電脈沖法在電池激活中的探討

劉知云

（蘇州旅游與財經高等職業技術學校，江蘇 蘇州 215000）

鉛酸蓄電池最早是在1859年由普蘭特發明的，從此鉛酸蓄電池作為最主要的穩定電源和直流電源，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、風能、國防等各行各業。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，進而損壞人體健康的罪魁禍首。例如長期放置不用或經常充電不足、過度放電等，負極上就會逐漸形成一種粗大堅硬的硫酸鉛結晶，這種硫酸鉛結晶在常規的充電方式下很難分解，我們稱這種現象為“不可逆硫酸鹽化”，它引起蓄電池的內阻增大、容量下降。它的形成主要是硫酸鉛的重結晶，導致粗大結晶形成后溶解度減少，這樣電池就很容易報廢。

現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系，過充電則易導致“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，同時又能較好地控制充電器成本，不使已經“過高”的電動車價格雪上加霜，各主要電動車企業都十分關心這個問題。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“欠充”或“假充電”情況，其主要缺點是充電時間偏長，充電器制作成本稍高，但我們認為在現階段采用這種充電器是比較現實的。如何對這些充電困難、容量降低不可使用的蓄電池修復再利用，正是本課題要及解決的問題。

1 系統的整體設計

本系統以P89LPC938單片機為控制核心，結合相應的功能電路，共同實現整個系統所需要完成的功能。使用芯片的A/D轉換器對充電器進行恒流、正脈沖充電，負脈沖放電，停10ms檢測完成對模擬量的采集，送單片機處理并送顯示。使用P89LPC938單片機內部定時器產生脈寬調制的PWM（Pulse Width Modulator）輸出，實現對充電器充電過程的模擬，完成對恒壓階段參數的檢測。整體電路的原理框圖，如圖1（一片P89LPC938芯片可以同時控制兩回路，文中均標出其中的一回路）所示。

圖1 整體電路原理框圖

圖1電路中,單片機的PWM輸出，經過保護電路和光電隔離電路后，驅動充、放電路。充放電過程中的電流，經單片機采樣、換算，作為控制參數并送顯示，單片機可根據采樣參數做出相應控制。鍵盤是人機交互的接口，用于電路功能的選擇，設置充放電的電流。

2 系統詳細設計

（1）充放電電路。充放電電路是整個電路的核心部件，主要由如下幾個部分組成：橋式整流濾波電路、充電功率驅動電路、放電電路、光電隔離電路、保護電路、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

其主要實現功能：①帶負脈沖充電階段，通過P87LPC768單片機的PWM控制，實現充電四階段：充電500ms，停1ms，負脈沖3ms，檢測10ms。其中充電500ms過程要實現恒流充電，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，實現放電斜率的自整定可調。③保護電路，其作用是通過硬件來保護功率管，使充電和放電不能同時進行，否則充電和放電功率管不經過蓄電池直通，整個電路將因過流而損壞。

（2）數碼管顯示電路。為了顯示充放電時間和充電電流、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是一種串行數據輸入,并行數據輸出的常用做串并數據轉換器。CHF4021-4是0.4寸4位動態顯示共陰極的數碼管，CHF4021-2是0.4寸2位動態顯示共陰極的數碼管。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現也不復雜，用P87LPC768的RxD,TxD選擇段碼，因為單片機I/O口線有限，可用P1口的三根口線經74LS138三八譯碼器得到六位片選信號，只要使用五個口線實現了，而普通接法則需要多達14根I/O口線。

（3）鍵盤接口設計。由于P89LPC938單片機接口有限，而系統卻要實現多種功能，因此，在設計時采用了復合鍵功能，即本系統中的功能鍵是多種功能的。這樣可以簡化硬件電路，減少系統硬件資源的使用。

本系統中設立4個按鍵，分別是功能鍵、按下自動加1鍵、按下自動減一鍵、功能鍵。功能鍵是多功能鍵，依照按下的次數執行相應的功能。當功能鍵第一次被按下，為充電狀態，按確認鍵可進人充電狀態，數碼管顯示充電電流和充電時間。在充電狀態下，按下自動加1鍵，可設置充電電流大小。再按下功能鍵為放電狀態，按確認鍵，可進入放電狀態，數碼管顯示放電電流和放電時間。在放電狀態下，按下自動加一鍵，可設置放電電流大小。第三次按下功能鍵，為清零狀態，按下確認鍵，可清除數碼管上充放電時間。

3 結語

蓄電池充電過程的機理極其復雜，本系統是在對其理論研究的基礎上在此基礎上提出的一種新的組合充電法（正脈沖恒流充電、負脈沖去極化、PWM均衡放電）。該方法最大限度的把電池的容量釋放出來。經過均衡放電，調整極板上Pb、PbO2及PbSO4的顆粒大小和松散性，提升電池的容量。本系統的實際修復效果，還有待于大量實驗的驗證，還有待進一步的完善和發展。