快速脉冲充电技术的研究
镉镍蓄电池的快速充电技术与充电效率研究
镉镍蓄电池的快速充电技术与充电效率研究镉镍蓄电池是一种常见的二次电池，广泛应用于无线通信、电动工具、应急供电等领域。
然而，其充电时间长、充电效率低的问题一直困扰着用户。
为了解决这一问题，科学家们进行了广泛的研究，致力于开发出快速充电技术，并提高充电效率。
快速充电技术是指在短时间内实现电池充电量的大幅提升。
过去，常规的充电方式是采用恒流充电或恒压充电的单一模式进行充电，导致电池的充电时间较长。
为了缩短充电时间，科学家们提出了一种“多段快速充电法”，即将充电时间分成不同的阶段，每个阶段使用不同的充电模式，从而充分利用电池的特性，提高充电速度。
一种常见的多段快速充电法是恒流充电与恒压充电的结合。
在开始充电时，采用恒流充电模式，以最大电流充入电池，直到达到预设的电压值。
接下来，转变为恒压充电模式，持续保持电压值不变，直到电池的充电量达到设定的目标。
这种方法利用了恒流充电的快速充电优势，同时采用恒压充电来保持电池的稳定性和安全性。
除了多段快速充电法，还有一种被广泛研究和应用的快速充电技术是脉冲充电法。
脉冲充电法是通过间歇性的脉冲电流来实现快速充电。
在充电过程中，每次给电池供给较大的脉冲电流，然后暂停一段时间，让电池得到休息。
这种交替的充电方式可以有效地提高电池的充电速度，避免过热和损坏电池的风险。
不过，脉冲充电法对充电设备的控制要求相对较高，需要精确控制脉冲时间和脉冲电流的大小，以确保充电的安全性和效率。
此外，还有一些研究致力于改进电池材料以提高充电效率。
例如，通过改变蓄电池的内电阻和电解液的流动性，可以降低充电过程中的电阻损耗，提高充电效率。
此外，改变电池的电极材料和结构，以提高电荷传输速率，也可以有效地提高充电效率。
在研究快速充电技术和充电效率的过程中，还需要考虑充电过程对镉镍蓄电池寿命的影响。
快速充电可能会导致电池的温度升高和内部压力增加，从而加速电池的老化和寿命减少。
因此，在选择快速充电模式和优化充电参数时，需要综合考虑充电速度和电池的安全性、稳定性和寿命。
脉冲充电器原理
脉冲充电器原理脉冲充电器是一种高效、节能的充电设备，它利用脉冲技术对电池进行充电，相比传统充电方式，脉冲充电器具有更快的充电速度和更长的电池使用寿命。
那么，脉冲充电器的原理是什么呢？首先，我们来了解一下脉冲充电器的工作原理。
脉冲充电器通过控制充电电流和电压的脉冲信号，使电池在充电过程中不断地进行充放电循环，以达到更高效的充电效果。
在脉冲充电器中，通过改变充电电流和电压的脉冲信号的频率、占空比和幅值等参数，来控制电池的充电过程，从而实现更快速、更高效的充电效果。
其次，脉冲充电器的原理主要包括脉冲充电、脉冲放电和脉冲调制等几个方面。
脉冲充电是指在充电过程中，通过脉冲信号控制充电电流和电压的变化，使电池在短时间内吸收更多的电能，从而实现快速充电的效果。
脉冲放电则是在充电完成后，通过脉冲信号控制放电电流和电压的变化，使电池在放电过程中能够释放更多的电能，从而提高电池的使用寿命。
脉冲调制则是通过改变脉冲信号的频率、占空比和幅值等参数，来控制充电过程中的电流和电压变化，从而实现更精准的充电控制。
此外，脉冲充电器的原理还涉及到脉冲充电器的控制电路和控制算法。
脉冲充电器的控制电路主要包括脉冲发生器、脉冲调制器、功率放大器等部分，通过这些电路来实现对充电电流和电压的精确控制。
而脉冲充电器的控制算法则是通过对脉冲信号的频率、占空比和幅值等参数进行精确计算和控制，来实现对充电过程的精准调控。
总的来说，脉冲充电器的原理是通过控制充电电流和电压的脉冲信号，来实现对电池充电过程的精确控制，从而实现更快速、更高效的充电效果。
脉冲充电器的原理涉及到脉冲充电、脉冲放电、脉冲调制、控制电路和控制算法等几个方面，通过这些方面的精确控制和调节，实现对电池充电过程的优化，从而提高充电效率和延长电池使用寿命。
快速脉冲充电名词解释
快速脉冲充电名词解释
快速脉冲充电技术是一项新型的充电技术，它比传统的充电技术有更高的效率。
快速脉冲充电是利用功率电路来实现的。
它的运行原理是，将电压高度空载脉冲电流（VPC）输入到电池中，从而提高充电效率。
VPC可以通过一个小型功率电路实现，其中包括变压器和电容器。
VPC充电可以分为两个阶段：一段时间内，电压会按照一定的标准脉冲，而之后将会出现高电压和高电流的脉冲，从而实现快速充电。
在第一阶段，能够有效补充电池中的能量，而在第二阶段，电池内部的电压即将达到最高值，因此可以快速充电。
此外，快速脉冲充电还有助于延长电池的使用寿命。
由于它不会产生过高的温度，因此可以减少电池结构中的热压力，从而延长电池寿命。
此外，由于这种充电技术相对简单，因此还减少了电路板上的元件数量，大大简化了充电设备的设计，从而提高了可靠性并降低了成本。
另外，快速脉冲充电技术还具有智能控制的能力，它可以分析电池的电压，从而控制充电的速度和充电的时间，从而使电池得以充满，并且不会受到电池的损坏。
总而言之，快速脉冲充电技术可以有效提高充电效率，降低成本，延长电池使用寿命，并具备智能控制能力，是一种非常有效的充电技术。
它有望在电动汽车、手机充电器和其他电子设备中得到广泛应用，从而改善人们的日常生活。
铅酸蓄电池脉冲快速充电方法的研究与应用
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０ 引 言
铅 酸蓄 电池 具有 制造 技术成 熟 、 成本低 ， 电池容量 大、 跟 随负荷输 出特 性 好 、 无 记 忆效 应 等 优 点 ， 被 广 泛
式 中， Ｊ为蓄 电池 在任 意 时刻 可接 受 的充 电电流 ； 为
慢脉冲快速充电方法的研究
电 池 工 业
第 ７卷第 ３ ４期 ， “
２０ ０ ２年 ６月
馒脉冲快速 充电 方法的研 究
王 坚 ， 大为 ， 秦 季宝华 ， 以春 马
（ 江苏盐城师范学 院电源技 术研究中心 ， 江苏 盐城 ２４ ０ ２０ １
摘 要 ：以铅酸 电池为 例介 绍 了慢脉 冲快 速充 电方法 ，结 合 ＪＡ Ｍａｓ 出 的电池快速 充 电的基 本 规 ． ． ｓ提 律， 阐述 了慢 脉 冲快速充 电的基 本原 理 ， 同时从 电化 学 的角度 ， 析和探讨 了慢 脉冲快 速 充 电双 稳态 分 非 线性反馈 消 除 电池极化 的机制 。 通过大 量 的实验 数据分 析证 实慢 脉冲快 速充 电方法 消除 和降低 电 池极 化 的有 效性 以及 其原理 的正确 性 ， 而为 慢脉 冲快速 充 电方 法 的科学合 理性 提供 了理论 根据 和 从
．
ｗ ｔ ｌｗ ｐ ｌ ｅｆ ｓ ｃ ａ ｇ ｓｔｓｉ ｅ ｔ ｏ ｆｅ ｐ ｒ ｉ ｓｏ ｕ ｓ ａ ｔ ｈ ｒｅ ｉ ｅ ｔ ｄ ｗｉ ａｌ ｔ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ａａ ａ ｄ ｉ ｗ ｌ ｐ ｏ ｉ ｅ ｔ ｅ ｅ ｉ ｅ ｃ ｆ ａ ｈ ｉ ｆ ｈ ｏ ｉ ｎ ｔ ｎ ｔ ｉ ｒ ｖｄ ｖ ｄ ｎ ｅ ｏ － ｄ ｌ ｈ ｒ
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三元锂离子电池脉冲充电技术研究
1 快速充电理论
快速充电理论基础是美国科学家马斯提出的马斯三定 律[4]，即：
第一定律：对于任何给定的放电电流，蓄电池充电的电流 接受比 与电池放出的容量的平方根成反比，即：
三元锂电池能量密度、功率密度、温度特性的优势使其在 电动汽车的应用上具有广阔前景[1]。蓄电池快速、有效的充电 技术一直是电池领域的研究重点，2003 年李敬兆等[2]将神经网 络和模糊控制结合，提出神经网络模糊控制充电的方式可提 高铅酸电池充电效率。2011 年，Liu 等[3]提出“五阶段恒流充 电”方法提高锂离子电池充电速度，并且有效控制充电过程中 电池的温度。2014 年，吴铁洲等[4]提出间歇 - 正负脉冲充电的 方法减弱锂离子电池的极化现象。本文通过对比正负脉冲充 电方式和恒流充电方式在电池达到截止电压时的实际充入电 量，探究三元锂电池正负脉冲充电方式充电规律，以及三元锂 电池在不同充电电流，不同正负脉冲周期宽度等因素对三元 锂电池的正负脉冲充电性能的影响，定量分析三元锂电池受 各个实验变量影响的充电特性，为智能充电和快速充电的研 究提供理论基础。
α = K1 / C
(1)
式中： 1 为放电电流常数，根据放电电流大小而定； 为蓄电
池放出的容量。
第二定律：对于任何给定的放电量，蓄电池充电电流接受
比 琢 与放电电流 d 的对数成正比，即：
α = K2LogK ⋅ Id
(2)
式中： 2 为放电量常数，根据电量多少而定； 为计算常数。
第三定律：电池以不同放电倍率放电后，最终的允许充电
脉冲充电器
脉冲充电器1. 概述脉冲充电器是一种充电设备，利用脉冲电流进行充电。
相比传统的恒流充电方式，脉冲充电器具有更快的充电速度和更高的充电效率。
本文将介绍脉冲充电器的原理、工作方式以及其在不同领域的应用。
2. 原理脉冲充电器的原理是利用脉冲电流将电能传输到待充电的设备或电池中。
通过周期性的脉冲信号，脉冲充电器能够在很短的时间内快速传输电能，实现快速充电的效果。
脉冲充电器的关键部件是脉冲电路和控制电路。
脉冲电路负责生成脉冲信号，而控制电路则控制脉冲充电器的工作模式和充电参数。
3. 工作方式脉冲充电器的工作方式通常包括以下几个步骤：3.1 识别设备或电池在开始充电之前，脉冲充电器首先需要识别待充电的设备或电池。
这可以通过连接器或者无线通信来实现。
一旦识别完成，脉冲充电器可以根据设备或电池的特性进行相应的设置和调节。
3.2 设定充电参数根据识别到的设备或电池特性，脉冲充电器会设定相应的充电参数。
这些参数包括充电电流、充电时间、充电模式等。
设定合适的充电参数是保证充电效率和充电质量的关键。
3.3 生成脉冲信号根据设定的充电参数，脉冲充电器通过脉冲电路生成相应的脉冲信号。
脉冲信号的频率、幅值和波形等特性会对充电效果产生影响。
通过合理设计脉冲信号，脉冲充电器可以充分利用电能，提高充电速度和效率。
3.4 监测充电过程在充电过程中，脉冲充电器会持续监测充电情况。
通过实时检测电流、电压和温度等参数，脉冲充电器能够及时调整充电策略，确保充电过程安全可靠。
同时，监测数据也能够用于充电效果的评估和优化。
3.5 结束充电当设定的充电时间或充电电量达到预设值时，脉冲充电器会结束充电过程。
此时，脉冲充电器会发送相应的信号通知用户充电完成，并自动停止供电或进入待机状态。
4. 应用领域脉冲充电器在多个领域都有广泛的应用。
以下是几个典型的应用领域：4.1 电动交通工具电动汽车、电动自行车等电动交通工具的充电需要快速、高效。
脉冲充电器能够在较短的时间内将电能传输到电池中，提高充电速度，满足电动交通工具的实际需求。
脉冲充电器的原理
脉冲充电器的原理
脉冲充电器是一种通过短时间的高功率脉冲电流进行充电的装置，其原理如下：
1. 脉冲产生：脉冲充电器通常使用电子开关装置（如三极管、MOSFET等）来产生高频脉冲信号。
这些开关以一定的频率
开关和关闭，产生周期性的脉冲信号。
2. 变压器：脉冲信号经过电子开关后，输入到一个变压器中进行变压变流。
变压器通常采用高频变压器，其工作在高频率范围内，能够有效减小体积和提高效率。
3. 整流滤波：通过变压器变换后的高频脉冲信号，在输出端经过整流装置进行整流，将交流信号转换为直流信号。
接着，通过滤波电容进行滤波，使得输出信号更加稳定。
4. 控制系统：脉冲充电器通常配备一个控制系统，用于控制脉冲充电器的工作频率、脉冲宽度和充电电流等参数。
控制系统可以根据电池的状态和需求进行调整，以达到最佳的充电效果。
5. 充电电池：最后，经过整流和滤波的电流被输入到需要充电的电池中。
由于脉冲充电器的特点是短时间大功率充电，因此可以更快地将电池充满。
总的来说，脉冲充电器利用高频脉冲信号和变压变流技术，通过控制系统对充电参数进行调整，以高效、高频率地将电能输入到需要充电的电池中，实现快速充电效果。
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快速脉冲充电技术的研究
概述
目前个护电动充电式产品得到了越来越广泛的应用。
个护占居市场的电动剃须刀用的可充电电池多数采用镍氢镍镉电池 , 其充电方式采用直流恒压或恒流充电 ,这两种充电方式实际中存在很大缺陷。
恒压充电不合理是因为可充电电池内阻很小 ,恒压充电初始电流很大,因而要降压, 到了充电后期则因电压过低导致充电不足, 长期欠充会使充电电池内部严重不能完全有效化学反应 ; 恒流充电之所以不合理是因为充电电池充电曲线呈指数变化 , 如图 1 所示 ,恒流电流在充电初期小于充电电池可接受最大电流 ,延长了充电周期 , 后期则超过充电电池可接受电流的能力 ,电能不能有效转化为化学能 , 多变为热能消耗掉了。
解决方法之一就是根据理想充电曲线 , 动态跟踪参变量 , 实时调节充电电流。
智能电动产品充电电池具有放电电流大、放电时间短以及放电深度深等特点 , 对于电动智能产品还有启动较频繁等特点 , 因此采用智能快速脉冲式充电技术 , 将避免上述缺点 , 使充电过程更合理化。
一般在正常充电时 , 以 8 或 10 小时充电率电流进行充电所需时间多为 10 多个小时 , 快速充电的特点是采用 1 C (A) ( C 为充电电池额定容量数值) 以上的大电流 , 在短时间内把电池充满 , 而在此过程中 , 充电电池既不产生大量气体 , 又不使充电电池温度过高 , 解决的办法就是采用脉冲式充电 , 用反向电流短时间放电的方法消除极化 , 这样就可以保证充电电池不大量产生气体又不
发热 , 从而大大缩短充电时间。
快速充电的基本原理
找出充电电池能够接受的最大充电电流和可以接受的充电电流曲线 ,如图1 所示 ,方程式：
i = I0e - at
方程式中i —任意时刻t 时充电电池可接受的充电电流
I0 —最大初始可接受充电电流
a —衰减率常数 , 也称充电接受比
图1
图 1 所示是一条自然充电接受特性曲线 , 超过这一充电接受曲线的任何充电电流 , 不仅不能提高充电效率 ,而且会增加析气 ,小于此接受曲线的充电电流 ,便是充电电池具有的储存充电电流。
在实验的基础上验证出 , 充电电池在采用任何放电电流后 ,
其充电接受比和放电放掉的容量的平方根成反比 ,
即:
其中,K 为常数, C为放电容量。
可见α随放电深度而变 , 放出电量越多 ,α值越大,充电接受电流也越大。
实验的基础上验证还指出 , 对于任何放电深度 , 一个充电电池的充电接受比α是和放电电流I d的对数成正比 , 即α= K lg ( KI d ) , 它定量地表明随放电率的不同充电接受比的变化。
因此 , 充电电池在充电过程中采取电量相对很小 ,而幅度较大且时间很短的放电措施 , 将恢复或提高充电电池的充电接受率 ,从而增大了充电电流 , 加快了充电效率 , 也就是说在快速充电中 ,进行短暂的停充 , 在停充中加入放电脉冲 , 这就是脉冲式快速充电的基本方法。
快速充电装置的设计原则
(1)应在整个充电时期内 ,始终适时地采取去极化措施。
充电电池的充电电流随时间会超过可接受电流 ,故充电前期应有去极化措施。
(2)去极化措施应能自动适应充电时间内的不同要求 , 动态跟踪
充电电池的实际状态、可接受的充电电流 ,自动确定充电时的参数。
(3)充电中充电电池电压上升到一定程度时 ,应当停止 , 进行放电去极化。
去极化措施应能抑制过超电能 , 使其达不到气体析出的电能。
(4)去极化是有限度的 ,端电压降至一定值时就适时转化再充放电过程。
快速充电系统的实现
根据实验验证的充电曲线 ,理论上充电起始电流应尽可能大 ,但实际由于充电电池内部结构参数及充电装置和供电系统的限制 ,起始电流不能过大 ;其次充电末期电流也不要太小 ,以免延长充电时间。
反应充电电池内部状态和接受能力的特征参量很多 ,在此选取端电压和端电压变化率参数 ,结合充放电电流和充放电时间两个参数变量来描述充放电过程中充电电池的内部状态 ,作为充电状态动态变化的依据。
(1)电压与容量关系
如图 2 所示 ,为电压与充电电池容量关系曲线。
由图 2曲线可看出 ,采用大电流充电效率时 ,为使电池容量恢复到 100 % , 必须允许一定的过充电反应 ,过充电反应发生后 , 单格充电电池电压迅速上升 ,达到一定数值后上升速度减小 , 然后缓慢下降。
故在充电电池充足电后 ,充电电路应输出恒定的浮充电压。
浮充电压不能过高 ,实践证明实际浮充电压大于规定浮充电压5%时 ,免维护充电电池的寿命将缩短一半。
0 图中 C : 蓄电池容量
图2
充电过程中的安时转换率可近似用式表示:
η= ( U e - U - U0) / U e C I ×100 %
式中η—转换率
U e —充电终止电压
U —当前电压 ,包括极化电压U p 和电动势E 两部分
C I —电流换算系数 ,10小时充电率时取 1，因此充电电池动态容量可以由式算出:
C = C0 + ∫t i ×ηdt
式中C0 为初始荷电容量
电压与环境温度关系由于剃须刀密封防水运行情况复杂 ,温度变化较大 ,而充电电池电压与环境温度又有着密切的关系 ,因而在设计充电器时要充分考虑温度因素。
由充电电池的电压与温度关系得知 , 温度每升高 1 ℃, 单格电池的电压将下降约 3mV 。
因此 ,为保证在很宽的温度范围内都能使充电电池刚好充足电 ,充电控制电路的各种转换电压必须随充电电池电压的温度系数而变。
硬件电路
系统硬件原理图如图3 所示:
图 3
电路控制部分采用MCU控制 , 可以方便的实现算法 ;对于脉冲电路的实现 ,应用 MCU的PWM 输出功能模块 ,驱动充电控制模块电路 ,可以方便的实现脉冲占空比的调节 ;充电控制模块电路简单可
靠 ,能够实时对电池进行均衡充电或浮充电。
采样电路中采用高精度的基准电压模块 ,将采集到的数据通过MCU转换为所需信号 , 选通开关根据需要选择不同的参数 ;显示部分为液晶或LED ,将充电状态实时显示或保留。
软件设计
软件流程图如图4 所示:
图 4
(1) 命令状态部分为A/D自动采集及轻触式操作 ,包括充电模式命令、参数设置及输出命令等。
(2) 数据采集处理部分完成对各参数模拟量的采集处理。
(3) 算法处理部分对采集的模拟量转化为数字量后再进行控制算法处理。
(4)状态分析调节部分根据安时累计、电池电压及其变化率和温度
等一系列计算结果判断电池状态 ,作出相应调节。
(5) 驱动输出部分通过MCU I/ O 口驱动外部电路 ,输出相应充电电流。
(6)温度测量和控制部分完成温度测控。
(7)显示部分通过I/ O口通信驱动液晶显示及各种LED指示, 完成对各状态及参数的显示、指示等操作。
结论
通过对比实验得出 : 充电电池充电采用脉冲分段恒流充电方式比较合理。
对分段恒流充电参数的研究表明:首段充电电流取 0.5 C , 选用三段至五段恒流充电方式充电 ,能抑制正极板活性物质的软化和负极板活性物质的硫酸盐化, 达到既不过充, 也不欠充的目的, 从而得到比较理想的充电效果，在充电过程中充电电池温升较小 ,充电效率较高。