快速脈沖充電技術的研究

快速脈沖充電技術的研究概述目前個護電動充電式產品得到了越來越廣泛的用個護占居市場的電動剃須刀用的可充電電池多數采用鎳氫鎳鎘電池,其充電方式采用直流恒壓或恒流充電,這兩種充電方式實際中存在很大缺陷恒壓充電不合理是因為可充電電池內阻很小,恒壓充電初始電流很大,因而降壓,到了充電后期則因電壓過低導致充電不足,長期欠充會使充電電池內部嚴重不能完全有效化學反應;恒流充電之所以不合理是因為充電電池充電曲線呈指數變化,如圖1所示,恒流電流在充電初期小于充電電池可接受最大電流,延長了充電周期,后期則超過充電電池可接受電流的能力,電能不能有效轉化為化學能,多變?yōu)闊崮芟牡袅私鉀Q方法之一就是根據理想充電曲線,動態(tài)跟蹤參變量,實時調節(jié)充電電流智能電動產品充電電池具有放電電流大放電時間短以及放電深度深等特點,對于電動智能產品還有啟動較頻繁等特點,因此采用智能快速脈沖式充電技術,將避免上述缺點,使充電過程更合理化。一般在正常充電時,以或小時充電率電進行充電所需時間多為多個小時,快速充電的特點是采用1C(A) (C為充電電池額定容量數值)以上的大電流,在短時間內把電池充滿,而在此過程中,充電電池既不產生大量氣體,又不使充電電池溫度過高,解決的辦法就是采用脈沖式充電,用反向電流短時間放電的方法消除極化,這樣就可以保證充電電池不大量產生氣體又不發(fā)熱,從而大大縮短充電時間?？焖俪潆姷幕驹碚页龀潆婋姵啬軌蚪邮艿淖畲蟪潆婋娏骱涂梢越邮艿某潆婋娏髑€,如圖1所示,方程式：i=I0e-t 方程式中i任意時刻t時充電電池可接受的充電電流I0最大初始可接受充電電流a衰減率常數,也稱充電接受比圖1圖1所示是一條自然充電接受特性曲線,超過這一充電接受曲線的任何充電電流,不僅不能提高充電效率,而且會增加析氣,小于此接受曲線的充電電流,便是充電電池具有的儲存充電電流。在實驗的基礎上驗證出,充電電池在采用任何放電電流后,圖中C:蓄電池容量圖2電過程中的安時轉換率可近似用式表示:η=(Ue-U-U0)/UeCI0% 式中η轉換率Ue充電終止電壓U當前電壓,包括極化電壓p和電動勢E兩部分CI電流換算系數,0小時充電率時取1，因此充電電池動態(tài)容量可以由式算出:0C=0+tit 0式中0為初始荷電容量電壓與環(huán)境溫度關系于剃須刀密封防水運行情況復雜,溫度變化較大,充電電池電壓與環(huán)境溫度又有著密切的關系,因而在設計充電器時要充分考慮溫度因素由充電電池的電壓與溫度關系得知,溫度每升高1℃,單電池的電壓將下降約3V因此,為保證在很寬的溫度范圍內都能使充電電池剛好充足電,充電控制電路的各種轉換電壓必須隨充電電池電壓的溫度系數而變。硬件電路系統硬件原理圖如圖3所示:圖3電路控制部分采用MCU控制,可以方便的實現算法;對于脈沖電路的實現,應用MCU的M輸出功能模塊,驅動充電控制模塊電路,可以方便的實現脈沖占空比的調節(jié);充電控制模塊電路簡單可靠,能夠實時對電池進行均衡充電或浮充電采樣電路中采用高精度的基準電壓模塊,將采集到的數據通過MCU轉換為所需信號,選通開關根據需要選擇不同的參數;顯示部分為液晶或LED,將充電狀態(tài)實時顯示或保留。軟件設計軟件流程圖如圖4所示:圖4(1)命令狀態(tài)部分為A/D自動采集及輕觸式操作,包括充電模式命令參數設置及輸出命令等。(2)數據采集處理部分完成對各參數模擬量的采集處理。(3)算法處理部分對采集的模擬量轉化為數字量后再進行控制算法處理。(4)狀態(tài)分析調節(jié)部分根據安時累計電池電壓及其變化率和溫度等一系列計算結果判斷電池狀態(tài),作出相應調節(jié)。(5)驅動輸出部分通過MCU/O口驅動外部電路,輸出相應充電電流。(6)溫度測量和控制部分完成溫度測控。(7)顯示部分通過/O口通信驅動液晶顯示及各種LED指示,完成對各狀態(tài)及參數的顯示指示等操作。結論過對比實驗得出:充電電池充電采用脈沖分段恒流充電方式比較合理對分段恒流充電參數的研究表明:首段充電電流取5