蓄电池方案

铅酸蓄电池活化充电器

发布时间: 2006-05-18 10:13:04

作者: 黄逸平

责任编辑:xiaoxiao

一、背景

目前铅酸蓄电池运用于各个行业中，如目前流行的电动自行车，电瓶车，工业上的自动引导车，机器人等等。电池的使用量很大，如果改善了充电器，并能活化蓄电池，延长使用寿命，将能节约大量资源和能源，并能降低废旧电池的处理压力，保护环境。同时通过访问调研发现广大用户都抱怨目前电池充电时间太长，影响正常使用，使用备用电池费用太高。快速充电则会严重缩短电池的使用寿命，且电池容量减少现象明显。对于失效的蓄电池处理也是一个问题，尤其对于工业用自动牵引车和电动自行车等使用频繁的场合。

目前国内市面上的铅酸蓄电池充电器大多为恒压或恒流式，恒压或恒流式充电对充电电压和电流有严格的要求。电压过高会造成蓄电池过渡充电，并改变电解液的浓度，直接影响蓄电池的循环使用寿命。电压低则会造成充电不能充满，降低蓄电池的放电使用时间，长期充电都处于这种状态下，将会使极板硫化，造成不可恢复性的损伤。充电电流过大，电池内部的散热不能解决，会造成蓄电池爆裂。电流过小充电时间会延长，使用效率降低。

市面上的高端的智能充电器已经能解决这些问题，但是对电池的放电有限制，且成本高。对于需要快速充放电的使用环境，仍会造成极板硫化，电池容量减小等问题。

有些厂家和科研单位业开始注意到这个问题，从文献上看，多数脉冲充电装置均仍处在实验阶段，成产品的只有个别几家，且仅仅包含正相脉冲。没有活化功能。

国外对于活化充电的研究资料仍处于保密状态。为此我们构想设计一种能快速充电并且很活化蓄电池的充电器。

二、设计思路

设计充电器的总体思路是使用目前成熟的高性能单片机做控制器，遵循蓄电池的充电特性曲线，采用PWM方式供电，充电范围灵活，且体积小重量轻。充电器使用脉冲充电方式，除正相脉冲外，适时的加入反相脉冲，以活化极板，防止极板表面钝化，使用脉冲充电还可以加大充电电流提高充电速度从而提高蓄电池的使用效率。

设计目标是延长电池使用寿命2倍以上，缩短充电时间5～6倍。用微处理器控制充电过程，并设置多种工作模式。初一般充电外还可进行电池的再生处理，用于平衡充电，提高电池的一致性通过电池活化充电，降低蓄电池整体使用成本。

主要技术指标：充电器电压可自行调节，具有蓄电池恢复功能，充电电流在2～40A可变，以对应不同的电池。

三、设计原理

l 蓄电池的充电方法：

蓄电池的充电方法主要有以下几种：

恒定电流充电

在充电过程中充电电流始终保持不变的充电方法，充电过程中，在充电允许电流情况下，充电电流越大充电时间越短，但是在充电后期由于充电电流不变，大部分电流用在了电解水上，对电池的寿命不利。

恒定电压充电

又叫浮充充电，在充电过程中保持充电电压恒定，一般每个单电池按2.25～2.3V 供电。此方法在充电开始时充电电流大，随着充电进行，电池端电压逐渐上升，充电电流逐渐减小。当电池电压和供电电压相等时充电电流减至最小。采用恒定电压充电法可以避免充电后期的过充电，但此方法在充电初期充电电流过大影响活性物质的机械强度，充电后期电流又过小，形成长期充电不足，使负极板因长期处于欠充状态而发生硫酸盐化，影响电池的使用寿命。

分级定电流充电法

此方法中，蓄电池在充电初期用较大的电流，经过一定时间改用较小的电流。至充电后期改用更小的电流。这种方法较之前两种方法所需充电时间较短充电效果也较好，是目前最常用的一种充电方法。

蓄电池脉冲快速充电法

是指在充电过程中，通过电流的负脉冲来消除极化现象，以实现大电流充电从而达到缩短充电时间的一种方法。前面提到的三种充电方法，在充电过程中都难免造成电池的极化现象，而极化现象会降低电池的充电电流接受率，从而延长了充电时间。脉冲快速充电法，采用低压大电流脉冲电流给蓄电池充电，并在一定条件下加入去极化负脉冲，以达到去极化提高电流接受率的效果，从而使充电时间大大缩短。由于负脉冲的加入，会对正负电极造成冲刷效果，这样有利于正负极板上板结的难溶硫酸铅的再次溶解，因此，脉冲充电法能够部分消除和有效的预防铅酸蓄电池的硫化现象。