【正文】 不能被及時(shí)吸收時(shí)，便堆積在正極板 (正極板產(chǎn)生氧氣 )，使電池內(nèi)部壓力加大，電池溫度上升 ，同時(shí)縮小了正極板的面積，表現(xiàn)為內(nèi)阻上升，出現(xiàn)所謂的極化現(xiàn)象。其放電及充電的化學(xué)反應(yīng)式如下 OHP b S OSOHPbP b O 24422 222 ???? （ 1） 很顯然，充電過程和放電過程互為逆反應(yīng)。理想條件是外加電壓等于電池本身的電動(dòng)勢。在化學(xué)反應(yīng)中，這種電動(dòng)勢超過熱力學(xué)平衡值的現(xiàn)象，就是極化現(xiàn)象。 a） 歐姆極化 充電過程中，正負(fù)離子向兩極遷移。為了克服這個(gè)內(nèi)阻，外加電壓就必須額外施加一定的電壓，以克服阻力推動(dòng)離子遷移。 隨著充電電流急劇加大，歐姆極化將造成蓄電池在充電過程中的高溫。實(shí)際上，生成物和反應(yīng)物的擴(kuò)散速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上化學(xué)反應(yīng)速度，從而造成極板附近電解質(zhì)溶液濃度發(fā) 生變化。這種現(xiàn)象稱為濃度極化。例如：電池的負(fù)極放電前，電極表面帶有負(fù)電荷，其附近溶液帶有正電荷，兩者處于平衡狀態(tài)。電極表面負(fù)電荷減少，而金屬溶解的氧化反應(yīng)進(jìn)行緩慢 Me－ eMe＋ ，不能及時(shí)補(bǔ)充電極表面電子的減少，電極表面帶電狀態(tài)發(fā)生變化?？傆幸粋€(gè)時(shí)刻，達(dá)到新的動(dòng)態(tài)平衡。也就是電化學(xué)極化電壓變高，從而嚴(yán)重阻礙了正常的充電電流。 這 3種極化現(xiàn)象都是隨著充電電流的增大而嚴(yán)重?？焖俪潆娂夹g(shù)近年來得到了迅速發(fā)展。這些方法都是圍繞著最佳充電曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)的，目的就是使其充電曲線盡可能地逼進(jìn)最佳充電曲線。 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 2所示。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 。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。 如圖 3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。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)。 圖 4 交電流間歇充電曲線 d) 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，如圖 8所示。 圖 5 交電壓間歇充電曲線 比較圖 4和圖 5，可以看出：圖 5更加符合最佳充電的充電曲線。 e) 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。 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。一般地說 ,充電電流在充電過程中隨時(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。隨著放電狀態(tài)、使用和保存期的不同 ,即使是相同型號(hào)、相同容量的同類蓄電池的充電也大不一樣。 由于蓄電池的初始接受電流 Io=AC，所以 I0=AC=K1(根號(hào) C) （ 2） b）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 （ 3） 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)。 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 （ 5） 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。也就是說通過反向大電流放電，可以使蓄電 池的 7 可接受電流曲線不斷右移，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。根據(jù)蓄電池充電前的殘余電量，進(jìn)入不同的充電階段。為了避免這一問題要先對(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。開始充電時(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。 8 圖 7 分級(jí)定電流脈沖快速充電法原理圖 在脈沖快速充電過程中，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。此階段充電采用恒壓充電，可使電池容量快速恢復(fù)。 浮充電 此階段主要用來補(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)給電池不斷補(bǔ)充電荷，這樣可使電池總處于充足電狀態(tài)。 第三章 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 控制方式 單片機(jī)的控制方式 根據(jù)鉛蓄電池脈沖魁岸素充電理論，可利用單片機(jī)的輸出脈沖控制半橋式變換器的兩個(gè)開關(guān)管 V V2的通斷。 鉛蓄電池的充電溫度可以通過溫度傳感器測量，將測出的電壓量送至單片機(jī)的輸入口，充電電壓有兩個(gè)分壓電阻檢測。 總體控制方案如 8 圖所示。本方案由脈沖調(diào)制控制器 SG2535 輸出的脈沖控制開關(guān)管 V V2 的柵極，以達(dá)到控制充電狀態(tài)的目的。而控制電路通過單片機(jī)控制。橋式整流后，通過兩電容分壓，分壓后與兩開關(guān)管 V V2 相聯(lián)。在經(jīng)過半橋?yàn)V波和 LC 濾波電路使電壓達(dá)到一較穩(wěn)定值。單片機(jī)通過檢測溫度傳感器的電壓信號(hào)，以軟件的方式控制輸出脈沖，從而控制開關(guān)管的通斷。 10 第四章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 充電器主電路設(shè)計(jì) 整流電路設(shè)計(jì) a) 橋式整流 由于單相半波整流只利用了電源電壓的半個(gè)周期 ，同時(shí)整流電壓的脈動(dòng)較大。單相橋式整流電路由 4 個(gè)整流二極管接成電橋的形式構(gòu)成，如圖 9 所示。因此，在負(fù)載得到的是單相脈動(dòng)電壓和電流。 432 ππππOwtUd 圖 10 橋式整流電路的輸出波形 單相半波整流電壓的平均值為 ： 222)(s in21 0UUttdU d??? ?????? 二極管截止時(shí)承受的最高反向電壓為 U 的最大值，即 11 UDRM =U2M = = 220V =308V 因此，所選用的整流二極管的最高工作電壓為 1000V。電容濾波電路如圖 11 所示。電路簡單，輸出電壓高，只是輸出電壓不穩(wěn)定。電路圖如圖 12 所示。 12 圖 12 半橋逆變器電路 在一個(gè)周期內(nèi)，開關(guān)管 V V2 的 基極信號(hào)各有半周正偏、半周反偏，且互補(bǔ)。 1/2U3。 U4=－ 1/2U3。此時(shí)仍然有 U4=－ 1/2U3。此時(shí)仍然有 U4=＋ 1/2U3。 U4=＋ 1/2U3。當(dāng) V1或 V2導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電流和電壓同方向，直流側(cè)向負(fù)載提供能量。該電容起緩沖這種無功能量的作用。 圖 13 半橋逆變電路輸出電壓波形 13 開關(guān)變壓器的設(shè)計(jì)計(jì)算 開關(guān)變壓器的磁化特性工作在第一、第三象限，它的磁通變化可以 從－ BM 到＋BM，屬于對(duì)稱 式工作變壓器。開關(guān)管的反向耐壓比較低。經(jīng)變壓器整流濾波輸出，實(shí)現(xiàn)功率轉(zhuǎn)變。 當(dāng)開關(guān)頻率選 50KHz 時(shí)： Ap= Ae AQ=(PT 106)/(2η fBMδ KMKG) ＝ (600 106) /(2 50 103 1500 2 1) = 5 可見，采用 EE55 磁芯時(shí)，其功率容量足夠大． 原邊繞組匝數(shù)： NP=(VINP/2) 108/(4fBmAe) =(280/2) 108/4 50 103 1500 = 故 NP取整數(shù) 14 匝。 c) 原邊與副邊繞組匝數(shù)比的計(jì)算 開關(guān)變壓器的原邊與 副邊繞組的匝數(shù)比為： VOPIN V=NsNp 其中： VIN MIN指電網(wǎng)最低輸入直流電壓值， VIN MIN＝ 220V VOP 指整流濾波輸出電壓的脈沖幅度。設(shè)整流器輸出占空比為 ，則有： VOP=(44++)/=50V 因此原副邊繞組匝數(shù)比為： (取 3匝 )=50V0. 5 22 0V=NsNp 14 副邊繞組匝數(shù)為： Ns=Np/3=14/3= (取 5匝 ) 經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)開關(guān)變壓器原邊繞組為 20 匝，副邊繞組匝數(shù)為 8 匝時(shí)，半橋變壓器的開關(guān)脈沖電壓波形有所改善。整流前后電壓波形如下圖 14 所示。 用熱敏電阻構(gòu)成的溫度檢測電路較為簡單，使用電阻分壓電路，將溫度變化引起的電阻變化轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)，可以直接傳送給單片機(jī)處理。 表 1熱敏電阻分度表 溫度 /℃ 電阻 /kΩ 溫度 /℃ 電阻 /kΩ 溫度 /℃ 電阻 /kΩ 30 40 50 31 41 51 32 42 52 33 43 53 34 44 54 35 45 55 36 46 56 37 47 57 38 48 58 39 49 59 15 溫度檢測電路如圖 15 所示。熱敏電阻 RT用作溫度傳感器。相反，當(dāng)蓄電池溫度較高時(shí)，則向單片機(jī)輸入高電平。 圖 15 溫度檢測電路 b) 電壓檢測電路 電壓檢測電路的設(shè)計(jì)主要考慮的問題是 :在正常充電的過程中，電池端電壓 Ubat的變化范圍是 0V 到 15V， 要使單片機(jī)檢測 Ubat 的變化映射到 0V 到 5V 的范圍內(nèi)，在測量中，需要用低壓器件去測量高壓、強(qiáng)電流模擬量，如果模擬量與數(shù)字量之間沒有電氣隔離，那么，高電壓、強(qiáng)電流很容易串入低壓器件，并將其燒毀。線性光藕可以較好的實(shí)現(xiàn)輸入側(cè)和輸出側(cè)之間的隔離，且輸出側(cè)跟隨輸入變化，線性度達(dá) %。即兩路光藕的輸入輸出電流之比 4645 IIII ? （ ） 因?yàn)?A/D 的輸入阻抗很高，所以 ? ?2 1 0426 6 2 5 2 21 2 1 2 1 2 9 1 0i b a tR W RV R WV I R W I R W R W V UR R R R R? ? ? ? ? ? （ ） 把 2RW 、 12R 、 10R 、 9R 的阻值代入得 ? ?26 0 05 6 .1RWV V V???? （ ） 調(diào)節(jié) 2RW ，使得采樣電路輸出的電壓為 17 /3 13VOL TAGE AIN batVU? （ ） 即把輸入電壓從 015V 衰減到 05V。片內(nèi)自動(dòng)產(chǎn)生轉(zhuǎn)換時(shí)鐘脈沖，轉(zhuǎn)換時(shí)間≤ 21μ s；最大總不可調(diào)轉(zhuǎn)換誤差為177。電壓檢測 A/D轉(zhuǎn)換電路如圖 17所示。溫度傳感器所檢測的電壓信號(hào)通過單片機(jī)的 口輸入，電壓信號(hào)由 口輸入。具體分布情況見下表。 主電路由全橋式整流電路和半橋逆變電路組成，電網(wǎng)電壓先經(jīng)過熱敏電阻的保護(hù)環(huán)節(jié)后，由 EMI濾波器去共模信號(hào)，再經(jīng)電容濾波，送至全橋整流電路。供給電池充電。 檢測電路有溫度檢測電路和電壓檢測電路。 單片機(jī)主電路如圖 19 所示： 19 圖 19 單片機(jī)主電路圖 第五章 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì) 溫度檢測中斷程序 WD: CLR EA MOV P1,00H SETB EA RET 電壓檢測子程序 DYJC1: MOV P2,00H LCALL ADC MOV A,R5 CLR C SUBB A,R2 JNC L4 SETB 00H 20 L4: RET DYJC2: MOV P2,00H LCALL ADC MOV A,R6 CLR C SUBB A,R2 JNC L5 SETB 01H L5: RET DYJC3: MOV P2,00H LCALL ADC MOV A,R7 CLR C SUBB A,R2 JNC L6 SETB 03H L6: RET ADC: CLR MO