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一､密封鉛酸蓄電池的充電特性 電池充電通常要完成兩個(gè)任務(wù),首先是盡可能快地使電池恢復(fù)額定容量,另一是使用小電流充電,補(bǔ)充電池因自放電而損失的能量,以維持電池的額定容量｡在充電過(guò)程中,鉛酸電池負(fù)極板上的硫酸鉛逐漸析出鉛,正極板上的硫酸鉛逐漸生成二氧化鉛｡當(dāng)正負(fù)極板上的硫酸鉛完全生成鉛和二氧化鉛后,電池開(kāi)始發(fā)生過(guò)充電反應(yīng),產(chǎn)生氫氣和氧氣｡這樣,在非密封電池中,電解液中的水將逐漸減少｡在密封鉛酸蓄電池中,采用中等充電速率時(shí),氫氣和氧氣能夠重新化合為水｡過(guò)充電開(kāi)始的時(shí)間與充電的速率有關(guān)｡當(dāng)充電速率大于C/5時(shí),電池容量恢復(fù)到額定容量的80%以前,即開(kāi)始發(fā)生過(guò)充電反應(yīng)｡只有充電速率小于C/100,才能使電池在容量恢復(fù)到100%后,出現(xiàn)過(guò)充電反應(yīng)｡為了使電池容量恢復(fù)到100%,必須允許一定的過(guò)充電反應(yīng)｡過(guò)充電反應(yīng)發(fā)生后,單格電池的電壓迅速上升,達(dá)到一定數(shù)值后,上升速率減小,然后電池電壓開(kāi)始緩慢下降｡由此可知,電池充足電后,維持電容容量的最佳方法就是在電池組兩端加入恒定的電壓｡浮充電壓下,充入的電流應(yīng)能補(bǔ)充電池因自放電而失去的能量｡浮充電壓不能過(guò)高,以免因嚴(yán)重的過(guò)充電而縮短電池壽命｡采用適當(dāng)?shù)母〕潆妷?密封鉛酸蓄電池的壽命可達(dá)10年以上｡實(shí)踐證明,實(shí)際的浮充電壓與規(guī)定的浮充電壓相差5%時(shí),免維護(hù)蓄電池的壽命將縮短一半｡鉛酸電池的電壓具有負(fù)溫度系數(shù),其單格值為-4mV/℃｡在環(huán)境溫度為25℃時(shí)工作很理想的普通(無(wú)溫度補(bǔ)償)充電器,當(dāng)環(huán)境溫度降到0℃時(shí),電池就不能充足電,當(dāng)環(huán)境溫度上升到50℃時(shí),電池將因嚴(yán)重的過(guò)充電而縮短壽命｡因此,為了保證在很寬的溫度范圍內(nèi),都能使電池剛好充足電,充電器的各種轉(zhuǎn)換電壓必須隨電池電壓的溫度系數(shù)而變｡ 常見(jiàn)的幾種充電模式為: 1. 限流恒壓充電模式,其充電曲線和轉(zhuǎn)換電壓如圖1所示｡ 2. 兩階段恒流充電模式,其充電曲線和轉(zhuǎn)換電壓如圖2所示｡ 3. 恒流脈沖充電模式,其充電曲線和轉(zhuǎn)換電壓如圖3所示｡ 此三種充電模式均為業(yè)界推薦采用,其各階段充電電流間的轉(zhuǎn)換,都分別受有溫度補(bǔ)償?shù)霓D(zhuǎn)換電壓Vmin(快充最低允許電壓)､Vbik(快充終止電壓)和Vflt(浮充電壓)控制｡國(guó)外已開(kāi)發(fā)出多款具有上述功能的專(zhuān)用充電集成電路,如UC3906,bq2031等｡ 二､DB3616C電動(dòng)自行車(chē)充電器的制作實(shí)例 目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的電動(dòng)自行車(chē)大多采用36V或24V密封鉛酸蓄電池組,為了降低成本,與其相配套的充電器大多采用簡(jiǎn)化的恒流恒壓模式,充電曲線見(jiàn)圖4｡此方案與圖1相比,由于省卻了補(bǔ)足充電階段(即Vlk高電壓恒壓過(guò)充電階段),故電池的容量只能恢復(fù)到額定容量的80%~90%,同時(shí),其充電轉(zhuǎn)換電壓也沒(méi)有溫度補(bǔ)償｡在冬夏兩季易出現(xiàn)充電不足或過(guò)充電現(xiàn)象｡再者,由于串聯(lián)電池組中各個(gè)電池的自放電率亦不盡相同,如果采用恒定的浮充電壓,那么將影響單體電池的充電狀態(tài)｡ 本充電機(jī)實(shí)例采用圖3充電模式,原理圖見(jiàn)圖5｡本機(jī)選用AC/DC諧振式高效變換器組件DBX6001,作為前級(jí)隔離降壓｡此組件效率高達(dá)92%以上｡組件輸出的60V直流電,由c､d端進(jìn)入后級(jí)充電電路｡后級(jí)功率元件采用低導(dǎo)通壓降器件,考慮到便攜性,本機(jī)采用小型化設(shè)計(jì),內(nèi)置自動(dòng)小型風(fēng)扇,整機(jī)體積為75mm×130mm×50mm｡IC和Q1､L､D1等組成快速恒流充電系統(tǒng)｡IC采用SG3842,R1､DZ1､C3､C4為IC的供電電路,R4､C6決定IC的振蕩頻率,C5､R3為補(bǔ)償元件｡剛開(kāi)始充電時(shí),電池電壓較低,PC不導(dǎo)通(原理后述)｡IC①腳被R3､R4拉到地電位,⑥腳輸出約100kHz脈沖,通過(guò)R8加到Q1柵極,控制Q1通斷｡Q1導(dǎo)通期間,DBX6001③腳輸出的充電電流,經(jīng)儲(chǔ)能電感L､外接電池E､Q1､R6到④腳｡在給電池充電的同時(shí),電感L也存儲(chǔ)著能量,充電電流呈線性增大,并在R6上產(chǎn)生檢測(cè)壓降,經(jīng)R5､C7傳遞到IC③腳｡當(dāng)③腳上的電壓達(dá)到1.1V時(shí),⑥腳關(guān)閉脈沖,Q1截止｡此時(shí)電感L中的磁場(chǎng)能釋放,所產(chǎn)生的電流繼續(xù)向電池供電｡D1為L(zhǎng)提供續(xù)流通道｡平均充電電流的大小由R6決定｡電池充滿(mǎn)后,PC導(dǎo)通,⑧腳輸出的5V電壓經(jīng)PC加到R2上,①腳的電位高于2.5V時(shí),⑥腳關(guān)閉輸出,充電器停止充電｡ DBM36為36V鉛酸電池組專(zhuān)用充電檢測(cè)與控制模塊,內(nèi)部有兩種充電模式｡ DBM36的工作原理是: 當(dāng)電池電壓接入DBM36②端時(shí),工作于恒流脈沖充電模式,即②腳電位小于45V時(shí),④腳輸出高電位,光耦PC不導(dǎo)通,IC組成的充電電路開(kāi)始工作,同時(shí)Q2導(dǎo)通,風(fēng)扇FS得電工作｡當(dāng)電池電壓逐漸升高,②腳電位達(dá)到45V時(shí),觸發(fā)器a翻轉(zhuǎn),④腳輸出低電平,光耦PC初級(jí)流過(guò)電流,次級(jí)導(dǎo)通,IC①腳高于2.5V,⑥腳停止輸出脈沖,Q2截止,充電器停止充電｡同時(shí)風(fēng)扇停轉(zhuǎn)｡隨后電池電壓逐漸下降,當(dāng)電壓下降到41.5V時(shí),觸發(fā)器a復(fù)位,④腳輸出高電平,光耦PC截止,解除對(duì)IC的封鎖,充電器重新輸出電流｡周而復(fù)始,充電的時(shí)間越來(lái)越短,電池電壓由45V下降到41.5V的自放電時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng),電量逐步恢復(fù)到100%｡此種狀態(tài)由充電指示燈LED充電時(shí)滅､停充時(shí)亮表現(xiàn)出來(lái),而風(fēng)扇的工作狀態(tài)剛好與LED相反:充電時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng),停充時(shí)停轉(zhuǎn)｡R9､C10､DZ2組成DBM36的供電電路｡ 當(dāng)電池電壓接入③端時(shí),DBM36工作于恒流恒壓充電模式,開(kāi)始時(shí),充電器輸出1.6A恒流連續(xù)對(duì)電池充電,當(dāng)電池電壓上升到45V時(shí),DBM36③腳檢測(cè)基準(zhǔn)電壓由45V自動(dòng)切換到41.5V并保持不變,通過(guò)光耦PC的反饋,充電器則由恒流充電轉(zhuǎn)換為恒壓浮充充電狀態(tài)｡應(yīng)當(dāng)注意,如充電電流過(guò)大,使電池的溫度顯著增加,那么自放電電流可能會(huì)超過(guò)充電電流,溫度的繼續(xù)升高,使Vblk不斷下降,將出現(xiàn)嚴(yán)重的過(guò)充電反應(yīng),影響電池的壽命｡ 另外,當(dāng)工作于恒流恒壓充電方式時(shí),充電器應(yīng)先接入電池,然后再接入220V市電｡否則,充電器輸出的45V電壓會(huì)使DBM36誤判,而直接切換到41.5恒壓浮充狀態(tài),造成電池充電不足｡用于對(duì)24V蓄電池組的充電測(cè)控,需用DBM24模塊｡ |
