一种铅酸蓄电池智能充电方法的探究

电动汽车电动汽车铅酸蓄电池智能快速充电方法的研究杜飞龙(航空航天大学,北京,100083【摘要】根据铅酸蓄电池快速充电理论,设计出采用单片机控制的蓄电池快速充电器。

它能定时检测蓄电池端电压、温度和充电电流,计算出蓄电池当前所处的状态和输出蓄电池所能接受的最大电流。

能满足不同型号和不同状态蓄电池对快速充电参数的要求。

关键词:单片机控制;蓄电池;快速充电;电动汽车中图分类号:U469.72文献标识码:A 文章编号:1671-8410(200404-0034-031引言汽车工业的发展对石油资源需求的急剧增加和对环境严重的负面影响日益引起人们的关注。

世界各国的政府、学术界和工业界正在加大对电动汽车开发投入的力度,以加速电动汽车的商品化步伐。

电动汽车的成败关键在蓄电池系统,这固然与蓄电池本身的技术发展有关。

然而,作为其能量再次补充的充电器也是一个至关重要的设备。

它必须具有充电时间短、对蓄电池使用寿命影响小以及充满判断准确 [1]的特点。

因此,研制性能优良、运行可靠的电动汽车蓄电池快速充电系统是十分必要的。

在尽可能不影响蓄电池使用寿命的前提下,希望能采用最大的充电电流,在短时间内将电池容量基本充足。

而且在这个过程中,电池既不产生大量气体,又不使电池内部温度过高。

2快速充电理论及方法在蓄电池充电过程中,电荷堆积于电池电极上而产生反向电压,实际上表现为电池内阻的增加,从而影响了充电速度与质量 [2]。

消除它的有效方法是采用负脉冲方法,在电池两端瞬间放电去除电极上堆积的电荷,从而改变蓄电池固有的指数曲线形式 [3]的充电接受特性,提高电池的受电能力。

其脉冲充电特性如图 1所示。

由于充放电电流 Ic、 If,充放电脉宽 T c 、Tf和间隙期 Tj等充电参数对蓄电池充电时间和质量有重要影响,因此如何确定这些参数成为研制快速充电器成败的关键。

Study on Intelligent Charging Method of Lead-Acid Battery for Electric VehicleAbstract: Based o n t he f ast c harging t heory o f l ead-acid b attery, a f ast c harger, c ontrolled b y a s inglechip, i s d esigned f or l ead-acid b attery in this paper.It can detect the temperature, voltage and current of the battery in a fixed interval.According to these values,it can get the current state o f t he b attery a nd output a ppropriate c harging c urrent i n r eal t ime. I n a ddition, i t c an s atisfy t he r equirements o f d ifferent t ype a nd d ifferent state o f b atteries.Key words:singlechip c ontrol ; battery ; fast c harging ; electric v ehicle收稿日期 :2004-04-05作者简介:杜飞龙(1973- ,男,硕士生, 现在北京航空航天大学汽车工程系从事电动汽车的研究工作。

用于铅酸蓄电池的一种智能充电方法Ξ杨镇宇1,刘力华2,庞国栋1(1.内蒙古送变电有限责任公司,内蒙古呼和浩特　010020;2.内蒙古工业大学理学院,内蒙古呼和浩特　010051) 摘　要:通过分析铅酸蓄电池充电原理和特性,探讨了铅酸蓄电池的一种充电方法,并且构建出实现这种充电方法的硬件模式,对铅酸蓄电池的种种阐述对电网中500Kv 、220Kv 等变电站中用到的铅酸蓄电池及其控制器的选型有一定的参考价值。

关键词:铅酸蓄电池;智能充电;特性曲线引言铅酸蓄电池作为一种储能设备应用领域非常广泛,是一些太阳能,风力发电系统以及风光互补发电系统中的核心部分〔1〕。

蓄电池优良的特性和较长的使用寿命在一定程度上取决于正确蓄电池的对充电方法,相反错误的充电方法将使蓄电池寿命大大缩短,性能变差。

本文着眼于对铅酸蓄电池智能充电原理和方法的探讨,找出了一种较好的蓄电池充电方法,以期望实现对蓄电池可靠高效的使用,进而实现对能源尤其是新型能源的有效利用。

1　铅酸蓄电池的充电原理铅酸蓄电池是一种利用化学反应,把化学能转变为低压直流电的电化学电源设备。

它具有能释放能量又有能储存能量,它能把其他能量转换为电能储存起来〔2〕。

图1　铅酸蓄电池工作原理铅酸蓄电池充电后,正极板二氧化铅(PbO 2),在硫酸溶液中水分子的作用下,少量二氧化铅与水生成可离解的不稳定物质——氢氧化铅(Pb (O H )4),氢氧根离子在溶液中,铅离子(Pb 4+)留在正极板上,故正极板上缺少电子。

铅酸蓄电池充电后,负极板是铅(Pb ),与电解液中的硫酸(H 2S O 4)发生反应,变成铅离子(Pb 2+),铅离子转移到电解液中,负极板上留下多余的两个电子(2e )。

可见,在未接通外电路时(电池开路),由于化学作用,正极板上缺少电子,负极板上多余电子,如图1所示,两极板间就产生了一定的电位差,这就是电池的电动势。

其原理可通过下面的反应方程式来表示:负极:Pb +H 2S O 4→PbS O 4+2H ++2e(1)正极:PbO 2+H 2S O 4+2H ++2e →PbS O 4+2H 2O(2)总反应:Pb +PbO 2+2H 2S O 4→2PbS O 4+2H 2O(3)此反应产生的电压:E =E 0+(2R T nF )×10L n (aH 2S O 4 aH 2O )=2.04+0.059×10L n (aH 2S O 4 aH 2O )(4)当aH 2S O 4 aH 2O =1时,此反应产生的电压E =E 0=2.04V ,这被称为标准状态下铅酸电池的标准电动势。

铅酸蓄电池快速充电控制策略研究随着电动汽车和混合动力车的普及，铅酸蓄电池作为一种传统的储能装置在交通工具和太阳能发电站等领域中仍然被广泛应用。

然而，铅酸蓄电池在充电过程中存在充电时间长、效率低、容量衰减快等问题，因此研究铅酸蓄电池快速充电控制策略具有重要意义。

首先，针对铅酸蓄电池的特性，可以采用恒流充电和恒压充电相结合的方式进行快速充电。

恒流充电可以使电池迅速达到额定电压，而恒压充电则可以保持电池电压稳定，避免过充。

控制策略中可以设置电流和电压的阈值，根据实时监测的电池状态进行调整，以实现快速充电。

其次，充电过程中需要注意电池温度的控制。

铅酸蓄电池在高温下容易发生气化和容量损失，而在低温下充电效率较低。

因此，可以通过监测电池温度，控制充电电流和电压的大小，以保持适宜的温度范围，提高充电效率和延长电池寿命。

此外，充电过程中可以采用多级充电的方式，即将充电过程分为几个阶段进行控制。

首先是恒流充电阶段，使电池迅速达到一定电压；然后是恒压充电阶段，保持电池电压稳定；最后是维持充电阶段，以补充电池内部的化学反应，提高电池容量和性能。

此外，充电过程中还可以应用电池平衡技术，即通过对电池串联组的电压进行监测和调整，保持各个单体电池之间的电压一致，避免因单体电池之间的不一致导致的容量损失和寿命缩短。

综上所述，铅酸蓄电池快速充电控制策略的研究对于提高充电效率和延长电池寿命具有重要意义。

通过恒流充电、恒压充电相结合的方式、电池温度控制、多级充电和电池平衡技术的应用，可以实现铅酸蓄电池的快速充电，提高其性能和可靠性。

未来，还可以进一步研究和优化控制策略，以满足不同应用场景对快速充电的需求，并推动铅酸蓄电池在新能源领域的发展和应用。

本文主要介绍了一种铅酸蓄电池智能充电系统的设计过程，包括对蓄电池充电方法的研究和充电系统的设计。

在通过对蓄电池充电原理和充电方法研究的基础上，提出采用恒压限流充电和脉冲充电相结合的充电方法。

这种充电方法可以始终地使充电电流在总体上逼近蓄电池的可接受充电电流曲线，并且在整个充电期间内适时地采取了去除蓄电池极化的措施。

理论研究和实验数据表明，这种充电模式可以大大缩短充电时间，提高充电效率。

在本充电系统的设计过程当中，采用了高频开关电源，主回路由三相整流电路、改进型全桥移相控制的零电压PWM变换电路和能量回馈电路组成，控制回路由SOC196KB单片机最小系统、模拟量检测电路、键盘和显示电路、执行电路组成。

功率开关管选用IGBT，驱动芯片选用EXB841，移相控制芯片选用UC3879。

通过采集蓄电池的端电压、充电电流等参数，送入80C196KB单片机进行分析和处理，得到相应的控制信号，控制主回路IGBT的通断，从而实现蓄电池的智能充电。

实验结果表明，基于80196KB单片机控制的智能充电系统，其效率高、调节时间快的良好充电特性可得到充分发挥，使得蓄电池具有较高的使用容量和较长的循环寿命，可满足电机车动力蓄电池的充电要求，具有良好的应用前景，为提高蓄电池的性能和可靠性提供一条新的、有效的途径。

关键词电机车;铅酸蓄电池;智能充电;80C196KB单片机AbstractThis paper mainly introduces a kind of lead-acid batteries intelligent charging system design process, including the battery charging method of research and charging system design. In the battery principle and charging methods on the basis of study, the paper proposes the constant pressure and pulse current limiting charging charging combination of charging methods. This kind of charging methods can always to recharge current in overall approximation battery acceptable charging electric current curve, and throughout the charging period timely adopted remove battery polarization measures. Theoretical and experimental data shows that this model can greatly shorten charging charging time and improve charging efficiency.In this charging system design process, adopts the high frequency switching power supply, the main circuit by three-phase rectifier circuit, improved the whole bridge phase shifting control ZVS PWM transform circuit and energy feedback circuit, control circuit 80C196KB composed by single chip minimize system, analogue detection circuit, keyboard and display circuit, executive circuit composed. The power switch tube choose IGBT, drive chip choose EXB841, phase shifting control chip choose UC3879. By collecting and analyzing the battery voltage, charging current parameters such as 80C196KB microcontroller, to analyze and processing, obtained the corresponding control signal, the control of main loop IGBT hige, thus realize battery intelligent charging. Experimental results show that the 80C196KB single-chip microcomputer control based on the intelligent charging system, its high efficiency, regulating time quick good charging characteristics can get fully, make battery has higher use capacity and long cycle life, can meet the electric locomotive motive battery charging request, has a good application prospect for improving battery performance and reliability provides a new and effective way.Keywords electric locomotive, Lead-acid batteries, Intelligent charging, 80C196KB single chip.connected microcontroller1.1课题背景目前，大多数电机车使用的电源都是铅酸蓄电池组。

铅酸蓄电池在摩托车智能充电控制系统中的应用摩托车作为一种重要的交通工具，广泛应用于各个领域。

为了保证摩托车在使用过程中的持续供电，铅酸蓄电池被广泛应用于摩托车智能充电控制系统中。

本文将详细介绍铅酸蓄电池在摩托车智能充电控制系统中的应用，包括其原理、优势和适用范围。

铅酸蓄电池是摩托车充电系统的核心部件之一。

它通过将化学能转化为电能，为摩托车提供动力。

铅酸蓄电池的充电控制系统能够监测电池的充电状态，并根据实际需求进行智能充电，从而保证电池的寿命和性能。

铅酸蓄电池智能充电控制系统的工作原理是通过管理充电电流和充电电压来控制铅酸蓄电池的充电过程。

系统中的充电电流通过充电电压进行调整，以确保合适的充电速度和电池寿命。

当充电电流低于一定值时，系统会自动切断充电电流，防止电池充电过度而导致过充。

该充电控制系统还具有多种保护机制，以确保系统的安全性。

包括过电流保护、过充保护、过压保护和过载保护等功能。

当检测到电池电流、电压或负载超过设定范围时，系统会自动切断充电电流或用电负载，避免发生安全事故。

铅酸蓄电池智能充电控制系统的优势在于其高效性和可靠性。

通过智能化管理充电过程，系统能够自动调整充电电流和电压，提高充电效率，延长电池寿命。

这种系统的应用还可以提高摩托车的整体性能和可靠性，减少故障的发生。

此外，铅酸蓄电池智能充电控制系统还可以根据不同的需求进行灵活配置。

可以根据摩托车的规格和使用环境，调整充电电流和电压的范围，以满足不同充电需求。

这种灵活性使得系统适用于各种不同的摩托车类型和使用场景。

摩托车智能充电控制系统的发展也与可再生能源的推广密不可分。

随着可再生能源的快速发展，越来越多的摩托车开始采用太阳能或风能作为能源供应来源。

铅酸蓄电池作为储能装置，可以将这些可再生能源储存起来，并在需要时供应给摩托车。

这种组合不仅可以降低能源消耗，还能减少环境污染。

总的来说，铅酸蓄电池在摩托车智能充电控制系统中的应用具有重要意义。