免维护铅酸电池智能快速充电系统

时间：2015-08-12 来源：扁平线圈电感厂家点击：

1．引言

　　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。