專利名稱：閥控式鉛酸蓄電池的自適應(yīng)充電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蓄電池充電的技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種閥控式鉛酸蓄電池的自適應(yīng)充電 方法。
背景技術(shù)：
鉛酸蓄電池是由多個(gè)單格電池串聯(lián)組成。閥控式鉛酸蓄電池壽命提前終止的兩個(gè) 最主要的因素是正板柵的軟化腐蝕和電解液過(guò)度失水。對(duì)于免維護(hù)型閥控式鉛酸蓄電池失 水10%容量減少20%，失水25%壽命即終止。因此，該類蓄電池如何在充電過(guò)程中減少失水 量成為延長(zhǎng)閥控式鉛酸蓄電池壽命的關(guān)鍵。閥控式鉛酸蓄電池失水的主要形式是在充電電壓上升到單格電壓2. 35V，正極發(fā) 生水分解副反應(yīng)析出氧氣，充電電壓上升到單格2. 42V負(fù)極析出氫氣，也就是達(dá)到充滿電 電壓的70%從正極開(kāi)始析出氧氣，達(dá)到充滿電壓的90%開(kāi)始析出氫氣，正常情況下充電由于 正負(fù)極之間氧通道的存在，氧氣會(huì)被負(fù)極活化物反應(yīng)吸收而不會(huì)形成失水，即使到達(dá)充滿 電的電壓數(shù)值，鉛酸蓄電池柵格內(nèi)部溫度不高時(shí)，氧氣和氫氣所形成的壓力也不足以頂破 并沖出閥帽而形成大量失水(只有輕微失水)。但是，在室溫(25°C)以下的春秋冬季節(jié)，溫 度偏低，有時(shí)甚至達(dá)到-20°C以下充電(鉛酸蓄電池的電解液的冰點(diǎn)適于達(dá)到_25°C以下， 有的可達(dá)_40°C)，此時(shí)由于正負(fù)極液體相對(duì)粘稠，化學(xué)反應(yīng)速度和離子移動(dòng)速度比較緩慢， 外在表現(xiàn)為內(nèi)阻值增加，充電接電能力大大下降，正極降為正常室溫的70%以下，負(fù)極更是 達(dá)到40%以下，如果在初始充電階段不加預(yù)熱地仍然使用大電流充電，則會(huì)導(dǎo)致電化學(xué)極 化電壓的急速上升和電池綜合阻抗的快速增加，同時(shí)充電產(chǎn)生的熱量(Q=PRt)快速增多、 各柵格兩端的電壓非正常地在初始充電階段快速上升。圖1為室溫(即25°C)條件下的閥控式鉛酸蓄電池恒流充電理論曲線。其中，在恒 流充電階段(即上述曲線的a-b段)，蓄電池電壓上升的速度較慢，蓄電池接受充電也主要在 這個(gè)階段，一般可接受整個(gè)充電量的70%-85%。電解液內(nèi)阻隨溫度的降低而增大，隨溫度的升高而減小。以25°C為基準(zhǔn)，每降低 10°C，則內(nèi)阻增大1 15% ；溫度趨于越低，內(nèi)阻增大的幅度加大。這主要是由于硫酸溶 液的比電阻與粘度增大的緣故。若在低溫條件以下充電，由于沒(méi)有預(yù)熱，將導(dǎo)致電池電壓上升速度較快，從而使電 池電壓從所述曲線上的a點(diǎn)到達(dá)析氣電壓b點(diǎn)的時(shí)間被大幅縮短，并使得整個(gè)充電過(guò)程的 安時(shí)數(shù)少于電池標(biāo)稱放電容量所需的安時(shí)數(shù)(電池容量的110%_130%)，即在低溫條件下，采 用先恒流、后恒壓(即通常在恒壓充電至析氣點(diǎn)后進(jìn)行恒壓充電，如果始終恒流充電將導(dǎo)致 大量失水)的充電方法，將使得電池充不飽；同時(shí)，由于初期發(fā)熱大，導(dǎo)致充電后期柵格內(nèi)部 壓力較大，氧氣和氫氣頂破并沖出閥帽形成大量失水，使用恒流定時(shí)充電方式時(shí)失水量更 大。如何解決在低溫下充電失水的問(wèn)題，是本領(lǐng)域的技術(shù)難題。如前所述充電電壓上升到單格2. 42V負(fù)極析出氫氣，也就是達(dá)到充滿電電壓的70%從正極開(kāi)始析出氧氣，達(dá)到充滿電壓的90%開(kāi)始析出氫氣；若電池柵格內(nèi)部溫度較高 時(shí)，必須及時(shí)下降充電電流，否則氣體將過(guò)多釋放造成壓力過(guò)高頂破閥帽大量失水。雖然每組電池充電到理論上的析氣電壓會(huì)產(chǎn)生氣體，但由于配方不同、各只電瓶 裝配壓力不等、正負(fù)極板上的活化材料多少、反應(yīng)速度的快慢和各柵格中硫酸溶液濃度和 份量等不同，都會(huì)影響實(shí)際析氣電壓的高低，每組電池的析氣電壓都不一樣。所以，自動(dòng)監(jiān) 測(cè)到實(shí)際析氣電壓并及時(shí)降低充電電流，以防止溫度過(guò)高，成了減少失水量的重要步驟。從圖1的蓄電池恒流充電電壓典型曲線可知，在正常充電(環(huán)境溫度為25°C)情況 下，恒流充電初期的第一階段(a-b階段)電壓上升具有線性特征，其上升速度基本接近常 數(shù)，到達(dá)氧析氣電壓b點(diǎn)以后如果仍然采取該大電流充電，則電壓的上升速度將快速增加， 到達(dá)氫析氣點(diǎn)c電壓上升速度更加迅速。因此，如何在正常充電過(guò)程中避免因電池電壓達(dá)到析氣點(diǎn)后快速上升而帶來(lái)的大 量失水的問(wèn)題，是本領(lǐng)域要解決的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種適于避免在充電過(guò)程中出現(xiàn)大量失水的閥 控式鉛酸蓄電池的自適應(yīng)充電方法。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種閥控式鉛酸蓄電池的自適應(yīng)充電方法， 其包括在充電初期采用恒流充電方式對(duì)蓄電池充電，恒流充電一段時(shí)間后，開(kāi)始采集蓄電 池電壓的上升速度；若采集得的蓄電池電壓上升速率超過(guò)了所述一段時(shí)間內(nèi)的蓄電池電壓 上升的平均速率的50%，且測(cè)得當(dāng)前蓄電池電壓鄰近該蓄電池的理論析氧氣電壓(即測(cè)得 的當(dāng)前蓄電池電壓與該蓄電池的理論析氧氣電壓之差值的絕對(duì)值小于1-2V)，則將當(dāng)前的 充電電流降至恒流充電電流的70-90% ；當(dāng)測(cè)得蓄電池電壓達(dá)到額定飽和電壓時(shí)，對(duì)蓄電池 進(jìn)行浮充充電。進(jìn)一步，在以恒流充電電流的70-90%進(jìn)行充電的過(guò)程中，若測(cè)得蓄電池電壓的上 升速率超過(guò)0. 15V/5min，則將當(dāng)前的充電電流降低10% ；若測(cè)得蓄電池電壓上升速率仍超 過(guò)0. 15V/5min，則再次將當(dāng)前的充電電流降低10%，如此反復(fù)。進(jìn)一步，在恒流充電前，若蓄電池中的電解液在溫度為25°C時(shí)蓄電池的內(nèi)阻為RT， 當(dāng)測(cè)得蓄電池的實(shí)時(shí)內(nèi)阻Rt彡Rt,即所述電解液的溫度不低于25°C時(shí)，對(duì)該蓄電池進(jìn)行恒 流充電。進(jìn)一步，在恒流充電前，當(dāng)測(cè)得Rt>I T，即所述電解液的溫度低于25°C時(shí)，先以小于 0. IC的充電電流對(duì)該蓄電池充電一個(gè)或多個(gè)時(shí)段；其中，在以小于0. IC的充電電流對(duì)該蓄 電池充電多個(gè)時(shí)段時(shí)，各時(shí)段的充電電流先后依次增大；直至艮^ Rt,即所述電解液的溫度 不低于25°C時(shí)，進(jìn)行恒流充電。進(jìn)一步，在以小于0. IC的充電電流對(duì)該蓄電池充電多個(gè)時(shí)段時(shí)，各時(shí)段的長(zhǎng)度一致。進(jìn)一步，在同一時(shí)段內(nèi)的充電電流的大小不變，以方便檢測(cè)蓄電池內(nèi)阻大小。進(jìn)一步，當(dāng)測(cè)得所述Rt大于所述電解液的溫度低于10°C時(shí)的內(nèi)阻時(shí)，以小于0. IC 的充電電流對(duì)該蓄電池充電多個(gè)時(shí)段，且各時(shí)段的充電電流先后依次增大，以逐步采用固 定大小的直流電對(duì)蓄電池充電并預(yù)熱電解液，使電解液的溫度逐漸到達(dá)適于充電的最佳溫度。各時(shí)段的充電電流先后依次增大，可防止溫度過(guò)快上升帶來(lái)的失水問(wèn)題。應(yīng)用上述閥控式鉛酸蓄電池的自適應(yīng)充電方法的充電裝置，包括 整流供電電路；
脈沖功率放大及變壓電路，與該整流供電電路的電源輸出端相連，用于向蓄電池提供 充電電源；
充電取樣回路，設(shè)于所述脈沖功率放大及變壓電路的輸出端和蓄電池之間，用于檢測(cè) 充電電流和電壓；
充電控制電路，用于控制所述脈沖功率放大及變壓電路的輸出電壓，并通過(guò)所述充電 取樣回路測(cè)得的充電電流和電壓計(jì)算出蓄電池的實(shí)時(shí)內(nèi)阻Rt，以根據(jù)艮與&的大小關(guān)系， 采用相應(yīng)的充電程序。本發(fā)明具有積極的效果(1)本發(fā)明的閥控式鉛酸蓄電池的自適應(yīng)充電方法是， 在充電過(guò)程中采集蓄電池電壓的上升速率，在到達(dá)實(shí)際析氣點(diǎn)電壓之時(shí)，及時(shí)降低充電電 流的大小，從而避免造成大量失水。具體方法是在恒流充電一定時(shí)間后，再啟動(dòng)蓄電池電 壓的上升速率的監(jiān)測(cè)，以環(huán)境溫度為25° C為例，在圖2中的f點(diǎn)(以5只串聯(lián)20AH蓄電 池，f點(diǎn)電壓約為59V，即約每只電池11. 8V，100AH蓄電池，f點(diǎn)電壓約為60V，)以后開(kāi)始 采集蓄電池電壓的上升速率，這是因?yàn)樾铍姵卦诔潆姵跏茧A段存在“虛電壓”，其充電初始 的上升速度較快，易引起誤判斷。蓄電池電壓上升速率的采集方法是在一個(gè)固定的時(shí)間段 (如5分鐘)，采集一次電壓的數(shù)值，若采集的電壓上升速率超過(guò)恒流充電階段的電壓上升的 平均速率(如0. lV/5min)的50%，且此時(shí)的蓄電池電壓在理論析氧氣電壓(5只20AH串聯(lián)蓄 電池約為69V，100AH約為70V)的附近，則降低充電電流大小(5只20AH串聯(lián)蓄電池每次降 低電流約為0. 1A，5只100AH串聯(lián)蓄電池每次降低電流約為0. 5A);此后，若測(cè)得蓄電池電壓 的上升速率超過(guò)0. 15V/5min且經(jīng)過(guò)采集確認(rèn)以去除干擾后，再降低充電電流，具體見(jiàn)程序 框圖。采用這種自適應(yīng)充電模式直至蓄電池的電壓到達(dá)額定飽和電壓(5只20AH串聯(lián)蓄電 池約為74V，100AH約為76V)后，轉(zhuǎn)為浮充充電(即圖2中的de階段，5只20AH串聯(lián)蓄電池 浮充電流約為0. 5A, 100AH約為2. 5A)。(2)為同時(shí)解決在低溫下充電失水的問(wèn)題，在低溫 時(shí)采用小電流對(duì)蓄電池充電，直至蓄電池中的電解液溫度達(dá)到最佳值(一般為25°C)時(shí)，采 用正常的充電電流先恒流、后恒壓充電，最后進(jìn)行浮充充電，直至充滿；該方法避免了 “電化 學(xué)極化電壓的急速上升和電池綜合阻抗的快速增加，同時(shí)充電產(chǎn)生的熱量(Q=PRt)快速增 多、各柵格兩端的電壓非正常地在初始充電階段快速上升”的情況，從而解決了低溫充電易 失水的問(wèn)題，確保了鉛酸蓄電池的使用壽命，并使得整個(gè)充電過(guò)程的安時(shí)數(shù)滿足電池標(biāo)稱 放電容量所需的安時(shí)數(shù)(電池容量的110%-130%)。本發(fā)明在初始充電期采用多階段小電流 充電的方法，不僅完全在正負(fù)電極低溫情況下的接電能力范圍之內(nèi)，而且利用了小電流產(chǎn) 生的熱量Q (Q=I2Rt)，使得柵格溫度逐步升高后，再逐步加大電流，蓄電池電壓上升得非常 緩慢，且在閥控電池內(nèi)部溫度發(fā)熱到正常充電所需的溫度(此時(shí)內(nèi)阻已在正常范圍內(nèi))再 轉(zhuǎn)為大電流充電，因此不會(huì)產(chǎn)生大量的熱量而失水。


為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖， 對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，其中圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的蓄電池恒流充電理論曲線； 圖2為實(shí)施例中的蓄電池在充電時(shí)的蓄電池電壓的實(shí)際曲線圖； 圖3為實(shí)施例中的在低溫環(huán)境下對(duì)蓄電池恒流充電前，以小電流充電預(yù)熱蓄電池的充 電電流曲線圖4為實(shí)施例中的閥控式鉛酸蓄電池的自適應(yīng)充電裝置的電路框圖5為實(shí)施例中的閥控式鉛酸蓄電池的自適應(yīng)充電裝置的電路原理圖6為實(shí)施例中的閥控式鉛酸蓄電池的自適應(yīng)充電裝置中的單片機(jī)的程序框圖。
具體實(shí)施例方式(實(shí)施例1)
本實(shí)施例的閥控式鉛酸蓄電池的自適應(yīng)充電方法包括在充電初期采用恒流充電方式 對(duì)蓄電池充電，恒流充電一段時(shí)間(一般為1-2小時(shí))后(對(duì)應(yīng)于圖2中的f點(diǎn))，開(kāi)始采集蓄 電池電壓的上升速度；若采集得的蓄電池電壓上升速率超過(guò)了所述一段時(shí)間內(nèi)的蓄電池電 壓上升的平均速率的50%，且測(cè)得當(dāng)前蓄電池電壓鄰近該蓄電池的理論析氧氣電壓(對(duì)應(yīng)于 圖2中的b點(diǎn))，則將當(dāng)前的充電電流降至恒流充電電流的70-90% ；當(dāng)測(cè)得蓄電池電壓達(dá)到 額定飽和電壓(對(duì)應(yīng)于圖2中的d點(diǎn))時(shí)，對(duì)蓄電池進(jìn)行浮充充電，經(jīng)浮充充電一段時(shí)間后結(jié) 束充電。浮充充電的時(shí)間為1- 小時(shí)，浮充充電的電流為0.01-0. 02C;由于浮充充電電流 較小，因此，浮充充電的電壓一般在蓄電池析氣點(diǎn)電壓以下。在浮充充電過(guò)程中，測(cè)得所述 電解液的溫度升高時(shí)，立即停止浮充充電。在以恒流充電電流的70-90%進(jìn)行充電的過(guò)程中，若測(cè)得蓄電池電壓的上升速 率超過(guò)0. 15V/5min，則將當(dāng)前的充電電流降低10% ；若測(cè)得蓄電池電壓上升速率仍超過(guò) 0. 15V/5min，則再次將當(dāng)前的充電電流降低10%，如此反復(fù)，直至測(cè)得蓄電池電壓達(dá)到額定 飽和電壓時(shí)，對(duì)蓄電池進(jìn)行浮充充電。在所述恒流充電前，若蓄電池中的電解液在溫度為250C時(shí)蓄電池的內(nèi)阻為RT，充 電初期(S卩即將開(kāi)始充電時(shí))，當(dāng)測(cè)得蓄電池的實(shí)時(shí)內(nèi)阻Rt彡Rt,即所述電解液的溫度不低 于25°C時(shí)，對(duì)該蓄電池進(jìn)行恒流充電，且充電電流的大小為0. IC ；直至該蓄電池的電壓到 達(dá)該蓄電池的析氣電壓值時(shí)，進(jìn)行恒壓充電。在所述恒流充電前，當(dāng)測(cè)得Rt>RT，且Rt處于電解液的溫度為小于25°C而大于15°C 時(shí)的內(nèi)阻之間時(shí)，則以0. 05C的充電電流對(duì)該蓄電池恒流充電；若Rt處于電解液的溫度為 小于15°C而大于10°C時(shí)的內(nèi)阻之間時(shí)，則以0. 04C的充電電流對(duì)該蓄電池充電；即若電 解液的溫度越低，初始的充電電流就越??；直至艮(Rt,即所述電解液的溫度不低于25°C 時(shí)，采用0. IC的充電電流進(jìn)行恒流充電。當(dāng)充電初期測(cè)得蓄電池的實(shí)時(shí)內(nèi)阻Rt處于電解液的溫度為0-10°C時(shí)的內(nèi)阻之間 時(shí)，分別以0. 02C、0. 04C和0. 06C的充電電流對(duì)該蓄電池充電各20分鐘，或依次充電25分 鐘、15分鐘和10分鐘，若在該過(guò)程中測(cè)得( &，則立即采用0. IC的充電電流進(jìn)行恒流充 電。若在該過(guò)程結(jié)束時(shí)Rt仍然大于&，則采用0. 06-0. 08C的充電電流對(duì)該蓄電池持續(xù)充 電，直至測(cè)得艮^ Rt時(shí)，采用0. IC的充電電流進(jìn)行恒流充電。見(jiàn)圖3，充電初期當(dāng)測(cè)得蓄電池的實(shí)時(shí)內(nèi)阻Rt處于電解液的溫度為-15°C至0°C時(shí) 的內(nèi)阻之間時(shí)，分別以I1=O. Oica2=O. 02C、i3=0. 04C和i4=0. 06C的充電電流對(duì)該蓄電池充電各30分鐘(即T=30分鐘)，若在該過(guò)程(即圖3中的“充電初期”)中測(cè)得Rt ( RT，則立即 采用0. IC的充電電流進(jìn)行恒流充電(即進(jìn)入圖3中的“恒流充電階段”)。若在該過(guò)程結(jié)束 時(shí)Rt仍然大于&，則采用0. 06-0. 08C的充電電流對(duì)該蓄電池持續(xù)充電，直至測(cè)得( Rt, 則立即采用0. IC的充電電流進(jìn)行恒流充。充電初期當(dāng)測(cè)得蓄電池的實(shí)時(shí)內(nèi)阻Rt大于電解液的溫度為_(kāi)15°C的內(nèi)阻時(shí)，分別 以0. 01C,0. 02C、0. 03C、0. 04C、0. 05C禾口 0. 06C的充電電流對(duì)該蓄電池充電各30分鐘，或依 次充電40分鐘、35分鐘、30分鐘、觀分鐘、25分鐘和20分鐘，即電解液的溫度越低，對(duì)該 蓄電池充電的時(shí)段數(shù)可適當(dāng)增加，且各時(shí)段內(nèi)充電電流依次逐漸小幅增加；若在該過(guò)程中 測(cè)得Rt ^ Rt，則立即采用0. IC的充電電流進(jìn)行恒流充電。若在該過(guò)程結(jié)束時(shí)Rt仍然大于 &，則采用0. 06-0. 08C的充電電流對(duì)該蓄電池持續(xù)充電，直至測(cè)得，則立即采用0. IC 的充電電流進(jìn)行恒流充電。本發(fā)明在初始充電期采用多階段小電流充電的方法，不僅完全在正負(fù)電極低溫情 況下的接電能力范圍之內(nèi)，而且利用了小電流產(chǎn)生的熱量Q (Q=i2Rt)，使得柵格溫度逐步升 高后，再逐步加大電流，蓄電池電壓上升得非常緩慢，且在閥控電池內(nèi)部溫度發(fā)熱到正常充 電所需的溫度(，該溫度一般為25°C，此時(shí)內(nèi)阻已在正常范圍內(nèi))再轉(zhuǎn)為大電流充電(一般 為0. 1C，也可采用0. 1C-0. 25C之間的任意值)，因此不會(huì)產(chǎn)生大量的熱量而失水。開(kāi)始充電時(shí)，采用固定大小的直流電對(duì)蓄電池充電并預(yù)熱電解液，在固定PWM脈 寬的情況下檢測(cè)當(dāng)前充電電流的大小，就可以得到當(dāng)前被充電蓄電池的內(nèi)阻(R=V/I)。在開(kāi)始充電時(shí)，首先由單片機(jī)檢測(cè)當(dāng)前蓄電池內(nèi)阻的大小，從而決定在充電初期 各個(gè)小電流階段時(shí)間T的長(zhǎng)短，以100AH閥控鉛酸蓄電池為例，若每只蓄電池內(nèi)阻低于 8m Ω (Rl)，則T為零；若每只蓄電池內(nèi)阻高于11 m Ω (R2)，則T為30分鐘；80ΑΗ閥控鉛酸 蓄電池為例，每只蓄電池內(nèi)阻低于ΙΟπιΩ，則T為零；高于13 πιΩ，貝Ij T為30分鐘；20ΑΗ閥 控鉛酸蓄電池為例，每只蓄電池內(nèi)阻低于35mΩ，則T為零；高于48 πιΩ，則T為30分鐘等； 前述各例充電電流il、i2、i3、i4、I均分別為0. 01C,0. 02C、0. 04C、0. 06C、0. IC(C為蓄電池 標(biāo)稱容量)大小的充電電流。蓄電池在充電過(guò)程中，析氧和析氫電壓與蓄電池電解液的溫度有關(guān)，即 V析氧=nX2. 35-0. 004XnX ( Ta-25)(1)
Vffa= nX2. 42-0. 004XnX ( Ta-25)(2)
式中n為串行連接的電池柵格的數(shù)量，Ta為蓄電池電解液的溫度； 即在25 ！環(huán)境下，當(dāng)η = 18時(shí)，析氧電壓V·= 42. 3 V ,析氫電壓Vffs= 43. 56 V，且隨著溫度升高而減小，溫度降低而增大。初始充電階段對(duì)電池進(jìn)行固定脈沖寬度后形成的固定電壓充電，根據(jù)蓄電池的 充電電壓和電流得出蓄電池實(shí)時(shí)的內(nèi)阻，然后根據(jù)該蓄電池內(nèi)阻值與溫度的關(guān)系曲線(該 曲線可通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出)得出該蓄電池中的電解液的溫度。(實(shí)施例2)
見(jiàn)圖4-6，應(yīng)用上述閥控式鉛酸蓄電池的預(yù)熱充電方法的充電裝置，包括整流供電 電路1、與該整流供電電路1的電源輸出端相連的用于向蓄電池提供充電電源的脈沖功率 放大及變壓電路4、用于檢測(cè)充電電流和電壓的充電取樣回路3和用于控制所述脈沖功率 放大及變壓電路4的輸出電壓的充電控制電路2 ；充電控制電路2適于通過(guò)所述充電取樣回路3采集蓄電池電壓的上升速度，充電控制電路2還適于通過(guò)所述充電取樣回路3測(cè)得 的充電電流和固定的充電電壓計(jì)算出蓄電池的實(shí)時(shí)內(nèi)阻Rt，以在環(huán)境溫度低于室溫的情況 下，根據(jù)Rt與&的大小關(guān)系，采用實(shí)施例1中相應(yīng)的充電步驟。整流電路1的輸入端與交流電網(wǎng)連接，整流電路1的第一直流輸出端與脈沖功率 放大及變壓電路4的電源輸入端相連，脈沖功率放大及變壓電路4的電源輸出端與充電取 樣回路3的電源輸入端連接，充電取樣回路3的電源輸出端用于與蓄電池相連，充電取樣回 路3的電壓采樣信號(hào)輸出端和電流采樣信號(hào)輸出端分別與充電控制電路2的電壓采樣信號(hào) 輸入端和電流采樣信號(hào)輸入端相連；充電控制電路2的脈沖信號(hào)輸出端與脈沖功率放大及 變壓電路4的控制信號(hào)輸入端相連4。見(jiàn)圖4，充電控制電路2包括有單片機(jī)IC1、穩(wěn)壓集成塊IC2、直流運(yùn)放器IC3、緩沖 放大器IC4、電阻R4 R6、R8 RlO和電容C2，單片機(jī)ICl是內(nèi)部具有FLASH程序存儲(chǔ)器 和4路A/D轉(zhuǎn)換器的P87LPC767單片機(jī)，直流運(yùn)放器是型號(hào)為L(zhǎng)M358的集成電路，緩沖放大 器是型號(hào)為4050集成電路；穩(wěn)壓集成塊IC2的輸入端通過(guò)電阻R4與整流電路1的一輸出 端連接，穩(wěn)壓集成塊IC2的輸出端與單片機(jī)ICl的電源VCC端連接，穩(wěn)壓集成塊IC2的輸出 端還與電解電容C2的正極連接，電解電容C2的正極接地；電阻Rl與變壓器T的連接處作 為電壓信號(hào)采樣端通過(guò)電阻R5與直流運(yùn)放器IC3的正輸入端連接，直流運(yùn)放器IC3的負(fù)輸 入端通過(guò)電阻R6接地，直流運(yùn)放器IC3的輸出端通過(guò)電阻R8與單片機(jī)ICl的信號(hào)輸入端 ADl連接，直流運(yùn)放器IC3的輸出端還通過(guò)電阻R7與其負(fù)輸入端連接；電阻R2、R3的連接 處作為信號(hào)采樣端與單片機(jī)ICl的信號(hào)端ADO連接；單片機(jī)ICl的控制信號(hào)輸出端通過(guò)電 阻R9與緩沖放大器IC4的輸入端連接，緩沖放大器IC4的輸出端通過(guò)電阻RlO與脈沖功率 放大及變壓電路4的控制信號(hào)輸入端連接。脈沖功率放大及變壓電路4包括開(kāi)關(guān)管VMOS和變壓器T ；開(kāi)關(guān)管VMOS的電流輸 入端和電流輸出端分別與整流電路1的輸出端和變壓器T的初級(jí)線圈連接，開(kāi)關(guān)管VMOS的 控制端與充電控制電路2的控制信號(hào)輸出端連接；變壓器T的次級(jí)與作為輸出端與充電取 樣回路3的輸入端連接。電取樣回路3包括有整流二極管D1、電解電容Cl、采樣電阻Rl和分壓電阻R2、R3 ； 所述的整流二極管Dl的正極與變壓器T的次級(jí)線圈的一端連接，整流二極管Dl的負(fù)極與 繼電器KA的常開(kāi)觸點(diǎn)的一端相連，該常開(kāi)觸點(diǎn)的另一端與待充電的蓄電池的正極相連；電 解電容Cl的正極與整流二極管Dl的負(fù)極連接，電解電容Cl的負(fù)極接地；分壓電阻R2、R3 串聯(lián)后一端與整流二極管Dl的負(fù)極連接，另一端接地；采樣電阻Rl的一端與變壓器T的次 級(jí)線圈的另一端連接，采樣電阻Rl的另一端和蓄電池的負(fù)極接地。圖4中的接頭X3、X4分 別接蓄電池的正、負(fù)極。由于檢測(cè)蓄電池內(nèi)阻的前提是在固定電壓下檢測(cè)充電電流大小，而開(kāi)關(guān)電源式的 充電裝置輸出的充電電流、電壓是由單片機(jī)產(chǎn)生的PWM脈沖來(lái)控制的，脈沖開(kāi)啟和關(guān)閉變 壓器T的初級(jí)上的電源，形成初級(jí)勵(lì)磁再耦合到次級(jí)，然后經(jīng)整流形成充電電壓和充電電 流。由于PWM脈沖經(jīng)過(guò)了放大、變壓、整流等環(huán)節(jié)，即使被充電的蓄電池的內(nèi)阻相同，空載 時(shí)，同樣占空比的PWM脈沖，不一定能產(chǎn)生同樣的充電電壓和充電電流。因此，為了較準(zhǔn)確地檢測(cè)蓄電池的實(shí)時(shí)內(nèi)阻Rt，采用的優(yōu)選方案如下
首先在空載不充電的情況下(即采用繼電器KA先斷開(kāi)蓄電池和充電裝置)，使用單片機(jī)產(chǎn)生脈寬由零逐漸增加的PWM脈沖信號(hào)，以探測(cè)在該脈沖下充電裝置輸出的充電電壓的 高低，若該充電電壓到達(dá)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)電壓(該電壓比待充電蓄電池的電壓高1-2V)，則停止 PWM脈沖寬度的變化，然后再控制繼電器KA接通蓄電池，并在該P(yáng)WM脈沖寬度下充電；此 時(shí)，根據(jù)充電電流，即可得出蓄電池的實(shí)時(shí)內(nèi)阻Rt。然后根據(jù)Rt與&的大小關(guān)系，采用相應(yīng) 的充電程序。探測(cè)所述標(biāo)準(zhǔn)電壓的方法是采用繼電器KA先斷開(kāi)蓄電池和充電裝置，充電裝置 的空載輸出電壓經(jīng)過(guò)分壓電阻R2、R3分壓后作為比較器IC5的負(fù)輸入，固定標(biāo)準(zhǔn)電壓由 2. 5V精密基準(zhǔn)電壓源IC6 (型號(hào)為MC1403)作為比較器IC5的正輸入，逐漸增加PWM寬度， 使比較器IC5的負(fù)端電壓逐漸升高，直到比較器IC5的負(fù)輸入電壓超過(guò)固定標(biāo)準(zhǔn)電壓后，比 較器IC5有輸出，使得單片機(jī)ICl的INTO (PL 3)中斷口產(chǎn)生中斷后停止PWM寬度的變化， IC7與IC4是同相緩沖放大器，IC7將單片機(jī)ICl的P0. 2 口輸出的高低電平放大后驅(qū)動(dòng)繼 電器KA的線圈，以控制繼電器KA的通斷，從而控制本充電裝置連接或斷開(kāi)蓄電池。該方法 為初始充電電壓的標(biāo)定。得到標(biāo)準(zhǔn)電壓后，通過(guò)所述P0. 2 口接通繼電器KA并檢測(cè)出該標(biāo) 準(zhǔn)電壓下電流的大小即可得出蓄電池的內(nèi)阻，再根據(jù)內(nèi)阻大小，采用實(shí)施例1中相應(yīng)的充 電程序。首先由交流市電通過(guò)整流和濾波提供恒穩(wěn)直流電壓進(jìn)行電路供電；PWM脈沖產(chǎn)生 及定時(shí)控制電路則控制初始充電電流大小、時(shí)間長(zhǎng)短和正常充電電流的大小；充電及溫度、 電流、電壓取樣回路用來(lái)產(chǎn)生充電電流、采樣初始充電期環(huán)境溫度、采樣充電電流大小和充 電期間當(dāng)前電壓高低；脈沖功率放大及變壓電路，將單片機(jī)并行口輸出的PWM脈沖放大后 推動(dòng)大功率VMOS管工作，開(kāi)關(guān)高頻變壓器將整流后高壓變壓為充電所需電壓和電流。單片機(jī)ICl的并行口 P0. 1發(fā)出PWM脈沖，脈沖頻率約為20KHz。PWM脈沖提供開(kāi) 關(guān)電源脈沖變壓器T所需的激勵(lì)脈沖頻率，使充電器產(chǎn)生充電所需脈沖峰值電流，在每個(gè) PWM脈沖頻率不變的情況下，脈沖寬度窄、脈間寬度寬則產(chǎn)生充電電流小，否則充電電流大。 脈寬脈間長(zhǎng)度大小，由P0. 1 口的PWM發(fā)生器軟件賦值改變，但脈沖頻率不變，即改變PWM脈 沖脈寬和脈間大小就可以控制充電電流的大小。定時(shí)則由軟件循環(huán)或單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器完 成。單片機(jī)產(chǎn)生20KHz脈沖，經(jīng)過(guò)電阻R9隔離和IC4的同相緩沖放大后，經(jīng)電阻RlO限流 后直接驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管VMOS進(jìn)行開(kāi)關(guān)通斷，從而將經(jīng)過(guò)交流220V整流得到的直流高壓變換為 開(kāi)關(guān)電源所需的脈沖電壓，開(kāi)關(guān)電源脈沖變壓器T的次級(jí)得到經(jīng)過(guò)變壓過(guò)的較低的脈沖電 壓，經(jīng)整流二極管Dl整流及電解電容Cl濾波后，提供蓄電池充電所需電壓。充電電流大小由采樣電阻Rl —端(即圖4中的接點(diǎn)Q)的電壓，作為直流運(yùn)放器 IC3的正端輸入，經(jīng)直流運(yùn)放器IC3的放大后被單片機(jī)ICl的A/D1端采集。充電期間電壓 采樣是將充電電壓經(jīng)過(guò)分壓電阻R2、R3分壓后由單片機(jī)ICl的A/D0端采集，以得到充電電 壓值，并根據(jù)此充電電壓值及時(shí)轉(zhuǎn)為恒壓充電和浮充充電，到達(dá)設(shè)定電壓值后，停止整個(gè)充 電過(guò)程。單片機(jī)ICl還可使用內(nèi)部具有FLASH程序存儲(chǔ)器和4路A/D轉(zhuǎn)換器和4路PWM脈 沖發(fā)生器的P87LPC768芯片，運(yùn)放器IC3可使用LM358集成電路，緩沖器IC4、IC7使用4050 集成電路，穩(wěn)壓器IC2使用7805集成電路。上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方 式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而這些屬于本發(fā)明的精 神所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種閥控式鉛酸蓄電池的自適應(yīng)充電方法，其特征在于包括如下步驟在充電初期采用恒流充電方式對(duì)蓄電池充電，恒流充電一段時(shí)間后，開(kāi)始采集蓄電池 電壓的上升速度；若采集得的蓄電池電壓上升速率超過(guò)了所述一段時(shí)間內(nèi)的蓄電池電壓上升的平均速 率的50%，且測(cè)得當(dāng)前蓄電池電壓鄰近該蓄電池的理論析氧氣電壓，則將當(dāng)前的充電電流降 至恒流充電電流的70-90% ；當(dāng)測(cè)得蓄電池電壓達(dá)到額定飽和電壓時(shí)，對(duì)蓄電池進(jìn)行浮充充電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥控式鉛酸蓄電池的自適應(yīng)充電方法，其特征在于在以恒 流充電電流的70-90%進(jìn)行充電的過(guò)程中，若測(cè)得蓄電池電壓的上升速率超過(guò)0. 15V/5min, 則將當(dāng)前的充電電流降低10%;若測(cè)得蓄電池電壓上升速率仍超過(guò)0. 15V/5min，則再次將 當(dāng)前的充電電流降低10%，如此反復(fù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥控式鉛酸蓄電池的自適應(yīng)充電方法，其特征在于在恒流充電前，若蓄電池中的電解液在溫度為25°C時(shí)蓄電池的內(nèi)阻為Rt，當(dāng)測(cè)得蓄電 池的實(shí)時(shí)內(nèi)阻Rt ^ Rt時(shí)，對(duì)該蓄電池進(jìn)行恒流充電；在恒流充電前，當(dāng)測(cè)得I t>RT時(shí)，先以小于0. IC的充電電流對(duì)該蓄電池充電一個(gè)或多個(gè) 時(shí)段；其中，在以小于0. IC的充電電流對(duì)該蓄電池充電多個(gè)時(shí)段時(shí)，各時(shí)段的充電電流先 后依次增大；直至艮^ Rt時(shí)，進(jìn)行恒流充電。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的閥控式鉛酸蓄電池的自適應(yīng)充電方法，其特征在于在以小 于0. IC的充電電流對(duì)該蓄電池充電多個(gè)時(shí)段時(shí)，各時(shí)段的長(zhǎng)度一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的閥控式鉛酸蓄電池的自適應(yīng)充電方法，其特征在于在同一 時(shí)段內(nèi)的充電電流的大小不變。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的閥控式鉛酸蓄電池的自適應(yīng)充電方法，其特征在于當(dāng)測(cè)得 所述Rt大于所述電解液的溫度低于10°C時(shí)的內(nèi)阻時(shí)，以小于0. IC的充電電流對(duì)該蓄電池 充電多個(gè)時(shí)段，且各時(shí)段的充電電流先后依次增大。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的閥控式鉛酸蓄電池的自適應(yīng)充電方法，其特征在于若在浮 充充電過(guò)程中，測(cè)得所述電解液的溫度升高時(shí)，立即停止浮充充電。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適于避免在充電過(guò)程中出現(xiàn)大量失水的閥控式鉛酸蓄電池的自適應(yīng)充電方法，其包括在充電初期采用恒流充電方式對(duì)蓄電池充電，恒流充電一段時(shí)間后，開(kāi)始采集蓄電池電壓的上升速度；若采集得的蓄電池電壓上升速率超過(guò)了所述一段時(shí)間內(nèi)的蓄電池電壓上升的平均速率的50%，且測(cè)得當(dāng)前蓄電池電壓鄰近該蓄電池的理論析氧氣電壓，則將當(dāng)前的充電電流降至恒流充電電流的70-90%；當(dāng)測(cè)得蓄電池電壓達(dá)到額定飽和電壓時(shí)，對(duì)蓄電池進(jìn)行浮充充電。
文檔編號(hào)H01M10/44GK102136614SQ20111004091
公開(kāi)日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2011年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月18日
發(fā)明者楊龍興 申請(qǐng)人:江蘇技術(shù)師范學(xué)院