霍克蓄电池智能快速充电系统

霍克蓄电池智能快速充电系统

自1859年法国物理学家普兰特(Plante)发明了铅酸蓄电池至今已有140年的历史。铅酸蓄电池有着成本低，适用性宽，可逆性好，大电流放电性能良好，单体电池电压高，并可制成密封免维护结构等优点，而被广泛地应用于车辆启动、邮电、电力、铁路、矿山、采掘、计算机UPS等各个领域中。蓄电池也是国民经济以及国防建设的重要能源，在许多行业的发展中，也迫切需要容量大、循环寿命长、充电时间短、价格低的蓄电池。而快速充电技术也成为了其中的关键技术，它对电池的使用有着非常重要的影响。目前，国内外都在不断地研究这一技术，而在快速充电技术中引入计算机控制，是非常有效的，且有着非常明显的经济效益。而单片机又以其低廉的成本，灵活的控制方式而得到业界的青睐，本系统就是以AT89C2051单片机为核心，集测量与控制为一体的智能化快速充电系统。

　　2.快速充电的机理

　　铅酸蓄电池快速充电技术是在常规充电技术的基础上发展起来的，不论采用何种充电制度进行充电，铅酸蓄电池充电的成流过程都要遵守双极硫酸盐化理论，即其化学反应方程式为：

　　

 

　　按常规充电法，充电电流安培数，不应超过蓄电池待充电的安时数。这样，才可保证在整个充电过程中，产生气体和温升的状况符合要求。因此，常规的蓄电池其充电方法都采用小电流的恒压或恒流充电，充电时间长达10至20多个小时，给实际使用带来许多的不便。为了缩短电池的充电时间，国内外一直都在不断地研究和开发快速充电方法和技术。

　　1967年美国人麦斯(J. A. Mas)提出了蓄电池充电的三个定律后，这些理论就成为了我们研究快速充电技术的基础。蓄电池有着如下的充电特性：

　　(1)蓄电池充电接受能力随放电深度而变化。如果以相同大小的电流放电，则，放出电量越多，充电接受率α越高，充电接受电流越大。即有如下关系：

　　

 

　　又因　　

 

　　故有

　　

 

　　I0——开始充电时的最大初始电流值。

　　C——放电容量。

　　K——常数，可由实验求出。

　　(2)对于任何给定的放电深度，充电接受率：

　　

 

　　又因I0=αC，所以

 

　　Id——放电电流。

　　常数K和k可由实验得出。

　　上式表明，蓄电池的充电接受率取决于它的放电历史，以小电流长时间放电的蓄电池，充电接受率低，相反，以大电流短时间放电的蓄电池，充电接受率高。

　　(3)一个蓄电池经几种放电率放电，其充电接受电流是各个放电率下接受电流之和。即：　 It = I1+I2+I3+……

　　同时服从：

　　

 

　　It——总接受电流。

　　Ct——放出的总电量。

　　αt——总的充电接受率。

　　放电可使全部放掉的电量Ct增加，同时也使总的充电接受电流It增加。因此，蓄电池在充电前或充电过程中适当地放电，将会增加充电接受率αt。

　　按照麦斯理论，我们对充电过程中的充电电流进行实时控制，即用大电流充电，并在充电过程中，短暂地停止充电，在停充期间加入放电脉冲，打破蓄电池充电指数曲线自然接受特性的限制。但是，理论和实践证明，蓄电池的充放电是一个非常复杂的电化学过程，由快速充电的电化机理可知，影响快速充电的重要因素是蓄电池的电极极化现象，这是一切二次电池所共有的，包括有欧姆极化、浓差极化和电化学极化。而蓄电池的电极极化现象，又可以通过在充电过程中适时加入放电脉冲来消除。因此，要实现快速充电，就需要多方面的控制，其控制特点为：

　　(1) 多变量——诸如要控制蓄电池内的温度、充电电流的大小、充电的间隔时间、去极化脉冲的设置等。

　　(2) 非线性——充电电流应随充电的进行而逐渐降低，否则，会造成出气和温升的增加。

　　(3) 离散性——随着蓄电池的放电状态、使用和保存历史的不同，即使是相同型号、相同容量的同类蓄电池的充电情况也不一样。

　　对于如此复杂的充电过程，使用传统的充电电路显然难以控制，因此，也影响了快速充电的效果。为了能更有效地实现快速充电，必须使用先进的控制手段，我们利用单片机构造了一个具有自动检测功能的蓄电池充电实时控制系统。根据蓄电池快速充电的机理，对充电的电池进行实时的动态检测，适时发出去极化脉冲及调整充电电流，力求以较高的充电平均电流进行充电，而且还能有效地抑制气体的析出。从而达到快速充电的目的

为做好蓄电池维护工作，我们应了解蓄电池的各种运行状态及其使用寿命。根据不同的运行状态，可将蓄电

池的寿命可分为循环寿命、浮充寿命和存放寿命。影响蓄电池寿命的因素有以下几点：

1. 环境温度：过高的环境温度是导致密封免维护电池使用寿命缩短的重要原因。一般环境温度控制在25℃左

右,当温度增加1℃,就会导致电池的实际使用寿命缩短一半。而温度太低，也会使蓄电池容量下降，温度每下

降1度，其容量则下降1%。可见温度直接影响了蓄电池的使用寿命。

2. 过充电：蓄电池充电时间过长或者充电电压过高对正常的电池造成过充,将不可避免的造成电池失水、电

解液干枯，从而减少了蓄电池的正常使用寿命。

3. 过放电：蓄电池放电到终止电压后继续放电称为过放电，过放电时间越长，其循环使用次数就越少，按厂

家的数据，当电池放电深度为100%时,电池实际使用寿命约为200～250次充放电循环;放电深度为50%时,电池

实际使用寿命约为500～600次充放电循环。

4. 长期处于浮充状态：蓄电池(组)长期处于浮充电状态,使得电极被厚厚的氧化膜所覆盖,造成电池的阳极极

板钝化,电池的内阻急剧增大,电池的实用容量大大低于其标称容量。

5. 电池本身的离散性：这也是蓄电池早期失效的最根本原因，由于电池材料的配方制备、安装、化成、工艺

的不稳定、不一致等因素，导致电池本身性能离散性，这给电池运行寿命的减少留下了隐患。当性能不一致

的电池组成一组投入运行时，各电池的浮充电压会存在很大差异。经长时间运行后，浮充电压高的电池因长

期过充导致失水和极板腐蚀;反之，浮充电压低的电池因长期欠充导致容量损失和极板硫酸化，电池性能劣化