曹 陽，楊桃月，邱望標(biāo)

（1.貴州大學(xué)，貴州 貴陽 550025；2.中國振華電子集團(tuán)宇光電工有限公司，貴州 貴陽 500018）

鉛酸蓄電池是目前使用最廣泛的一種化學(xué)電源，具有電壓穩(wěn)定、安全可靠、造價低廉、使用范圍廣、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。主要應(yīng)用在交通運(yùn)輸、通信、電力、鐵路、礦山等國民經(jīng)濟(jì)各個部門，是社會經(jīng)營活動中不可缺少的產(chǎn)品。好的蓄電池產(chǎn)品需要好的管理方式才能正常的運(yùn)行。傳統(tǒng)的蓄電池充電方式，是針對整組蓄電池組進(jìn)行整體充電（如圖1所示）。

圖1 傳統(tǒng)蓄電池充電方式

有關(guān)文獻(xiàn)指出，此充電方式忽略了蓄電池組單體之間內(nèi)阻、容量、化學(xué)特性之間的差異，在對蓄電池多次充放電之后，使得蓄電池組各單體之間的端電壓不一致，蓄電池中某些電池單體將會發(fā)生過充、欠充以及過放的現(xiàn)象。這樣不僅嚴(yán)重影響了蓄電池的使用性能，而且還會大大降低其使用壽命。鉛酸蓄電池的設(shè)計壽命一般有10年左右，但是實(shí)際壽命只有1~2年左右，因此提出改進(jìn)方案。

1 改進(jìn)方案

針對傳統(tǒng)的蓄電池組整體充電方式的弊端，提出分只同時均充的管理方式。其原理圖如圖2所示。

圖2 分只同時均充管理原理框圖

其充電過程可分為兩個階段：

（1）主充和均充同時進(jìn)行階段。此階段主充電路對整組蓄電池進(jìn)行充電的同時，均充電路對每一電池單體也進(jìn)行充電。

（2）主充停止、均充進(jìn)行階段。每一電池單體均設(shè)有檢測裝置，當(dāng)檢測到某一電池單體充滿（以電池相關(guān)參數(shù)計算為準(zhǔn)）時，則此均充電路和主充電路同時斷開，其余未充滿的電池單體，將繼續(xù)進(jìn)行充電，直至所有電池單體的均達(dá)到預(yù)設(shè)值為止。

2 系統(tǒng)設(shè)計

分只同時均充管理模式的穩(wěn)壓電源，包括主充和均充兩個部分組成。

2.1 主充電源的設(shè)計

考慮到功率的問題，主充電源可采用穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，經(jīng)過橋式整流電路整流和電容濾波器濾波得到直流電壓，在經(jīng)過限流電阻和穩(wěn)壓管組成的穩(wěn)壓電路接到負(fù)載電阻上，負(fù)載上便得到一個比較穩(wěn)定的電壓。電路圖如圖3所示。

圖3 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路

2.2 均充電源的設(shè)計

我們選用了L4970A型DC/DC轉(zhuǎn)換電路，來作為均充電源。其輸出電流可達(dá)10 A，足以滿足本處設(shè)計要求。L4970A系列大功率單片集成開關(guān)電源是ST公司繼L4960系列之后推出的第二代產(chǎn)品。

電路的特點(diǎn)是：采用DMOS開關(guān)功率管、混合式CMOS／雙極型晶體管等集成電路制造新工藝研制而成；輸出電壓在5.1～40 V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)；通過自舉電容可獲得大電流輸出；利用掉電復(fù)位電路，能實(shí)時地向微機(jī)發(fā)出信號，監(jiān)視系統(tǒng)電源的工作狀態(tài)。

由上述可知，L4970A只能輸出5.1～40V的可調(diào)電壓。但有時希望輸出電壓能從0V起調(diào)，這按常規(guī)方法是無法實(shí)現(xiàn)的。下面介紹一種簡單實(shí)用的方法，首先由7905產(chǎn)生一個-5V電壓，然后與L4970A的8腳相連，使VGND＝-5V，這樣輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍就變成0～35V，其電路如圖4所示。

圖4 改進(jìn)后的均充電源模塊電路圖

再者，本均充模塊是分只同時均充，對串聯(lián)起來的單電池而言，每個均充模塊不能相互干涉，否則會導(dǎo)致某只單電池短接，因此，這就要求均充模塊為隔離式轉(zhuǎn)換電路，就必須將L4970A的應(yīng)用電路進(jìn)行輸入、輸出隔離處理。具體做法就是在輸出端加一個高頻變壓器T。

2.3 控制流程的設(shè)計

本智能充電裝置靠單片機(jī)或PLC進(jìn)行智能控制，首先對整組蓄電池進(jìn)行主充，并適時檢測整組電池端電壓，并與設(shè)定值V1進(jìn)行比較，一旦大于或等于V1，則轉(zhuǎn)入均充，同時對每只蓄電池單體進(jìn)行充電和檢測，直到每只蓄電池單體均大于或等于V2，則停止充電，控制流程圖如圖5所示。

圖5 蓄電池組分只均充裝置控制流程圖

3 結(jié)束語

本文針對蓄電池單體間不均衡性的問題，設(shè)計了蓄電池組分只同時均充裝置。此充電管理模式既能保證蓄電池單體都能充滿，同時又可以防止蓄電池單體發(fā)生過充、欠充或過放電現(xiàn)象，有助于降低蓄電池組的損壞率和提高整組電池的使用效率。

[1]邱望標(biāo)，邱志遠(yuǎn).蓄電池組智能分只均充控制系統(tǒng)研究及應(yīng)用[D].貴陽：貴州大學(xué)，2007.

[2]秦曾煌.電工學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1999.

[3]于同雙.鉛酸蓄電池行業(yè)現(xiàn)狀分析及對策 [J].蓄電池，1999，（4）：24-25.