電脈沖法在電池激活中的探討

劉知云

（蘇州旅游與財(cái)經(jīng)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 蘇州 215000）

鉛酸蓄電池最早是在1859年由普蘭特發(fā)明的，從此鉛酸蓄電池作為最主要的穩(wěn)定電源和直流電源，使用廣泛。它們的身影，活躍在電信、電力、金融、汽車、鐵路、廣播電視、太陽能、風(fēng)能、國防等各行各業(yè)。鉛酸蓄電池的主要成分是鉛和硫酸，它們都是污染土壤和水，進(jìn)而損壞人體健康的罪魁禍?zhǔn)住＠玳L期放置不用或經(jīng)常充電不足、過度放電等，負(fù)極上就會(huì)逐漸形成一種粗大堅(jiān)硬的硫酸鉛結(jié)晶，這種硫酸鉛結(jié)晶在常規(guī)的充電方式下很難分解，我們稱這種現(xiàn)象為“不可逆硫酸鹽化”，它引起蓄電池的內(nèi)阻增大、容量下降。它的形成主要是硫酸鉛的重結(jié)晶，導(dǎo)致粗大結(jié)晶形成后溶解度減少，這樣電池就很容易報(bào)廢。

現(xiàn)行小型密封蓄電池容量衰退的主要問題是“失水”和“硫酸鹽化”，這兩種情況都與充電器有直接的關(guān)系，過充電則易導(dǎo)致“失水”，欠充電則易形成“硫酸鹽化”，如何確定一種合理的充電方式，同時(shí)又能較好地控制充電器成本，不使已經(jīng)“過高”的電動(dòng)車價(jià)格雪上加霜，各主要電動(dòng)車企業(yè)都十分關(guān)心這個(gè)問題。相比而言較為理想的是“先恒流，后恒壓，再浮充”，這種多階段充電方式，“失水”較少，而且也不易出現(xiàn)“欠充”或“假充電”情況，其主要缺點(diǎn)是充電時(shí)間偏長，充電器制作成本稍高，但我們認(rèn)為在現(xiàn)階段采用這種充電器是比較現(xiàn)實(shí)的。如何對(duì)這些充電困難、容量降低不可使用的蓄電池修復(fù)再利用，正是本課題要及解決的問題。

1 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以P89LPC938單片機(jī)為控制核心，結(jié)合相應(yīng)的功能電路，共同實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)所需要完成的功能。使用芯片的A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)充電器進(jìn)行恒流、正脈沖充電，負(fù)脈沖放電，停10ms檢測完成對(duì)模擬量的采集，送單片機(jī)處理并送顯示。使用P89LPC938單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生脈寬調(diào)制的PWM（Pulse Width Modulator）輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)充電器充電過程的模擬，完成對(duì)恒壓階段參數(shù)的檢測。整體電路的原理框圖，如圖1（一片P89LPC938芯片可以同時(shí)控制兩回路，文中均標(biāo)出其中的一回路）所示。

圖1 整體電路原理框圖

圖1電路中,單片機(jī)的PWM輸出，經(jīng)過保護(hù)電路和光電隔離電路后，驅(qū)動(dòng)充、放電路。充放電過程中的電流，經(jīng)單片機(jī)采樣、換算，作為控制參數(shù)并送顯示，單片機(jī)可根據(jù)采樣參數(shù)做出相應(yīng)控制。鍵盤是人機(jī)交互的接口，用于電路功能的選擇，設(shè)置充放電的電流。

2 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)

（1）充放電電路。充放電電路是整個(gè)電路的核心部件，主要由如下幾個(gè)部分組成：橋式整流濾波電路、充電功率驅(qū)動(dòng)電路、放電電路、光電隔離電路、保護(hù)電路、PWM輸出接口電路。充放電電路框圖，如圖2所示。

圖2 充放電框圖

其主要實(shí)現(xiàn)功能：①帶負(fù)脈沖充電階段，通過P87LPC768單片機(jī)的PWM控制，實(shí)現(xiàn)充電四階段：充電500ms，停1ms，負(fù)脈沖3ms，檢測10ms。其中充電500ms過程要實(shí)現(xiàn)恒流充電，并在其間采樣充電電流，10ms檢測過程中，測電池電壓。②均衡放電階段，也通過PWM的控制，實(shí)現(xiàn)放電斜率的自整定可調(diào)。③保護(hù)電路，其作用是通過硬件來保護(hù)功率管，使充電和放電不能同時(shí)進(jìn)行，否則充電和放電功率管不經(jīng)過蓄電池直通，整個(gè)電路將因過流而損壞。

（2）數(shù)碼管顯示電路。為了顯示充放電時(shí)間和充電電流、放電斜率，我們用到了P89LPC938的串行通信口。在顯示電路中利用74LS164八位移位寄存器鎖存需要送出的編碼,74LS164是一種串行數(shù)據(jù)輸入,并行數(shù)據(jù)輸出的常用做串并數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。CHF4021-4是0.4寸4位動(dòng)態(tài)顯示共陰極的數(shù)碼管，CHF4021-2是0.4寸2位動(dòng)態(tài)顯示共陰極的數(shù)碼管。采用串行接口電路來作為顯示電路，占用口線資源少，編程簡單，而且其硬件電路的實(shí)現(xiàn)也不復(fù)雜，用P87LPC768的RxD,TxD選擇段碼，因?yàn)閱纹瑱C(jī)I/O口線有限，可用P1口的三根口線經(jīng)74LS138三八譯碼器得到六位片選信號(hào)，只要使用五個(gè)口線實(shí)現(xiàn)了，而普通接法則需要多達(dá)14根I/O口線。

（3）鍵盤接口設(shè)計(jì)。由于P89LPC938單片機(jī)接口有限，而系統(tǒng)卻要實(shí)現(xiàn)多種功能，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)采用了復(fù)合鍵功能，即本系統(tǒng)中的功能鍵是多種功能的。這樣可以簡化硬件電路，減少系統(tǒng)硬件資源的使用。

本系統(tǒng)中設(shè)立4個(gè)按鍵，分別是功能鍵、按下自動(dòng)加1鍵、按下自動(dòng)減一鍵、功能鍵。功能鍵是多功能鍵，依照按下的次數(shù)執(zhí)行相應(yīng)的功能。當(dāng)功能鍵第一次被按下，為充電狀態(tài)，按確認(rèn)鍵可進(jìn)人充電狀態(tài)，數(shù)碼管顯示充電電流和充電時(shí)間。在充電狀態(tài)下，按下自動(dòng)加1鍵，可設(shè)置充電電流大小。再按下功能鍵為放電狀態(tài)，按確認(rèn)鍵，可進(jìn)入放電狀態(tài)，數(shù)碼管顯示放電電流和放電時(shí)間。在放電狀態(tài)下，按下自動(dòng)加一鍵，可設(shè)置放電電流大小。第三次按下功能鍵，為清零狀態(tài)，按下確認(rèn)鍵，可清除數(shù)碼管上充放電時(shí)間。

3 結(jié)語

蓄電池充電過程的機(jī)理極其復(fù)雜，本系統(tǒng)是在對(duì)其理論研究的基礎(chǔ)上在此基礎(chǔ)上提出的一種新的組合充電法（正脈沖恒流充電、負(fù)脈沖去極化、PWM均衡放電）。該方法最大限度的把電池的容量釋放出來。經(jīng)過均衡放電，調(diào)整極板上Pb、PbO2及PbSO4的顆粒大小和松散性，提升電池的容量。本系統(tǒng)的實(shí)際修復(fù)效果，還有待于大量實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，還有待進(jìn)一步的完善和發(fā)展。