一、快速充電原理

蓄電池的種類很多，目前應用最廣的主要是密封鉛酸蓄電池和鎳鎘電池。這2種蓄電池的充放電原理都是一樣的，即都是通過化學反應產生正負離子形成電流。

電(dian)池(chi)在(zai)充(chong)放(fang)電(dian)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)會(hui)產(chan)生(sheng)氧(yang)氣(qi)
，在(zai)密(mi)封(feng)式(shi)蓄(xu)電(dian)池(chi)中(zhong)，這(zhe)些(xie)正(zheng)極(ji)產(chan)生(sheng)的(de)氧(yang)氣(qi)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)隔(ge)膜(mo)和(he)氣(qi)室(shi)被(bei)負(fu)極(ji)吸(xi)收(shou)，整(zheng)個(ge)化(hua)學(xue)反(fan)應(ying)形(xing)成(cheng)一(yi)個(ge)循(xun)環(huan)的(de)反(fan)應(ying)形(xing)式(shi)。就(jiu)密(mi)封(feng)式(shi)電(dian)池(chi)而(er)言(yan)，它(ta)的(de)內(nei)壓(ya)有(you)限(xian)，因(yin)此(ci)負(fu)極(ji)的(de)吸(xi)收(shou)速(su)度(du)也(ye)是(shi)有(you)限(xian)的(de)。如(ru)果(guo)充(chong)電(dian)電(dian)壓(ya)過(guo)高(gao)，正(zheng)極(ji)產(chan)生(sheng)氧(yang)氣(qi)的(de)速(su)度(du)過(guo)快(kuai)，負(fu)極(ji)的(de)吸(xi)收(shou)速(su)度(du)跟(gen)不(bu)上(shang)氧(yang)氣(qi)的(de)產(chan)生(sheng)速(su)度(du)，長(chang)時(shi)間(jian)之(zhi)後(hou)必(bi)然(ran)造(zao)成(cheng)電(dian)池(chi)失(shi)水(shui)，從(cong)而(er)誘(you)發(fa)電(dian)池(chi)的(de)微(wei)短(duan)路(lu)硫(liu)酸(suan)化(hua)等(deng)失(shi)效(xiao)現(xian)象(xiang)
，損(sun)害(hai)電(dian)池(chi)的(de)質(zhi)量(liang)，縮(suo)短(duan)其(qi)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)。同(tong)時(shi)高(gao)速(su)率(lv)充(chong)電(dian)時(shi)電(dian)池(chi)的(de)極(ji)化(hua)會(hui)造(zao)成(cheng)電(dian)池(chi)內(nei)部(bu)壓(ya)力(li)上(shang)升(sheng)，電(dian)池(chi)溫(wen)度(du)上(shang)升(sheng)
，電(dian)池(chi)內(nei)阻(zu)升(sheng)高(gao)，這(zhe)不(bu)僅(jin)會(hui)縮(suo)短(duan)電(dian)池(chi)壽(shou)命(ming)
，而(er)且(qie)有(you)可(ke)能(neng)對(dui)電(dian)池(chi)造(zao)成(cheng)永(yong)久(jiu)性(xing)傷(shang)害(hai)。蓄(xu)電(dian)池(chi)的(de)這(zhe)一(yi)化(hua)學(xue)反(fan)應(ying)原(yuan)理(li)是(shi)研(yan)究(jiu)製(zhi)定(ding)快(kuai)速(su)充(chong)電(dian)方(fang)法(fa)的(de)根(gen)本(ben)。一(yi)方(fang)麵(mian)，快(kuai)速(su)充(chong)電(dian)要(yao)盡(jin)量(liang)加(jia)快(kuai)電(dian)池(chi)的(de)化(hua)學(xue)反(fan)應(ying)，使(shi)充(chong)電(dian)速(su)度(du)得(de)到(dao)最(zui)大(da)的(de)提(ti)高(gao);另一方麵，又要保證負極的吸收能力，使其能夠跟得上正極氧氣產生的速度，同時要盡可能消除電池的極化現象。

提高蓄電池的化學反應速度有2種(zhong)方(fang)式(shi)，一(yi)是(shi)改(gai)進(jin)蓄(xu)電(dian)池(chi)的(de)結(jie)構(gou)以(yi)降(jiang)低(di)其(qi)內(nei)阻(zu)和(he)提(ti)高(gao)反(fan)應(ying)離(li)子(zi)的(de)擴(kuo)散(san)速(su)度(du)
，二(er)是(shi)改(gai)進(jin)蓄(xu)電(dian)池(chi)的(de)充(chong)電(dian)方(fang)法(fa)。本(ben)文(wen)中(zhong)對(dui)充(chong)電(dian)方(fang)法(fa)作(zuo)了(le)重(zhong)點(dian)論(lun)述(shu)。

二、快速充電方法

butongzhongleidexudianchi
，juyoubutongdechongfangdianquxian，qixiangyingdechongdianfangfayeyouhendadebutong。zaiyanjiujutidechongdianfangfashi，yaokaolvdaozheyidianyixuanzeheshidefangfa。 以鉛酸蓄電池為例


，傳統的充電方法（恒流充電或恒壓充電）由於本身的弊端
，已基本被淘汰。現行的充電方法大都是使其充電曲線盡可能地模擬蓄電池的最佳充電曲線。 60年代中期，美國科學家馬斯（J.A.MAS）提出了以最低出氣率為前提的蓄電池可接受的充電電流曲線，即任一時刻蓄電池能接受的充電電流為 I=I0expAt 式中：I0為初始充電電流;A為充電接受比;t為充電時間。

圖1示出蓄電池的最佳充電曲線。可以看出，充電電流隨時間按指數規率下降。

1）如果充電電流工作在N區，則電流過大，會導至溫升，在充電電壓過高時會有大量氣體析出
，會對電池造成損壞。
2）如果充電電流工作在M區，是可接受的，但充電時間不能達到最短。
3）ruguochongdiandianliuyanzhequxianguidaobianhua，shilixiangdechongdianzhuangtai。shiyanzhengming，ruguochongdiandianliuanzhetiaoquxianbianhua
，keyidadasuoduanchongdianshijian，bingqieduidianchiderongliangheshoumingyemeiyouyingxiang。zhetiaochongdianquxianjiweizuijiachongdianquxian。

分級定流充電法和脈動式充電法的基本思想就是使其充電曲線盡可能地模擬最佳充電曲線。圖2是分級定流充電法中三級充電法的充電曲線圖，圖3shimaidongshichongdianquxiantu。zaimuqianxudianchichongdianjideshichangzhong
，fenjidingliuchongdianfadedaoleguangfandiyingyong。maidongshichongdianfadaduoshushicaiyongmaichongchongdianfahefenjidingliuchongdianfaxiangjiehedefangfa，jiangchongdianguochengquxianfenweijiduan，meiduanfenbiecaiquhengliumaichongchongdianhuohengyamaichongchongdian。

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廈門大學的陳體銜教授近2年(nian)提(ti)出(chu)間(jian)歇(xie)充(chong)電(dian)法(fa)，其(qi)特(te)點(dian)是(shi)將(jiang)恒(heng)流(liu)充(chong)電(dian)段(duan)改(gai)為(wei)限(xian)壓(ya)變(bian)電(dian)流(liu)間(jian)歇(xie)充(chong)電(dian)段(duan)。充(chong)電(dian)前(qian)期(qi)的(de)恒(heng)電(dian)流(liu)充(chong)電(dian)段(duan)采(cai)用(yong)最(zui)佳(jia)充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)，獲(huo)得(de)絕(jue)大(da)部(bu)分(fen)充(chong)電(dian)量(liang);充電後期采用定電壓充電
，獲得過充電量，將電池恢複至完全放電態。圖4是采用變電流間歇充電法的電壓為6V、容量為4Ah的完全放電態電池（荷電態為0）的充電曲線。這一曲線形象地表明了變電流間歇充電的過程。

筆bi者zhe以yi變bian流liu間jian歇xie充chong電dian為wei基ji礎chu
，提ti出chu了le變bian壓ya間jian歇xie充chong電dian法fa。這zhe種zhong充chong電dian方fang法fa是shi把ba變bian流liu間jian歇xie充chong電dian中zhong的de變bian流liu改gai為wei變bian壓ya，通tong過guo間jian歇xie停ting充chong

，使shi蓄xu電dian池chi化hua學xue反fan應ying產chan生sheng的de氧yang氣qi有you時shi間jian被bei重zhong新xin化hua合he吸xi收shou掉diao
，從cong而er減jian輕qing了le蓄xu電dian池chi的de內nei壓ya

，使shi蓄xu電dian池chi可ke以yi吸xi收shou更geng多duo的de電dian量liang。變bian壓ya充chong電dian更geng符fu合he蓄xu電dian池chi的de最zui佳jia充chong電dian曲qu線xian。這zhe是shi因yin為wei：
1）蓄(xu)電(dian)池(chi)的(de)容(rong)量(liang)在(zai)使(shi)用(yong)大(da)電(dian)壓(ya)恒(heng)充(chong)後(hou)已(yi)經(jing)得(de)到(dao)很(hen)大(da)的(de)補(bu)充(chong)，再(zai)次(ci)充(chong)電(dian)時(shi)使(shi)用(yong)同(tong)樣(yang)的(de)電(dian)壓(ya)恒(heng)充(chong)
，電(dian)池(chi)本(ben)身(shen)的(de)接(jie)受(shou)能(neng)力(li)已(yi)有(you)了(le)一(yi)定(ding)的(de)限(xian)製(zhi)，充(chong)電(dian)效(xiao)率(lv)會(hui)下(xia)降(jiang)。采(cai)用(yong)降(jiang)低(di)一(yi)級(ji)的(de)電(dian)壓(ya)進(jin)行(xing)恒(heng)充(chong)，就(jiu)等(deng)於(yu)是(shi)在(zai)電(dian)池(chi)已(yi)經(jing)降(jiang)低(di)接(jie)受(shou)能(neng)力(li)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)用(yong)最(zui)適(shi)宜(yi)此(ci)時(shi)接(jie)受(shou) 能力的電流充電
，因此充電效果顯然是最好的。


2）在研究充電動態特性時，可以將電池近似地看為一個大 電容和一個小電阻，用圖5的簡單模型表示。其中：U是充電電壓，IC是充電電流。 ICRs+UC=U 其中 IC=CdUC/dtUC=a+bexp（-t/T） 則 IC=dexp（-t/T） 其中：a
，b
，d為常數;T為時間常數，T=RsC。在恒壓充電期間，電池等效內阻Rs近似不變，則充電電流按指數規律衰減。 圖6是變壓間歇充電的曲線圖，和圖1相比較可以看到，這種充電曲線能夠充分模擬最佳充電曲線。試驗結果驗證，這種充電方法的確能夠有效地提高充電的速度和效率。

3）從工程角度來看，恒壓控製更容易實現。

三、快速充電電源

muqianshichangshangyouxuduochongdianjichengdianlu，dandaduoshizhenduixiaogonglvchongdianqide，dagonglvchongdianqizexuyaozixingshejixiangyingdechongdiandianyuan。chuantongdechongdiandianyuanzhuyaoshixiangkongdianyuan，yinweibaohangongpinbianyaqizaochengdianyuanbenshentijijiaoda
，qiegonglvsunhaoyehenda。開關電源由於開關頻率比較高
，所以有體積小、重量輕、損耗小和效率高等特點。開關電源的發展非常迅速
，其應用也日益廣泛，有逐步取代傳統電源的趨勢。

筆者根據係統的要求，設計了30kHz的高頻開關電源作為充電電源。高頻電源中的損耗主要有導通損耗
、開關損耗
、截止損耗和磁芯損耗，其中導通損耗和開關損耗占據很大的比重。為了有效地降低開關損耗和導通損耗
，選擇IGBT作為功率開關管。IGBT是一種新型複合器件，它集雙極型功率晶體管和MOSFET的優點於一體，具有電壓型控製、輸入阻抗高、驅動功率小
、控製電路簡單和元件容量大等優點。功率開關管的驅動電路選用專用的IGBT驅動集成電路EXB841，用於驅動大容量、高速IGBT（容量在300A
，1200V以下
，頻率在40kHz以下）的專用驅動芯片;它由放大部分、過流保護部分和5V電源基準部分組成。過流保護部分實現過流檢測和延時保護功能
，能夠提供+15V和-5V2種電壓，以滿足IGBT開通時所需的正偏壓和關斷時所需的負偏壓。

在係統中，設計了移相式零電壓全橋逆變電路，其電路原理圖和波形圖見圖7。這種變換器是在恒頻變換器和移相控製諧振變換器兩者的基礎上發展起來的，它利用變壓器的漏感和開關管的寄生電容來實現零電壓;采用移相控製，每相橋臂的導通相差一個移相角。係統中采用的移相控製芯片是美國Unitrode公司生產的UC3875。

同普通的全橋電路相比
，電路中增加了一個諧振電感Lr，在4個功率開關管上並聯了一個電容Ci（i=1，2，3，4）
，Ci含開關器件的寄生電容。開關管的控製波形如圖7（b）所示。其中的3，1
，4，2段即死區時間，除死區時間外，電路中總是有2個開關管同時導通，共有4種組合：2和3，3和1，1和4
，4和2;周而複始地工作。其中的2和3，1和4組合為全橋逆變電路，輸出能量;3和1，4和2不輸出能量。調節這2類組合的時間比例，即調節移相角，就可以實現輸出信號的調節。電路的諧振發生在4種組合相互轉換的死區時間內，每一開關周期有4次。

逆變電路參數的不同，使相位超前的橋臂開關S1和S2容易實現零電壓導通，而相位滯後的橋臂開關S3和S4不太容易實現零電壓導通。這就要求相應電感的選取要符合一定的條件，以滿足係統諧振的要求。
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進行了電源移相控製測試試驗（圖8）。試驗結果表明，在負載一定的情況下，移相控製角由0～180°的調整，可以線性地調整電源輸出電壓。當移相控製角為0°時
，電源輸出電壓為0，充電電源停止輸出電流;當移相控製角為180°時
，電源輸出電壓和輸入電壓基本一致，此時充電電源的輸出電壓最大。

經過功率變換器後的輸出波形見圖9（a）
，通過高頻變壓器後的波形與其相同。經整流輸出後的波形如圖9（b），是移相控製角為90°
，變換器前置直流電壓50V時的情況
，這種情況下的輸出電壓波形接近占空比為50%的方波。

四
、模糊控製器結構設計

xitongcaiyonglebianyajianxiechongdianfa，keyishishizhuanbianchongdianjiqijianxieguocheng。xitongtongguoshishikongzhiqichongdianjianxieguochengcaijixudianchiduandianya。dangxudianchidadaoyudingdetingchongdianyashi，tingzhichongdianbingjianxieyudingdeshijian，ranhouxitongtiaozhengjinruxiayijieduandechongdianguocheng。hengyachongdianguocheng，caiyongbizhetichudemohukongzhifangfa，jizaimeiyigehengyajieduan，genjushurubianliangdebianhuajinxingmohutuili，juedingshuchubianliangdebianhualiang
，shichongdiandianyabaochihengding。

模糊控製器的基本結構見圖10。選擇蓄電池端電壓的誤差e和誤差變化率ezuoweimohukongzhiqideshuruliang，xuanzeyixiangkongzhijiaozuoweishuchubianliang。xitongtongguoshishicaijixudianchideduandianya，jisuanchuwuchahewuchabianhualv
，jingzhesuanhoupanduanqisuochudezhuangtai，jinxingmohutuili，zaijingqingxihua，huodekongzhiliangU，通過調整移相控製角的大小，即可調整充電電壓的大小。整個設計過程包括3個部分：精確模糊化，模糊推理和控製量的清晰化。

關於精確模糊化
，在此作一說明。本係統選定蓄電池端電壓Ud的誤差e（e=Ur
，Ur為給定電壓）及誤差變化率e 作(zuo)為(wei)模(mo)糊(hu)控(kong)製(zhi)器(qi)的(de)輸(shu)入(ru)變(bian)量(liang)，移(yi)相(xiang)控(kong)製(zhi)角(jiao)作(zuo)為(wei)模(mo)糊(hu)控(kong)製(zhi)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)語(yu)言(yan)變(bian)量(liang)。由(you)於(yu)誤(wu)差(cha)和(he)誤(wu)差(cha)變(bian)化(hua)率(lv)實(shi)際(ji)變(bian)化(hua)範(fan)圍(wei)很(hen)大(da)，需(xu)將(jiang)它(ta)們(men)轉(zhuan)換(huan)到(dao)固(gu)定(ding)區(qu)域(yu)內(nei)。端(duan)電(dian)壓(ya)在(zai)充(chong)電(dian)過(guo)程(cheng)中(zhong)總(zong)處(chu)於(yu)上(shang)升(sheng)階(jie)段(duan)，因(yin)此(ci)e的變化範圍隻選正半部分;考慮到誤差變化率在接近出氣點時數值很大，模糊語言變量可以考慮再增加PVL（正向非常大的變化）。因此e的語言變量選 PS，PM
，PL，PVL;e? 的語言變量選NS，ZE，PS，PM，PL，PVL。再根據實際情況，確定輸入語言變量的量化因子，輸出語言變量的比例因子和隸屬函數。

總結

快kuai速su充chong電dian的de實shi現xian與yu充chong電dian效xiao果guo密mi不bu可ke分fen
，充chong電dian係xi統tong的de設she計ji需xu要yao以yi充chong電dian對dui象xiang和he適shi合he的de充chong電dian方fang法fa為wei依yi據ju，再zai根gen據ju係xi統tong要yao求qiu的de集ji成cheng電dian路lu，確que定ding充chong電dian電dian路lu和he合he適shi的de充chong電dian電dian源yuan
，這zhe樣yang才cai能neng有you效xiao地di實shi現xian快kuai速su充chong電dian的de目mu的de。

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