不斷右移，同時(shí)其陡度不斷增大，即α值增大，從而大大提高充電速度，縮短充電時(shí)間。 充電方法設(shè)計(jì)基于上述理論，并考慮到鉛酸蓄電池自身的一些特性，本文介紹的快速充電裝置所采用的充電方法將整個(gè)充電過(guò)程分為了預(yù)充電、脈沖快速充電、補(bǔ)足充電、浮充電4個(gè)階段，如圖14所示。根據(jù)蓄電池充電前的殘余電量，進(jìn)入不同的充電階段。圖14 分級(jí)電流脈沖快速充電 預(yù)充電對(duì)長(zhǎng)期不用的電池、新電池或在充電初期已處于深度放電狀態(tài)的蓄電池充電時(shí)，一開(kāi)始就采用快速充電會(huì)影響電池的壽命。為了避免這一問(wèn)題要先對(duì)蓄電池實(shí)行穩(wěn)定小電流充電，使電池電壓上升，當(dāng)電池電壓上升到能接受大電流充電的閾值時(shí)再進(jìn)行大電流快速充電。 脈沖快速充電在快速充電過(guò)程中，采用分級(jí)定電流脈沖快速充電法，將充電電流分成三級(jí)，如圖15所示。開(kāi)始充電時(shí)采用大電流，隨著電池容量的增加，電壓逐漸升高，電流等級(jí)開(kāi)始降低，使充電電流的脈沖幅度和寬度隨蓄電池端電壓的升高而分級(jí)減小。采用這種方法可以消除充電接近充滿(mǎn)時(shí)易出現(xiàn)的振蕩現(xiàn)象及過(guò)充電問(wèn)題。圖15 分級(jí)電流脈沖快速充電法在脈沖快速充電過(guò)程中，電池電壓上升較快，當(dāng)電壓上升至補(bǔ)足充電電壓閾值時(shí)，轉(zhuǎn)入補(bǔ)足充電階段。 補(bǔ)足充電快速充電終止后，電池并不一定充足電，為了保證電池充入100％的電量，對(duì)電池還要進(jìn)行補(bǔ)足充電。此階段充電采用恒壓充電，可使電池容量快速恢復(fù)。此時(shí)充電電流逐漸減小，當(dāng)電流下降至某一閾值時(shí)，轉(zhuǎn)入浮充階段。 浮充電此階段主要用來(lái)補(bǔ)充蓄電池自放電所消耗的能量，只要電池接在充電器上并且充電器接通電源，充電器就會(huì)給電
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