快速脉冲充电技术的研究

快速脉冲充电技术的研究概述目前个护电动充电式产品得到了越来越广泛的用个护占居市场的电动剃须刀用的可充电电池多数采用镍氢镍镉电池,其充电方式采用直流恒压或恒流充电,这两种充电方式实际中存在很大缺陷恒压充电不合理是因为可充电电池内阻很小,恒压充电初始电流很大,因而降压,到了充电后期则因电压过低导致充电不足,长期欠充会使充电电池内部严重不能完全有效化学反应;恒流充电之所以不合理是因为充电电池充电曲线呈指数变化,如图1所示,恒流电流在充电初期小于充电电池可接受最大电流,延长了充电周期,后期则超过充电电池可接受电流的能力,电能不能有效转化为化学能,多变为热能消耗掉了解决方法之一就是根据理想充电曲线,动态跟踪参变量,实时调节充电电流智能电动产品充电电池具有放电电流大放电时间短以及放电深度深等特点,对于电动智能产品还有启动较频繁等特点,因此采用智能快速脉冲式充电技术,将避免上述缺点,使充电过程更合理化。一般在正常充电时,以或小时充电率电进行充电所需时间多为多个小时,快速充电的特点是采用1C(A) (C为充电电池额定容量数值)以上的大电流,在短时间内把电池充满,而在此过程中,充电电池既不产生大量气体,又不使充电电池温度过高,解决的办法就是采用脉冲式充电,用反向电流短时间放电的方法消除极化,这样就可以保证充电电池不大量产生气体又不发热,从而大大缩短充电时间。快速充电的基本原理找出充电电池能够接受的最大充电电流和可以接受的充电电流曲线,如图1所示,方程式：i=I0e-t 方程式中i任意时刻t时充电电池可接受的充电电流I0最大初始可接受充电电流a衰减率常数,也称充电接受比图1图1所示是一条自然充电接受特性曲线,超过这一充电接受曲线的任何充电电流,不仅不能提高充电效率,而且会增加析气,小于此接受曲线的充电电流,便是充电电池具有的储存充电电流。在实验的基础上验证出,充电电池在采用任何放电电流后,图中C:蓄电池容量图2电过程中的安时转换率可近似用式表示:η=(Ue-U-U0)/UeCI0% 式中η转换率Ue充电终止电压U当前电压,包括极化电压p和电动势E两部分CI电流换算系数,0小时充电率时取1，因此充电电池动态容量可以由式算出:0C=0+tit 0式中0为初始荷电容量电压与环境温度关系于剃须刀密封防水运行情况复杂,温度变化较大,充电电池电压与环境温度又有着密切的关系,因而在设计充电器时要充分考虑温度因素由充电电池的电压与温度关系得知,温度每升高1℃,单电池的电压将下降约3V因此,为保证在很宽的温度范围内都能使充电电池刚好充足电,充电控制电路的各种转换电压必须随充电电池电压的温度系数而变。硬件电路系统硬件原理图如图3所示:图3电路控制部分采用MCU控制,可以方便的实现算法;对于脉冲电路的实现,应用MCU的M输出功能模块,驱动充电控制模块电路,可以方便的实现脉冲占空比的调节;充电控制模块电路简单可靠,能够实时对电池进行均衡充电或浮充电采样电路中采用高精度的基准电压模块,将采集到的数据通过MCU转换为所需信号,选通开关根据需要选择不同的参数;显示部分为液晶或LED,将充电状态实时显示或保留。软件设计软件流程图如图4所示:图4(1)命令状态部分为A/D自动采集及轻触式操作,包括充电模式命令参数设置及输出命令等。(2)数据采集处理部分完成对各参数模拟量的采集处理。(3)算法处理部分对采集的模拟量转化为数字量后再进行控制算法处理。(4)状态分析调节部分根据安时累计电池电压及其变化率和温度等一系列计算结果判断电池状态,作出相应调节。(5)驱动输出部分通过MCU/O口驱动外部电路,输出相应充电电流。(6)温度测量和控制部分完成温度测控。(7)显示部分通过/O口通信驱动液晶显示及各种LED指示,完成对各状态及参数的显示指示等操作。结论过对比实验得出:充电电池充电采用脉冲分段恒流充电方式比较合理对分段恒流充电参数的研究表明:首段充电电流取5