鉛酸(suan)蓄電(dian)(dian)(dian)池(chi)由(you)于其成本低、容量大(da)、安全可靠等特點，在通信、電(dian)(dian)(dian)動(dong)汽車(che)、軍事(shi)、航(hang)空航(hang)天等各個領域都(dou)有廣泛的(de)(de)應用(yong)。電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)性能好壞、使(shi)(shi)(shi)用(yong)壽命的(de)(de)長短直接影響到電(dian)(dian)(dian)子產品的(de)(de)使(shi)(shi)(shi)用(yong)壽命和使(shi)(shi)(shi)用(yong)安全；而充(chong)電(dian)(dian)(dian)器(qi)的(de)(de)好壞又直接影響到電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)使(shi)(shi)(shi)用(yong)壽命。因此研究低成本又有智(zhi)能管理功能的(de)(de)充(chong)電(dian)(dian)(dian)器(qi)是有實際應用(yong)價值的(de)(de)課題。

　　1 目前(qian)智能充電器的幾種(zhong)結構［1］

　　1.1 基(ji)于專用芯片的管理系(xi)統

　　現在，UNITRODE 公司已開發(fa)出系列電(dian)池(chi)管(guan)(guan)理專用(yong)(yong)(yong)芯(xin)片(pian)。因(yin)為電(dian)池(chi)管(guan)(guan)理中采用(yong)(yong)(yong)最多的(de)就(jiu)是控制充電(dian)電(dian)壓(ya)及充放電(dian)電(dian)流，電(dian)池(chi)管(guan)(guan)理芯(xin)片(pian)正(zheng)是抓住了這(zhe)一點，為VRLA 電(dian)池(chi)研制了具有四狀態(tai)管(guan)(guan)理的(de)專用(yong)(yong)(yong)控制芯(xin)片(pian)，可以智能地實現帶溫度補償的(de)四狀態(tai)管(guan)(guan)理方(fang)案：涓(juan)流充電(dian)模(mo)式、大功率充電(dian)模(mo)式、過充電(dian)模(mo)式和浮充電(dian)模(mo)式。不同的(de)電(dian)池(chi)要(yao)有不同的(de)芯(xin)片(pian)控制，因(yin)此，用(yong)(yong)(yong)專用(yong)(yong)(yong)芯(xin)片(pian)做管(guan)(guan)理系統(tong)其靈活性較差，

　　1.2 基(ji)于監控測(ce)量的蓄電(dian)池(chi)管理系統

　　在給電(dian)(dian)(dian)池充電(dian)(dian)(dian)的過程中(zhong)，涉及到電(dian)(dian)(dian)池工作電(dian)(dian)(dian)壓、工作電(dian)(dian)(dian)流、溫度等參(can)(can)數，這些(xie)都是表征(zheng)電(dian)(dian)(dian)池狀態的重要參(can)(can)數。采用(yong)傳感器提取(qu)這些(xie)參(can)(can)數，然后再配合故障診斷、遙控遙測、自動報警和事故現場處理等功能，就(jiu)可(ke)以組成一個(ge)電(dian)(dian)(dian)池管(guan)理系統。如圖(tu)1所示(shi)。

　　1.3 與電源設備一起構成的蓄電池充放(fang)電管理(li)系統(tong)

　　在通訊、供電系統中，為了保證電網掉電時蓄電池組能及時補充電能，在規定時間內向負載供電，保證通信或電力合閘系統的正常運轉，通常是將電池組直接掛接在電源模塊輸出端。當電網正常工作時，電池組工作在浮充狀態，起到平滑濾波和保持容量（補充自放電的容量損失）的作用。一旦電網掉電，蓄電池組立即投入工作，當電網恢復，電源模塊立即對電池進行充電。如圖2 所示。

　　這(zhe)樣(yang)的(de)(de)一個(ge)系(xi)(xi)統由于(yu)和(he)(he)電源模(mo)塊聯系(xi)(xi)起來(lai)，所以，可以從充(chong)(chong)放(fang)電過程上來(lai)優(you)化(hua)(hua)電池(chi)工(gong)作狀(zhuang)態，電池(chi)充(chong)(chong)電成為可控(kong)的(de)(de)過程，建立(li)在這(zhe)樣(yang)一個(ge)系(xi)(xi)統上的(de)(de)監控(kong)單(dan)元應該具有(you)第一種監控(kong)系(xi)(xi)統中(zhong)所有(you)功能，并且(qie)(qie)可以和(he)(he)電源模(mo)塊直接“對話(hua)”，根據要求對電池(chi)進行管理，并且(qie)(qie)可以實時監控(kong)電池(chi)的(de)(de)放(fang)電狀(zhuang)態，對電池(chi)的(de)(de)工(gong)作進行優(you)化(hua)(hua)［2］。因此，電池(chi)組的(de)(de)工(gong)作會更加(jia)可靠，可控(kong)性和(he)(he)智能化(hua)(hua)程度(du)也會更高。但是這(zhe)樣(yang)一個(ge)系(xi)(xi)統存(cun)在的(de)(de)主要問題(ti)是：

　　（1）沒有解決電池組串聯運行過程中不均衡 現象的(de)問題，這也是電池失效的(de)重要原因之一；

　　（2）一(yi)般只完(wan)成了(le)電池生產廠家提(ti)供(gong)的(de)(de)(de)充(chong)電曲線，對于(yu)電池在使用過程中發生的(de)(de)(de)其它問題控制不夠全面(mian)，例如(ru)深度(du)放電后(hou)的(de)(de)(de)涓充(chong)問題等(deng)。

　　在(zai)將來(lai)，充電器的(de)發展方(fang)向是(shi)智能化(hua)、數字化(hua)、集成(cheng)化(hua)。智能化(hua)可以(yi)使電池的(de)管(guan)理做到全自動，無(wu)需人員監(jian)管(guan)，真正(zheng)做到免(mian)維護。數字化(hua)和集成(cheng)化(hua)可以(yi)減少管(guan)理系統的(de)體積和重量(liang)，減少系統的(de)復雜度。

　　2 目前幾種充(chong)電方式［3］

　　鉛(qian)酸蓄電池的充(chong)(chong)電方(fang)法目前主要有恒(heng)流(liu)、恒(heng)壓(ya)、恒(heng)壓(ya)限(xian)流(liu)、脈沖充(chong)(chong)電、Reflex充(chong)(chong)電法。

　　2.1 恒流充電(dian)

　　恒流充(chong)電(dian)(dian)(dian)方(fang)式(shi)是一種簡(jian)單的充(chong)電(dian)(dian)(dian)方(fang)法。但是，恒流充(chong)電(dian)(dian)(dian)有其局限性(xing)：對(dui)電(dian)(dian)(dian)池過充(chong)電(dian)(dian)(dian)就會(hui)造成(cheng)電(dian)(dian)(dian)池壽(shou)命(ming)的縮短，而過小電(dian)(dian)(dian)流又(you)會(hui)延長充(chong)電(dian)(dian)(dian)時間(jian)。

　　2.2 恒壓充電

　　恒壓(ya)(ya)充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)用(yong)(yong)簡單的(de)控制方法(fa)很(hen)容易(yi)就能實現。在(zai)充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)初始階段，由(you)于電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)很(hen)低而造(zao)成充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)流很(hen)大，這對電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)會造(zao)成損(sun)害。當(dang)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)達到一定值之(zhi)后，電(dian)(dian)(dian)(dian)流就會隨之(zhi)減小。這種充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)方法(fa)的(de)缺點就是會造(zao)成溫度上(shang)升和(he)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)壽命(ming)減少(shao)，并(bing)且在(zai)開始時電(dian)(dian)(dian)(dian)流很(hen)大，而后來快充(chong)(chong)滿(man)時電(dian)(dian)(dian)(dian)流又很(hen)小，就無法(fa)充(chong)(chong)分利(li)用(yong)(yong)充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)器的(de)容量。

　　2.3 恒(heng)壓限流法

　　恒(heng)(heng)(heng)(heng)壓(ya)(ya)限流(liu)法實際(ji)上是將恒(heng)(heng)(heng)(heng)壓(ya)(ya)充(chong)(chong)電(dian)和恒(heng)(heng)(heng)(heng)流(liu)充(chong)(chong)電(dian)相結(jie)合(he)，又(you)可(ke)稱為混合(he)充(chong)(chong)電(dian)法。在充(chong)(chong)電(dian)開始階段，由于電(dian)池(chi)(chi)電(dian)壓(ya)(ya)過(guo)(guo)低，為避免電(dian)流(liu)過(guo)(guo)大而損(sun)壞電(dian)池(chi)(chi)，就采用恒(heng)(heng)(heng)(heng)流(liu)充(chong)(chong)電(dian)法來限制充(chong)(chong)電(dian)電(dian)流(liu)。但電(dian)壓(ya)(ya)達(da)到預定值時，進入恒(heng)(heng)(heng)(heng)壓(ya)(ya)充(chong)(chong)電(dian)方(fang)式。恒(heng)(heng)(heng)(heng)壓(ya)(ya)限流(liu)方(fang)式是大多(duo)數電(dian)池(chi)(chi)廠商推薦的(de)充(chong)(chong)電(dian)方(fang)式。由于蓄電(dian)池(chi)(chi)充(chong)(chong)電(dian)電(dian)壓(ya)(ya)較低，充(chong)(chong)電(dian)后期(qi)電(dian)流(liu)很小(xiao)，因此電(dian)解液中產(chan)生的(de)氣(qi)泡(pao)很少(shao)，可(ke)以(yi)節(jie)省電(dian)能、降(jiang)低蓄電(dian)池(chi)(chi)的(de)溫(wen)升(sheng)，避免損(sun)壞電(dian)池(chi)(chi)的(de)極板(ban)。恒(heng)(heng)(heng)(heng)壓(ya)(ya)限流(liu)方(fang)式是一種很有效的(de)充(chong)(chong)電(dian)方(fang)式，加上過(guo)(guo)充(chong)(chong)判斷、浮充(chong)(chong)控制、溫(wen)度(du)補償等就可(ke)以(yi)形成一個簡單(dan)的(de)充(chong)(chong)電(dian)管理系統，蓄電(dian)池(chi)(chi)可(ke)以(yi)在這個系統下(xia)更好(hao)地工作。

　　2.4 脈沖(chong)充(chong)電［4］

　　在(zai)充(chong)電(dian)(dian)過(guo)程中，只(zhi)要充(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流不超過(guo)蓄電(dian)(dian)池(chi)可接受的(de)電(dian)(dian)流，蓄電(dian)(dian)池(chi)內部就不會產(chan)生大量的(de)氣泡(pao)。蓄電(dian)(dian)池(chi)中產(chan)生的(de)極化(hua)現象會阻礙充(chong)電(dian)(dian)，并且使出氣率(lv)和溫(wen)升顯(xian)著升高。因(yin)此，極化(hua)電(dian)(dian)壓是(shi)影(ying)響充(chong)電(dian)(dian)速(su)度的(de)重要因(yin)素。用(yong)周(zhou)(zhou)期性(xing)的(de)脈動(dong)電(dian)(dian)流給電(dian)(dian)池(chi)充(chong)電(dian)(dian)可以使電(dian)(dian)池(chi)有(you)時間恢復其原來狀態(tai)，減小(xiao)極化(hua)現象的(de)影(ying)響，解決快(kuai)速(su)充(chong)電(dian)(dian)面臨的(de)難題(ti)(ti)。但是(shi)目前這種(zhong)充(chong)電(dian)(dian)方式還(huan)在(zai)研究(jiu)階(jie)段，對于采(cai)用(yong)多大的(de)脈沖周(zhou)(zhou)期，占空比又是(shi)多少(shao)之類(lei)的(de)具體問(wen)題(ti)(ti)還(huan)沒有(you)一個定論。

　　2.5 ReflexTM充(chong)電方式

　　Reflex 充電方法是脈沖電流法的改進：一個周期是由一個正脈沖后加一個負脈沖，然后才是空閑時段。這樣就強制消除電池的極化現象，使得電池充電時可以更快而又不損害電池的使用壽命。這種充電方式與脈沖充電方式一樣，仍然處于研究階段。
.　3 數字式智能充(chong)電(dian)器的設計

　　3.1 系統(tong)結構和充電(dian)方案的設計

　　本文(wen)中(zhong)設(she)計的系統是一個針對12 V/（200～500Ah）的鉛酸蓄電池(chi)智能(neng)充電系統。采用半橋(qiao)作為主功率拓(tuo)撲，開關(guan)頻率取80kHz左右(you)。

　　對(dui)于(yu)一個智能(neng)管理系(xi)統，控(kong)(kong)制模塊無異(yi)于(yu)它(ta)的(de)大(da)腦。充(chong)電器的(de)所有(you)動作都(dou)是由它(ta)來決定(ding)和控(kong)(kong)制的(de)，所以控(kong)(kong)制模塊的(de)選擇關系(xi)到整個系(xi)統的(de)優劣。由于(yu)系(xi)統需要多個A/D 轉換器，但不(bu)需要擴展存(cun)儲器也不(bu)需要通訊(xun)，根(gen)據以上特點我們(men)選擇了(le)MICROCHIP 公司的(de)PIC 系(xi)列PIC16C73 單片(pian)機。

　　圖3 所示為智能充電器的(de)(de)系(xi)統框圖。單片機(ji)是智能充電(dian)(dian)(dian)器(qi)的(de)(de)核心部(bu)件，它(ta)根據電(dian)(dian)(dian)流、電(dian)(dian)(dian)壓采(cai)樣以(yi)(yi)及溫度采(cai)樣做出(chu)溫度補償后的(de)(de)PWM波形輸出(chu)，經過(guo)驅(qu)動電(dian)(dian)(dian)路提(ti)供給功率電(dian)(dian)(dian)路，并且(qie)決定了(le)智能充電(dian)(dian)(dian)器(qi)的(de)(de)工作(zuo)狀(zhuang)態，可以(yi)(yi)在必(bi)要的(de)(de)情(qing)況(kuang)下(xia)做出(chu)保護(hu)(hu)動作(zuo)。意外(wai)故障(zhang)保護(hu)(hu)電(dian)(dian)(dian)路可以(yi)(yi)在單片機(ji)失效(xiao)的(de)(de)情(qing)況(kuang)下(xia)對電(dian)(dian)(dian)路進行強制(zhi)保護(hu)(hu)，起到雙重保險的(de)(de)作(zuo)用。報警顯示部(bu)分用若干個(ge)LED表示系(xi)統的(de)(de)運行狀(zhuang)態，簡(jian)單有效(xiao)。

　　充(chong)電(dian)(dian)方(fang)式采(cai)用恒(heng)壓(ya)(ya)限流(liu)法。恒(heng)壓(ya)(ya)限流(liu)充(chong)電(dian)(dian)模(mo)式分(fen)兩個階(jie)段，第一階(jie)段是恒(heng)流(liu)階(jie)段，即系統(tong)給(gei)定(ding)(ding)電(dian)(dian)流(liu)值，給(gei)電(dian)(dian)池以恒(heng)定(ding)(ding)電(dian)(dian)流(liu)充(chong)電(dian)(dian)，當電(dian)(dian)池的電(dian)(dian)壓(ya)(ya)達到(dao)系統(tong)給(gei)定(ding)(ding)的轉化值，就轉為第二階(jie)段―――恒(heng)壓(ya)(ya)階(jie)段。恒(heng)壓(ya)(ya)轉化值會影響充(chong)入(ru)電(dian)(dian)量的多少(shao)。

　　由圖(tu)4 可知，當恒壓轉(zhuan)化(hua)值（Vref）設置的較(jiao)低時(shi)，充(chong)(chong)(chong)入的電(dian)(dian)量(liang)(liang)不足（圖(tu)中陰影部分(fen)就(jiu)是少充(chong)(chong)(chong)入的容(rong)量(liang)(liang)），沒有充(chong)(chong)(chong)分(fen)利用電(dian)(dian)池(chi)的容(rong)量(liang)(liang)，長期(qi)工(gong)作，會(hui)(hui)引起電(dian)(dian)池(chi)容(rong)量(liang)(liang)丟失，這就(jiu)要求把恒壓轉(zhuan)化(hua)值設高(gao)。但是恒壓值較(jiao)高(gao)，容(rong)易在充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)末期(qi)引起過充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)，這同樣會(hui)(hui)導致電(dian)(dian)池(chi)容(rong)量(liang)(liang)丟失。

　　為了解決這個矛(mao)盾，系統引進了第三(san)個階(jie)段(duan)―――浮充(chong)階(jie)段(duan)，這樣就可以(yi)把恒壓(ya)轉化值設(she)置的比普(pu)通(tong)恒壓(ya)限流模(mo)式高，這樣可以(yi)保證(zheng)充(chong)入足夠的電量，在充(chong)電末(mo)期轉入浮充(chong)階(jie)段(duan)，用稍低(di)的電壓(ya)浮充(chong)充(chong)電，從而保證(zheng)不(bu)會過(guo)充(chong)電。

　　三(san)階段(duan)充(chong)電方(fang)法保(bao)證了充(chong)電末期不(bu)過充(chong)，同時又(you)能(neng)達到滿充(chong)的目(mu)的，是(shi)一種成本較低的通用蓄(xu)電池充(chong)電解決方(fang)案。

　　3.2 軟件系統的設計

　　圖(tu)5 為(wei)系統軟件的程序(xu)流程圖(tu)。根據電(dian)池的端電(dian)壓決定(ding)充電(dian)器工(gong)作在何種充電(dian)狀(zhuang)態。

　　我(wo)們做的(de)(de)是全數字化的(de)(de)改(gai)良(liang)型PI 調(diao)節環，由于PI 調(diao)節的(de)(de)積分環在(zai)前期對(dui)誤(wu)差(cha)進(jin)行積累(lei)，為了不(bu)讓積累(lei)的(de)(de)誤(wu)差(cha)影響系統的(de)(de)穩定性(xing)，所(suo)以我(wo)們在(zai)誤(wu)差(cha)等(deng)于0 時，對(dui)原(yuan)有積累(lei)的(de)(de)誤(wu)差(cha)清零。當誤(wu)差(cha)等(deng)于±1 時，只進(jin)行積分運算，減慢調(diao)整速度，避(bi)免產生振蕩。

　　鉛酸蓄電(dian)池(chi)的充電(dian)電(dian)壓需要(yao)根(gen)據(ju)環境溫度進行調整，以－4 mV/℃的補償系數來調整。因此(ci)我(wo)們加入了溫度補償的功(gong)能。

　　4 實驗結果

　　圖6 為(wei)用電子負載模擬電池(chi)三階段充(chong)(chong)電過程的(de)波形(xing)圖。從(cong)圖6 中(zhong)我們可以(yi)看(kan)出(chu)智(zhi)能充(chong)(chong)電系統能夠方便(bian)地實現各個充(chong)(chong)電狀態的(de)轉換。

　　5 結語

　　用PIC 單片機(ji)可(ke)以(yi)實(shi)(shi)現全數字化的(de)(de)電(dian)池充(chong)電(dian)管(guan)理，結構(gou)簡單，成本較低，并且具(ju)有很高的(de)(de)靈活性，通過改變(bian)軟件內設(she)置的(de)(de)恒流參(can)考(kao)值(zhi)和(he)恒壓參(can)考(kao)值(zhi)就可(ke)以(yi)改變(bian)系統的(de)(de)恒流電(dian)流和(he)恒壓電(dian)壓值(zhi)，使得系統在不改變(bian)系統硬件設(she)計的(de)(de)情(qing)況下(xia)實(shi)(shi)現給多種不同容量的(de)(de)鉛酸蓄電(dian)池充(chong)電(dian)。另外可(ke)以(yi)實(shi)(shi)現有效(xiao)的(de)(de)電(dian)池充(chong)電(dian)管(guan)理和(he)保護功(gong)能(neng)，達到智能(neng)化控制。