1、 1 本科毕业设计 (论文 )文献综述 电气工程及自动化 充电器的应用与发展 摘要： 目前为止充电器 由于其优良的特性已逐步用于 各种 行业，其发展势头可谓迅猛。充电器也随着电池行业的发展而逐步完善。本文主要介绍电池充电器的现状、发展方向以及安全充电控制。 关键词： 充电器；现状；发展；充电控制 1 充电器的发展 充电器的发展经历了三个阶段 : （ 1）限流限压式充电器 1 最原始 的就是限压式充电，然后过渡到限流限压式充电，它使用的方式就是浅充浅放，其寿命表述就是时间，没有次数，比如 10 年。这种充电模式的效果较差。 1 （ 2）恒流 /限压式充电器 这是充 电器发展的第二阶段，这种模式的
2、充电器占据了充电器市场近半个世纪。首先，以恒电流充电至预定的电压值，然后，改为恒电压完成剩余的充电。一般两阶段之间的转换电压就是第二阶段的恒电压。 2这种充电器充电电流总是低于电池的可接受能力，造成充电效率低，大大降低了电池的寿命。 （ 3）自适应智能充电器 随着 大规模集成 IC 的出现，充电设备进入了一个全新的自适应、智能阶段，即称为第三代充电器。自适应充电器遵循各类电池的充、放电规律进行充、放电。并且具有温度补偿功能。充电系统由具有特殊功能的单片机 控制，不断检测系统参数，按模糊推理算法不断调整充电参数，同一充电器可适应不同种类电池的充电，充电器自适应调整自己的输出电流，无需人工选择，避
3、免操作失误。 3 2 充电方法的研究 理论和实践证明，蓄电池的充放电是一个复杂的电化学过程。一般地说 ,充电电流在充电过程中随时间呈指数规律下降 ,不可能自动按恒流或恒压充电。充电过程中影响充电的因素很多 ,诸如电解液的浓度、极板活性物的浓度、环境温度等的不同 ,都会使充电产生很大的2 差异。随着放电状态、使用和保存期的不同 ,即使是相同型号、相同容量的同类蓄电池的充电也大不一样。 上世纪 60 年代中期，美国科学家马斯对开口蓄电池的充电过程作了大量的试验研究，并提出了以最低出气率为前提的，蓄电池可接受的充电曲线，如图 3-1 所示。实验表明，如果充电电流按这条曲线变化，就可以大大缩短充电时间
4、，并且对电池的容量和寿命也没有影响。原则上把这条曲线称为最佳充电曲线，从而奠定了快速充电方法的研究方 法。 如图 充电电流随时间的变化图 由图 1 可以看出：初始充电电流很大，但是衰减很快。主要原因是充电过程中产生了极化现象。在密封式蓄电池充电过程中，内部产生氧气和氢气，当氧气不能被及时吸收时，便堆积在正 极板（正极板产生氧气），使电池内部压力加大， 电池温度上升，同时缩小了正极板的面积，表现为内阻上升，出现所谓的极化现象。蓄电池是可逆的。 4其放电及充电的化学反应式如下： PbO2 Pb 2H2SO42P bSO4 2H2O 很显然，充电过程和放电过程互为逆反应 4。可逆过程就是热力学的平衡
5、过程，为保障电池能够始终维持在平衡状态之下充电，必须尽量使通过电池的电流小一些。理想条件是外加电压等于电池本身的电动势。 4但是，实践表明，蓄电池充电时，外加电压必须增大到一定数值 才行 ,而这个数值又因为电极材料，溶液浓度等各种因素的差别而在不同程度上超过了蓄电池的平衡电动势值。在化学应中，这种电动势超过热力学平衡值的现象，就是极化现象。 常规充电制度是依据 1940 年前国际公认的经验法则设计的。其中最著名的就是 “ 安培小时规则 ” ：充电电流安培数，不应超过蓄电池待充电的安培时数。 5实际上，常规充电的速度被蓄电池在充电过程中的温升和气体的产生所限制。这个现象对蓄电池充电所必须的最短时
6、间具有重要意义。一般来说，常规充电有以下 3 种。 3 2 1 恒流充电法 恒流充电法 5是用调整充电装置输出电压 或改变与蓄电池串联电阻的方法，保持充电电流强度不变的充电方法，如图 2 所示。控制方法简单，但由于电池的可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降的，到充电后期，充电电流多于电解水，产生气体，使出气过甚，因此，常选用阶段充电法 5。 图 2 充电电压随时间的变化图 2.1 阶段充电法 此方法包括二阶段充电法和三阶段充电法。 二阶段法采用恒电流和恒电压相结合的快速充电方法，如图 3 所示。首先，以恒电流充电至预定的电压值，然后，改为恒电压完成剩余的充电。一般两 阶段之间的转换电压
7、就是第二阶段的恒电压。 6 图 3 电流电压随时间的变化图 三阶段充电法在充电开始和结束时采用恒电流充电，中间用恒电压充电。当电流衰减到预定值时，由第二阶段转换到第三阶段。这种方法可以将出气量减到最少，但作为一种快速充电方法使用，受到一定的限制。 6 4 2.2 恒压充电法 充电电源的电压在全部充电时间里保持恒定的数值，随着蓄电池端电压的逐渐升高，电流逐渐减少。与恒流充电法相比，其充电过程更接近于最佳充电曲线。用恒定电压快速充电，如图 3-4 所示。由于充电初期蓄电池电动势较低充电电流 很大，随着充电的进行，电流将逐渐减少，因此，只需简易的控制系统。 7 这种充电方法电解水很少，避免了蓄电池过
8、充。但在充电初期电流过大，对蓄电池寿命造成很大影响，且容易使蓄电池极板弯曲，造成电池报废。鉴于这种缺点，恒压充电很少使用，只有在充电电源电压低而电流大时采用。例如，汽车运行过程中，蓄电池就是以恒压充电法充电的。 参考文献 1 孙逢春，张承宁等 .电动汽车 .M.北京 :北京理工大学出版社， 1999.1 2 朱松然 .铅酸蓄电池技术 .M.北京 .机械工业出版社， 2004.2 3 周玲 .基于单片机控制的智能充电器设计 D.广西大学 ,2006. 4 AjmalGodil.能够选择快充 或慢充的充电器 J.电子设计技术， 2001,6,20(20):12-15. 5 胡燕燕 ,杨代华 . 基
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