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140年(nian)的(de)曆(li)史(shi)。鉛(qian)酸(suan)蓄(xu)電(dian)池(chi)有(you)著(zhe)成(cheng)本(ben)低(di)，適(shi)用(yong)性(xing)寬(kuan)，可(ke)逆(ni)性(xing)好(hao)
，大(da)電(dian)流(liu)放(fang)電(dian)性(xing)能(neng)良(liang)好(hao)
，單(dan)體(ti)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)高(gao)
，並(bing)可(ke)製(zhi)成(cheng)密(mi)封(feng)免(mian)維(wei)護(hu)結(jie)構(gou)等(deng)優(you)點(dian)
，而(er)被(bei)廣(guang)泛(fan)地(di)應(ying)用(yong)於(yu)車(che)輛(liang)啟(qi)動(dong)、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
　　
鉛(qian)酸(suan)蓄(xu)電(dian)池(chi)快(kuai)速(su)充(chong)電(dian)技(ji)術(shu)是(shi)在(zai)常(chang)規(gui)充(chong)電(dian)技(ji)術(shu)的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)發(fa)展(zhan)起(qi)來(lai)的(de)，不(bu)論(lun)采(cai)用(yong)何(he)種(zhong)充(chong)電(dian)製(zhi)度(du)進(jin)行(xing)充(chong)電(dian)，鉛(qian)酸(suan)蓄(xu)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)的(de)成(cheng)流(liu)過(guo)程(cheng)都(dou)要(yao)遵(zun)守(shou)雙(shuang)極(ji)硫(liu)酸(suan)鹽(yan)化(hua)理(li)論(lun)，即(ji)其(qi)化(hua)學(xue)反(fan)應(ying)方(fang)程(cheng)式(shi)為(wei)：


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(da)10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。
　　
shangshibiaoming，xudianchidechongdianjieshoulvqujueyutadefangdianlishi

，yixiaodianliuchangshijianfangdiandexudianchi，chongdianjieshoulvdi，xiangfan，yidadianliuduanshijianfangdiandexudianchi，chongdianjieshoulvgao。
　　
（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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按(an)照(zhao)麥(mai)斯(si)理(li)論(lun)
，我(wo)們(men)對(dui)充(chong)電(dian)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)進(jin)行(xing)實(shi)時(shi)控(kong)製(zhi)
，即(ji)用(yong)大(da)電(dian)流(liu)充(chong)電(dian)，並(bing)在(zai)充(chong)電(dian)過(guo)程(cheng)中(zhong)
，短(duan)暫(zan)地(di)停(ting)止(zhi)充(chong)電(dian)，在(zai)停(ting)充(chong)期(qi)間(jian)加(jia)入(ru)放(fang)電(dian)脈(mai)衝(chong)，打(da)破(po)蓄(xu)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)指(zhi)數(shu)曲(qu)線(xian)自(zi)然(ran)接(jie)受(shou)特(te)性(xing)的(de)限(xian)製(zhi)。但(dan)是(shi)，理(li)論(lun)和(he)實(shi)踐(jian)證(zheng)明(ming)，蓄(xu)電(dian)池(chi)的(de)充(chong)放(fang)電(dian)是(shi)一(yi)個(ge)非(fei)常(chang)複(fu)雜(za)的(de)電(dian)化(hua)學(xue)過(guo)程(cheng)，由(you)快(kuai)速(su)充(chong)電(dian)的(de)電(dian)化(hua)機(ji)理(li)可(ke)知(zhi)，影(ying)響(xiang)快(kuai)速(su)充(chong)電(dian)的(de)重(zhong)要(yao)因(yin)素(su)是(shi)蓄(xu)電(dian)池(chi)的(de)電(dian)極(ji)極(ji)化(hua)現(xian)象(xiang)
，這(zhe)是(shi)一(yi)切(qie)二(er)次(ci)電(dian)池(chi)所(suo)共(gong)有(you)的(de)
，包(bao)括(kuo)有(you)歐(ou)姆(mu)極(ji)化(hua)、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。
　　
duiyurucifuzadechongdianguocheng，shiyongchuantongdechongdiandianluxianrannanyikongzhi，yinci
，yeyingxianglekuaisuchongdiandexiaoguo。weilenenggengyouxiaodishixiankuaisuchongdian，bixushiyongxianjindekongzhishouduan，womenliyongdanpianjigouzaoleyigejuyouzidongjiancegongnengdexudianchichongdianshishikongzhixitong。genjuxudianchikuaisuchongdiandejili，duichongdiandedianchijinxingshishidedongtaijiance，shishifachuqujihuamaichongjitiaozhengchongdiandianliu，liqiuyijiaogaodechongdianpingjundianliujinxingchongdian，erqiehainengyouxiaodiyizhiqitidexichu。congerdadaokuaisuchongdiandemude。

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／Okoushishifachuqujihuamaichong，kongzhikaiguanbihejietongfangdianhuilu
，yixiaochudianchidejihuaxianxiang，yekeyixiaochumouxiedianchidebuliangjiyi，tigaotadechongdianjieshoulv。
　　
（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3suoshi。fangdianhou，zaijiancedianchizhuangtai，jinxingqujihuaxiaoguojiance，dadaoqujihuaxiaoguozehuizhuanchongdian
，fouze，zaicijinxingqujihuafangdian，zhizhidadaoqujihuayaoqiudexiaoguocaihuizhuanchongdian。ruguolianxufangdiann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）chongdiansuduyuegao，chongdianqiderongliangyaoxiangyingzengda。danshichongdianqidechengbenbuchengbilizengjia。ruguojinyibujiadachongdiandianliu，chongdiandesuduhaikeyijinyibutigao。danshi，chongdiansuduguogaokenenghuidailaiyixiexindewenti
，bixutongguoshiyanheshejidegaijinlaishixian。youzhuanjiarenwei，zaikuaisuchongdianguochengzhong，zhiyaowenshengnengkongzhideheli，duidianchideshouminghedianchineibudantidianchidianyajunhengdouyouhaochu。
　　
3）本(ben)快(kuai)速(su)充(chong)電(dian)係(xi)統(tong)與(yu)傳(chuan)統(tong)的(de)充(chong)電(dian)器(qi)相(xiang)比(bi)，可(ke)以(yi)較(jiao)大(da)範(fan)圍(wei)地(di)提(ti)高(gao)充(chong)電(dian)速(su)度(du)
，縮(suo)短(duan)充(chong)電(dian)時(shi)間(jian)。但(dan)是(shi)
，充(chong)電(dian)器(qi)複(fu)雜(za)係(xi)數(shu)略(lve)有(you)增(zeng)加(jia)。僅(jin)僅(jin)是(shi)增(zeng)加(jia)了(le)一(yi)個(ge)單(dan)片(pian)機(ji)實(shi)時(shi)檢(jian)測(ce)控(kong)製(zhi)環(huan)節(jie)和(he)一(yi)個(ge)MOSFET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。