中心議題：

• 鉛酸蓄電池快速充電的機理
• 智能充電係統的構成
• 係統軟件設計
• 係統的工作與性能評估

解決方案：

• 電壓檢測電路
• 去極化放電電路
• 充電控製電路
• 充電控製電路

自1859年法國物理學家普蘭特（Plante）發明了鉛酸蓄電池至今已有140niandelishi。qiansuanxudianchiyouzhechengbendi，shiyongxingkuan，kenixinghao，dadianliufangdianxingnenglianghao，dantidianchidianyagao，bingkezhichengmifengmianweihujiegoudengyoudian
，erbeiguangfandiyingyongyucheliangqidong、郵電

、電力、鐵路、礦山
、采掘、計算機UPS等各個領域中。蓄電池也是國民經濟以及國防建設的重要能源，在許多行業的發展中，也迫切需要容量大、循環壽命長、充電時間短、價(jia)格(ge)低(di)的(de)蓄(xu)電(dian)池(chi)。而(er)快(kuai)速(su)充(chong)電(dian)技(ji)術(shu)也(ye)成(cheng)為(wei)了(le)其(qi)中(zhong)的(de)關(guan)鍵(jian)技(ji)術(shu)
，它(ta)對(dui)電(dian)池(chi)的(de)使(shi)用(yong)有(you)著(zhe)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)的(de)影(ying)響(xiang)。目(mu)前(qian)，國(guo)內(nei)外(wai)都(dou)在(zai)不(bu)斷(duan)地(di)研(yan)究(jiu)這(zhe)一(yi)技(ji)術(shu)，而(er)在(zai)快(kuai)速(su)充(chong)電(dian)技(ji)術(shu)中(zhong)引(yin)入(ru)計(ji)算(suan)機(ji)控(kong)製(zhi)，是(shi)非(fei)常(chang)有(you)效(xiao)的(de)，且(qie)有(you)著(zhe)非(fei)常(chang)明(ming)顯(xian)的(de)經(jing)濟(ji)效(xiao)益(yi)。而(er)單(dan)片(pian)機(ji)又(you)以(yi)其(qi)低(di)廉(lian)的(de)成(cheng)本(ben)
，靈(ling)活(huo)的(de)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi)而(er)得(de)到(dao)業(ye)界(jie)的(de)青(qing)睞(lai)，本(ben)係(xi)統(tong)就(jiu)是(shi)以(yi)AT89C2051單片機為核心，集測量與控製為一體的智能化快速充電係統。

快速充電的機理
　　
qiansuanxudianchikuaisuchongdianjishushizaichangguichongdianjishudejichushangfazhanqilaide，buluncaiyonghezhongchongdianzhidujinxingchongdian
，qiansuanxudianchichongdiandechengliuguochengdouyaozunshoushuangjiliusuanyanhualilun，jiqihuaxuefanyingfangchengshiwei：


按an常chang規gui充chong電dian法fa，充chong電dian電dian流liu安an培pei數shu，不bu應ying超chao過guo蓄xu電dian池chi待dai充chong電dian的de安an時shi數shu。這zhe樣yang，才cai可ke保bao證zheng在zai整zheng個ge充chong電dian過guo程cheng中zhong，產chan生sheng氣qi體ti和he溫wen升sheng的de狀zhuang況kuang符fu合he要yao求qiu。因yin此ci
，常chang規gui的de蓄xu電dian池chi其qi充chong電dian方fang法fa都dou采cai用yong小xiao電dian流liu的de恒heng壓ya或huo恒heng流liu充chong電dian，充chong電dian時shi間jian長chang達da10至20多個小時，給實際使用帶來許多的不便。為了縮短電池的充電時間
，國內外一直都在不斷地研究和開發快速充電方法和技術。
　　
1967年美國人麥斯（J.A.Mas）提出了蓄電池充電的三個定律後，這些理論就成為了我們研究快速充電技術的基礎。蓄電池有著如下的充電特性：
　　
（1）蓄電池充電接受能力隨放電深度而變化。如果以相同大小的電流放電
，則，放出電量越多，充電接受率α越高，充電接受電流越大。即有如下關係：


又因

故有

I0——開始充電時的最大初始電流值。
　　C——放電容量。
　　K——常數
，可由實驗求出。
　　
（2）對於任何給定的放電深度，充電接受率：


又因I0=αC
，所以

Id——放電電流。
常數K和k可由實驗得出。
　　
上(shang)式(shi)表(biao)明(ming)，蓄(xu)電(dian)池(chi)的(de)充(chong)電(dian)接(jie)受(shou)率(lv)取(qu)決(jue)於(yu)它(ta)的(de)放(fang)電(dian)曆(li)史(shi)，以(yi)小(xiao)電(dian)流(liu)長(chang)時(shi)間(jian)放(fang)電(dian)的(de)蓄(xu)電(dian)池(chi)，充(chong)電(dian)接(jie)受(shou)率(lv)低(di)，相(xiang)反(fan)
，以(yi)大(da)電(dian)流(liu)短(duan)時(shi)間(jian)放(fang)電(dian)的(de)蓄(xu)電(dian)池(chi)，充(chong)電(dian)接(jie)受(shou)率(lv)高(gao)。
　　
（3）一個蓄電池經幾種放電率放電
，其充電接受電流是各個放電率下接受電流之和。即：　It=I1+I2+I3+……
　　同時服從：


It——總接受電流。
　　Ct——放出的總電量。
　　αt——總的充電接受率。
　　
放電可使全部放掉的電量Ct增加，同時也使總的充電接受電流It增加。因此
，蓄電池在充電前或充電過程中適當地放電，將會增加充電接受率αt。
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anzhaomaisililun
，womenduichongdianguochengzhongdechongdiandianliujinxingshishikongzhi
，jiyongdadianliuchongdian，bingzaichongdianguochengzhong
，duanzanditingzhichongdian，zaitingchongqijianjiarufangdianmaichong，dapoxudianchichongdianzhishuquxianziranjieshoutexingdexianzhi。danshi，lilunheshijianzhengming，xudianchidechongfangdianshiyigefeichangfuzadedianhuaxueguocheng
，youkuaisuchongdiandedianhuajilikezhi，yingxiangkuaisuchongdiandezhongyaoyinsushixudianchidedianjijihuaxianxiang
，zheshiyiqieercidianchisuogongyoude，baokuoyououmujihua、濃(nong)差(cha)極(ji)化(hua)和(he)電(dian)化(hua)學(xue)極(ji)化(hua)。而(er)蓄(xu)電(dian)池(chi)的(de)電(dian)極(ji)極(ji)化(hua)現(xian)象(xiang)，又(you)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)在(zai)充(chong)電(dian)過(guo)程(cheng)中(zhong)適(shi)時(shi)加(jia)入(ru)放(fang)電(dian)脈(mai)衝(chong)來(lai)消(xiao)除(chu)。因(yin)此(ci)，要(yao)實(shi)現(xian)快(kuai)速(su)充(chong)電(dian)，就(jiu)需(xu)要(yao)多(duo)方(fang)麵(mian)的(de)控(kong)製(zhi)，其(qi)控(kong)製(zhi)特(te)點(dian)為(wei)：
　　
（1）多變量——諸如要控製蓄電池內的溫度、充電電流的大小、充電的間隔時間、去極化脈衝的設置等。
　　
（2）非線性——充電電流應隨充電的進行而逐漸降低
，否則，會造成出氣和溫升的增加。
　　
（3）離散性——隨著蓄電池的放電狀態、使用和保存曆史的不同，即使是相同型號、相同容量的同類蓄電池的充電情況也不一樣。
　　
對(dui)於(yu)如(ru)此(ci)複(fu)雜(za)的(de)充(chong)電(dian)過(guo)程(cheng)，使(shi)用(yong)傳(chuan)統(tong)的(de)充(chong)電(dian)電(dian)路(lu)顯(xian)然(ran)難(nan)以(yi)控(kong)製(zhi)，因(yin)此(ci)，也(ye)影(ying)響(xiang)了(le)快(kuai)速(su)充(chong)電(dian)的(de)效(xiao)果(guo)。為(wei)了(le)能(neng)更(geng)有(you)效(xiao)地(di)實(shi)現(xian)快(kuai)速(su)充(chong)電(dian)，必(bi)須(xu)使(shi)用(yong)先(xian)進(jin)的(de)控(kong)製(zhi)手(shou)段(duan)，我(wo)們(men)利(li)用(yong)單(dan)片(pian)機(ji)構(gou)造(zao)了(le)一(yi)個(ge)具(ju)有(you)自(zi)動(dong)檢(jian)測(ce)功(gong)能(neng)的(de)蓄(xu)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)實(shi)時(shi)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)。根(gen)據(ju)蓄(xu)電(dian)池(chi)快(kuai)速(su)充(chong)電(dian)的(de)機(ji)理(li)
，對(dui)充(chong)電(dian)的(de)電(dian)池(chi)進(jin)行(xing)實(shi)時(shi)的(de)動(dong)態(tai)檢(jian)測(ce)，適(shi)時(shi)發(fa)出(chu)去(qu)極(ji)化(hua)脈(mai)衝(chong)及(ji)調(tiao)整(zheng)充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)
，力(li)求(qiu)以(yi)較(jiao)高(gao)的(de)充(chong)電(dian)平(ping)均(jun)電(dian)流(liu)進(jin)行(xing)充(chong)電(dian)，而(er)且(qie)還(hai)能(neng)有(you)效(xiao)地(di)抑(yi)製(zhi)氣(qi)體(ti)的(de)析(xi)出(chu)。從(cong)而(er)達(da)到(dao)快(kuai)速(su)充(chong)電(dian)的(de)目(mu)的(de)。

智能充電係統的構成

本係統以AT89C2051單片機為核心
，它是高性能的8位CMOS單片微型計算機。片內帶有2K可重編程的FlashEPROM，足夠存放一般的控製程序
；具有豐富的I／O控製功能；片內帶有2個16位定時器／計數器；多個中斷源
；一個精密模擬比較器。它對許多嵌入式控製應用提供了一種高度靈活和低成本的解決辦法。
　　
根據係統功能的需要
，組成的硬件結構如圖1所示。該係統包括幾個主要部分：
　　
（1）以AT89C2051單片機作為整個智能充電係統的控製核心，用於數據的處理、計算及輸入輸出控製。
　　
（2）電壓檢測電路

由RC電路與AT89C2051單片機的內置積分模擬比較器組成
，用於電池電壓的實時檢測，該電路同時將檢測到的模擬電壓轉換成數字量提供給計算機處理。
　　
（3）去極化放電電路

由RC放電回路與MOSFET電子開關組成，電池的充電狀態信息經單片機處理後，根據需要經由AT89C2051的I／O口(kou)適(shi)時(shi)發(fa)出(chu)去(qu)極(ji)化(hua)脈(mai)衝(chong)，控(kong)製(zhi)開(kai)關(guan)閉(bi)合(he)接(jie)通(tong)放(fang)電(dian)回(hui)路(lu)
，以(yi)消(xiao)除(chu)電(dian)池(chi)的(de)極(ji)化(hua)現(xian)象(xiang)

，也(ye)可(ke)以(yi)消(xiao)除(chu)某(mou)些(xie)電(dian)池(chi)的(de)不(bu)良(liang)記(ji)憶(yi)，提(ti)高(gao)它(ta)的(de)充(chong)電(dian)接(jie)受(shou)率(lv)。
　　
（4）充電控製電路

采cai用yong輸shu出chu電dian壓ya在zai一yi定ding範fan圍wei內nei可ke調tiao節jie的de高gao頻pin開kai關guan式shi充chong電dian電dian源yuan。並bing且qie加jia入ru適shi度du的de電dian流liu負fu反fan饋kui，使shi輸shu出chu特te性xing變bian軟ruan，避bi免mian充chong電dian器qi在zai加jia載zai瞬shun間jian的de電dian流liu衝chong擊ji，並bing具ju有you一yi定ding的de恒heng流liu作zuo用yong。
　　
（5）狀態顯示電路

狀態顯示電路由不同的指示燈組成，根據不同的工作狀態由單片機控製顯示充電中或充電結束狀態。

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係統軟件設計

本係統軟件使用MCS-51彙編指令編寫，並固化於片內的程序存儲器中


，使用極為方便。程序的流程圖如圖2所示。


整個係統的控製過程為：蓄電池組開始充電一段時間後，檢測電池電壓，當達到電池出氣點電壓（約2.4V／單體）時

，停止充電
，然後進行大電流（約2C）放電去極化，時間為1ms，充放電曲線如圖3所(suo)示(shi)。放(fang)電(dian)後(hou)，再(zai)檢(jian)測(ce)電(dian)池(chi)狀(zhuang)態(tai)

，進(jin)行(xing)去(qu)極(ji)化(hua)效(xiao)果(guo)檢(jian)測(ce)，達(da)到(dao)去(qu)極(ji)化(hua)效(xiao)果(guo)則(ze)回(hui)轉(zhuan)充(chong)電(dian)，否(fou)則(ze)，再(zai)次(ci)進(jin)行(xing)去(qu)極(ji)化(hua)放(fang)電(dian)，直(zhi)至(zhi)達(da)到(dao)去(qu)極(ji)化(hua)要(yao)求(qiu)的(de)效(xiao)果(guo)才(cai)回(hui)轉(zhuan)充(chong)電(dian)。如(ru)果(guo)連(lian)續(xu)放(fang)電(dian)n次（n＝3），電池電壓變化很小


，則充電完成並結束充電狀態。

係統的工作與性能評估

　　
我們用本係統對24V12AH免維護鉛酸電池組進行快速充電試驗
，首先以1安培放電
，放電終止電壓為20V。充電電流取8A（0.66C），充電50分鍾後
，蓄電池組端電壓達到24.5V，在充電至40分鍾左右，去極化周期逐步縮短

，充電電流下降到6.2A，經過2小時10分後，充電自動結束
，蓄電池組終止電壓為28.8V
，5分鍾後測試電池組端電壓為27.6V。外殼溫升15.6℃。
　　
放電試驗是用1安培放電（負載用可調電阻）放電終止電壓為20V時，放電時間為11小時25分，即充滿率達到95﹪。通過充、放電試驗
，證明本充電控製係統是可行的。

討論
　　
1）快速充電的唯一辦法是遵照麥斯定律，利用充電-放電去極化的方式提高充電速度。
　　
2）充chong電dian速su度du越yue高gao，充chong電dian器qi的de容rong量liang要yao相xiang應ying增zeng大da。但dan是shi充chong電dian器qi的de成cheng本ben不bu成cheng比bi例li增zeng加jia。如ru果guo進jin一yi步bu加jia大da充chong電dian電dian流liu
，充chong電dian的de速su度du還hai可ke以yi進jin一yi步bu提ti高gao。但dan是shi，充chong電dian速su度du過guo高gao可ke能neng會hui帶dai來lai一yi些xie新xin的de問wen題ti
，必bi須xu通tong過guo實shi驗yan和he設she計ji的de改gai進jin來lai實shi現xian。有you專zhuan家jia認ren為wei，在zai快kuai速su充chong電dian過guo程cheng中zhong
，隻zhi要yao溫wen升sheng能neng控kong製zhi得de合he理li
，對dui電dian池chi的de壽shou命ming和he電dian池chi內nei部bu單dan體ti電dian池chi電dian壓ya均jun衡heng都dou有you好hao處chu。
　　
3）benkuaisuchongdianxitongyuchuantongdechongdianqixiangbi，keyijiaodafanweiditigaochongdiansudu，suoduanchongdianshijian。danshi，chongdianqifuzaxishulveyouzengjia。jinjinshizengjialeyigedanpianjishishijiancekongzhihuanjieheyigeMOSFET電子開關及RC放電電路。因此

，不失為一個簡單實用的快速充電電路。


綠lv色se革ge命ming的de一yi個ge重zhong要yao體ti現xian是shi綠lv色se交jiao通tong。因yin此ci，很hen多duo國guo家jia都dou在zai致zhi力li於yu電dian動dong車che的de開kai發fa和he研yan究jiu。然ran而er，蓄xu電dian池chi的de快kuai速su充chong電dian依yi然ran是shi一yi個ge必bi不bu可ke少shao的de課ke題ti。目mu前qian
，市shi場chang上shang已yi出chu現xian了le不bu少shao電dian動dong車che和he電dian動dong助zhu力li車che
、電動滑板車。根據專家的市場預測，2004年美國市場的需求量是500萬wan輛liang，中zhong國guo的de產chan品pin因yin為wei價jia廉lian物wu美mei而er成cheng為wei了le主zhu導dao產chan品pin。因yin此ci，肯ken定ding對dui快kuai速su充chong電dian器qi有you一yi定ding的de需xu求qiu。隨sui著zhe電dian動dong交jiao通tong工gong具ju研yan究jiu的de深shen入ru和he發fa展zhan，可ke以yi預yu言yan
，今jin後hou大da、中、小各種容量的快速充電器將是商機無限。