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一种可行的脉冲快速充电技术方案

来源:《UPS应用》 作者:朱光辉 侯振义 更新时间:2010-8-21 11:47:56

摘要:本文阐述了铅酸蓄电池快速充电原理,针对充电过程中出现的种种问题,采用了分级定电流的脉冲快速充电方案,提出了可控的双向buck/boost硬件充电电路和控制软件的设计方案,该充电方案对提高蓄电池的充电速度,减少充电损耗,延长蓄电池的使用寿命具有重要意义。

  目前,作为我国电动车的动力源和能量存储装置,铅酸蓄电池由于其技术成熟、成本低、容量大、内阻小、跟随负荷输出特性好、无记忆效应等优点而被大多数电动车所使用。但是,人们在过于专注研究开发高性能的铅酸蓄电池的同时,却忽视了一个直接影响蓄电池性能,并且与蓄电池紧密相关的重要因素,即蓄电池充电,特别是充电方式这一重要环节。研究发现:蓄电池充电过程对蓄电池寿命影响最大,放电过程的影响较少。也就是说,绝大多数的蓄电池不是用坏的,而是"充坏"的。由此可见,采用正确的充电方式对蓄电池的使用寿命具有举足轻重的作用。
  
  自1859年普莱特(Plante)第一次发明铅酸蓄电池以来,至今已有100多年的历史。由于各种技术条件的限制,当前所采用的许多充电技术,包括恒流技术、恒压技术,以及三段式充电技术等,均末能遵从电池内部的物理化学规律,使整个充电过程存在着严重的过充电和析气等现象,致使充电时间较长,充电效率低下。就通常蓄电池采用三段式充电方法而言,在电池充电技术还没有取得显著突破的情况下,这种充电方法完成一次初充电约需要10——15小时左右的时间,这与要达到的技术指标相差甚远。因此,效率更高并且能有效延长电池使用寿命的脉冲去极化充电方式的到了广泛的研究。
  
  1基础理论

  
  1.1铅酸蓄电池充电接受率特性及充电时间
  
  美国科学家马斯对蓄电池充电过程中的出气问题做了大量的实验研究工作,提出了以最低出气率为前提的蓄电池可接受的充电电流曲线,如图1所示。

  
  图1铅酸蓄电池可接受的充电电流曲线图

  这是一条自然接受特性曲线,常规充电时超过这一接受曲线的任何充电电流,不仅丝毫不能提高充电速度,而且会导致充电电流电解水,产生气体,增大压力和温升。小于这一接受特性曲线的充电电流,均为充电接受电流。 
  
  式中Io为t=0时最大初始电流;
  
  I为任意时刻蓄电池可接受的充电电流;
  
  a为电流衰减常数即充电接受率(与结构和使用状况有关);
  
  t为时间。
  
  如果遵循蓄电池充电接受特性进行充电,充电接受率a保持常数,在某一时刻,已充电的容量Qs为 
  
  充电结束后,即t→∞时,全部充电容量为Q,也就是蓄电池放出的容量 
  
  因此,充电接受率a是最大起始接受电流Io与尚需充进容量的比值。对于任何一定的待冲进容量Q,充电接受率a愈高,最大起始接受电流Io愈大,充电速度就愈快。由此可以看出,充电接受率的物理意义为单位待充入容量的最大接受电流。
  
  如果充电是安充电接受曲线进行的,充电接受率a保持常数,在充电过程中的任一时刻,充电接受率a为充电电流I和需要充入容量Qr之比
   
  

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