电动车论坛

标题: 科大腾羚修复仪中恒压充电功能的介绍 [打印本页]

作者: 消息灵通人士 时间: 2007-10-13 21:23
标题: 科大腾羚修复仪中恒压充电功能的介绍
科大腾羚修复仪的恒压充电档不是常用的三段充电工艺，而是在此基础上进行了改良，下面是我多年前的一篇论文，介绍的就是当初我设计的一种充电模式，本来是用爱便携式电动车充电器上的，现在将其功能嫁接到了修复仪的恒压充电功能上，虽略有不同（如不再有温度矫正功能等），但基本一致。

科大智能充电器的技术特点

在介绍充电器时，我们常听说“延长电池寿命”，其实说成是“减少对电池伤害”更确切，要想减少对电池的伤害，就要了解电池会受到哪些伤害，由于我们对充电器的研究和对电动车电池的研究是同步进行的，就使我们在这方面具备了先天优势。下面向大家介绍一下我们在研制充电器过程中的一些心得。

一．充电电压的设定

　　为满足消费者的客观需求，电动自行车电池在全放之后，其充电时间应控制在 7 小时以内，因此，目前市场上常见的三段式充电器的充电电压设定值较高，一般在 44V 到 45V 之间。在这样的电压下氢、氧复合效率会急剧下降，失水速度加快，不得已只有采取对电池补水维护的方法来延长使用寿命，这就是所谓的“可维护”概念。另外由于电池失水较多，电池内热容降低，热失控的可能性增大 , 导致充鼓现象发生几率上升。而科大智能充电器采用适时加入主动脉冲的方法，有效降低电池极化，减小充电阻力，这样在不延长充电时间，且确保充满的前提下，使充电电压降低了 0.5-1V ，从而大大降低失水速度，抑制了电动自行车电池最常见的失水失效，使电池真正做到了免维护。

二．主动脉冲及其适时加入

　　此问题是相对于市场上某些所谓的脉冲充电器的随机脉冲而言的。人们似乎形成这样一种概念，“脉冲充电对电池有好处”，殊不知，并不是什么样的脉冲都对电池有好处。在充电过程中，充电阻力并不是恒定的，当电池亏电较多时，由于反应物 PbSO 4 多而反应产物 Pb 和 PbO 2 少，这时化学反应速度较快，极化作用很小，在这个阶段加入脉冲，去极化的作用不仅无从发挥，而且降低充电初期的充电速度。只有到充电后期，随着反应产物逐渐增多和反应物逐渐减少，反应动能下降，反应速度减缓，极化作用开始逐渐加大的情况下，适时加入脉冲才会产生理想效果。充电阻力加大，表现在经过一段电压匀速上升阶段后，电压上升速度开始加快，即我们通常所说的 dV/dt 变大，充电电压曲线出现拐点，我们就确定在这一区域加入脉冲。

三．脉冲频率和占空比

　　在脉冲充电过程中，频率和占空比是两个重要参数，选择不当会事倍功半。通过大量的实验，进行了多种制度的比较，我们现在以电流逐渐减小来代替占空比的变化，采用低占空比和高脉冲频率的设置，使电池可以在较低的电压下将电池充满，在保留了对硫酸盐化电池修复功能的前提下，减小了大电流对电池的冲击，减缓了正板软化的速度。

四．充电终止参数的选择

　　目前市场上常见的充电器都是以恒压限流阶段中电流的变化为参数，当电流小到某一设定值以下时，充电器切换到第三阶段，即涓流浮充电阶段，指示灯指示电池充满。这种充电制度的最大缺陷在于参数选择上，因为在电池充电电压（恒压值）一定的情况下，环境温度的高低和电池寿命的早期与晚期其电池残余电流的大小有着很大的差距，也就是说该参数是一个受内、外界因素影响很大的动态值，无论设置成怎样的值，都只能在一个相对较小的范围内有效。以我们北方为例，冬天可以到 -10 ° C 以下，夏天太阳直射下可以达到近 50 ° C ，在如此温差下，采用固定的充电电压和切换电流，不可避免的造成冬天欠充夏天过充甚至充鼓变形，也就形成了冬天电池硫酸盐化夏天大量失水的不良结果，大大缩短了电池寿命。基于这一点，很多厂家为了避免夏天热失控，不断的调高切换电流，有的已高到 600-800mA ，这样的话电池是不会充鼓了，但由于欠充造成的硫酸盐化只能由电池厂家承担后果，因为它不象充鼓这样容易分清责任。科大充电器采用的是充电到达恒压值后再延时一定的时间，然后切断电源停止充电的方法。当初充电电流和充电恒压值一定的情况下，相比于以残余电流为参数，以到达恒压值后的延时时间做为判定电池充满的依据，受环境温度和电池新旧的影响要小的多，也就准确的多，而且不会出现充电无法停止的现象。这样 , 就会避免出现夏天的失水与热失控、冬天的充不满现象，从而达到延长电池使用寿命的目的。

五．温度校正

　　一般认为，温度传感器是进行温度校正必备的硬件，在此硬件基础上加上相应的采样和反馈线路才能实现温度校正，可那样每台充电器的成本增加在 15-20 元，难于被消费者接受，而科大充电器采用了一种非常巧妙的方法实现了这一功能，当环境温度在 15-30 ° C 常温时，充电电压变化不大，在这个范围之上每上升 10 ° C ，最高充电电压将下降 0.2V 左右，反之在这范围之下温度下降 10 ° C ，最高充电电压会上升 0.2V 左右。在这样温度校正的基础上，加上有效脉冲使充电器具备了完善的功能。

六．充电器阶段设置详细说明

阶段设置
外特性
功能说明

第一阶段

预备阶段
充电正常进行， CPU 不接受采样信号也不发出指令
避免在插拔时对 CPU 产生干扰，使 CPU 发出错误指令

第二阶段

快充阶段
随着电压的平稳升高，电流缓慢下降
当极化现象较小时，选择较高的充电电流可以提高充电速度。该阶段有限时保护设置

第三阶段

压升脉冲阶段
脉冲加入，电压继续上升，脉冲峰值电流基本平稳
通过有效的脉冲设置，消除极化作用的影响

第四阶段

恒压脉冲阶段
电压不再继续上升，脉冲峰值电流下降速度加快
该阶段采用计时停止，可以有效避免电池热失控

第五阶段

涓流浮充阶段
进入涓流浮充状态
此阶段可根据用户要求取舍

　　在该产品的研制过程中，我们一直着眼于未来的市场，对开关电源线路、采样线路和智能控制线路进行了反复优化，得到了目前这种非常简洁的线路形式，使其做到高品质、低价格，最近在此充电器的基础上又为电动摩托车研制成功了 36V6A 智能均衡充电器，在我们和广大同仁的共同努力下，电动车的明天会更好。

作者: 老顽童 时间: 2007-10-13 21:49
把机密都公开啦。

作者: 消息灵通人士 时间: 2007-10-13 22:45
当初大家都看到温度变化造成不转灯,引起热失控制,所以就都考虑怎么加上温度传感器,然后充电进程根据温度变化进行调整,结果就遇到了成本和采样点设置的多种难题.而我设想出了这种充电模式,用低的多的成本,高的多的可靠性解决了这一问题,所以还是非常佩服自己的.
这个功能现在是被嫁接到了修复仪上,可以用于电池容量检测后的补充电之用,也可以用于电池寿命期内的均充保养,因为这些电池五花八门,且普遍不处在寿命的前期,因此采用此功能可以有效的减少热失控发生的机率.

[ 本帖最后由消息灵通人士于 2007-10-13 22:47 编辑 ]

作者: 吾心飞扬 时间: 2007-10-13 22:57
温度补偿不是新东西，现在的充电器都有，关键是要做到低成本和精确，能否公布科大充电器不同温度时的温补数据，最好是零下30度到50度各点数据

作者: 消息灵通人士 时间: 2007-10-13 23:06

原帖由 吾心飞扬 于 2007-10-13 22:57 发表
温度补偿不是新东西，现在的充电器都有，关键是要做到低成本和精确，能否公布科大充电器不同温度时的温补数据，最好是零下30度到50度各点数据

这文章好象是发表在01或02年的<中国自行车>杂志上，我在当时就已经公开了这个设计思想。
你肯定没看懂这篇文章中关于温度补偿的重点在哪里，你再仔细看看。

作者: 吾心飞扬 时间: 2007-10-13 23:22
重点简单地说就是升降电压

这个论坛每个人都知道，关键是精度，要做到低成本高精度比较难

作者: 消息灵通人士 时间: 2007-10-14 07:24

原帖由 吾心飞扬 于 2007-10-13 23:22 发表
重点简单地说就是升降电压这个论坛每个人都知道，关键是精度，要做到低成本高精度比较难

只知其一不知其二.再给你一天时间,仔细看一遍,如果还没弄明白,我再给你解释,我相信你的技术能力,不是看不懂只是没有仔细看而已.

作者: 科大腾羚 时间: 2007-10-14 09:12

原帖由 吾心飞扬 于 2007-10-13 23:22 发表
重点简单地说就是升降电压这个论坛每个人都知道，关键是精度，要做到低成本高精度比较难

主要是大家都很浮燥，静不下心来看技术文章，其实上面写的很清楚的，相信会有人看的明白。

作者: zmg666666 时间: 2007-10-14 10:27
当环境温度在 15-30 ° C 常温时，充电电压变化不大，在这个范围之上每上升 10 ° C ，最高充电电压将下降 0.2V 左右，反之在这范围之下温度下降 10 ° C ，最高充电电压会上升 0.2V 左右。在这样温度校正的基础上，加上有效脉冲使充电器具备了完善的功能。

这个办法对充新或者旧电池都能大大减少热失控发生的可能性

36121的数字式温度控制方式是最好的，但没能普及。科大的方式算是达到目的成本降低。虽然没那么精确，但足够了

作者: 清风明月 时间: 2007-10-15 09:47
最典型的就是36121.最成功的要算科林了，科林新版改变了老版热敏电阻安装在PCB板上影响精度，能够做到3x-4x元的低价格

作者: 消息灵通人士 时间: 2007-10-15 11:24

原帖由 吾心飞扬 于 2007-10-13 23:22 发表
重点简单地说就是升降电压这个论坛每个人都知道，关键是精度，要做到低成本高精度比较难

给你讲个故事，某大学里有一校花，为人高傲，虽然有无数男生向其求爱，都被他骂了回来。于是一个宿舍7个同学打赌，谁能向该花求爱，而不挨骂，则其余同学一人输给他一瓶啤酒，如果过挨了骂，则输给其他同学一人一瓶啤酒，商议良久，一个长象一般，身材矮小的同学站了起来，说“你们如果说话算数的话，这个事我能办成”，大家都觉的不可思议，马上说，啤酒的事肯定算数，于是该矮个男生在中午去食堂的路上截住了该花，说到：“我很仰慕你，特向你求爱，如果你答应的话，就请骂我吧”，花先是一楞，转而大笑，旁边6个同学看的目瞪口呆，心甘情愿的交出了六瓶啤酒。
事后，矮个男生说：我的目的是6瓶啤酒，而不是花的爱，而你们却想当然的认为想得到6瓶啤酒必须得到花的爱，所以，你们不如我。

从这个故事，我们知道，真正了解自己想要什么是非常重要的。

具体到这件事，我们的目的是防止热失控和充电不足，如果只是把眼睛盯如何感知温度和如何根据温度变化充电参数上，你们就永远拿不到那六瓶啤酒。

再给你一天时间，仔细学习。

作者: 清风明月 时间: 2007-10-15 19:02
温度补偿的目的本来就是为了夏天防止过充电热失控，解决冬天充电不足问题，如果补偿不足或过度上述问题就不能完全解决，不过有总比没有要好，如果能达到一定精度当然最好了

作者: 科大腾羚 时间: 2007-10-15 21:53

原帖由 清风明月 于 2007-10-15 19:02 发表
温度补偿的目的本来就是为了夏天防止过充电热失控，解决冬天充电不足问题，如果补偿不足或过度上述问题就不能完全解决，不过有总比没有要好，如果能达到一定精度当然最好了

温度补偿可以防止因温度变化而引起的热失控和充电不足，但是否解决因温度变化而引起的热失控和充电不足只能用温度补偿的方法呢？

悬念继续保留，请注意上面关于6瓶啤酒的故事。

作者: 夜猫 时间: 2007-10-16 15:50
看明白了，目的不同效果当然也不同

作者: 夜猫 时间: 2007-10-16 15:53
如果只看到消费者口袋里的钱而不是为用户提供优质产品的话，

作者: 消息灵通人士 时间: 2007-10-17 14:24
其实大家只注意了我文章中"温度矫正"一节，事实上，其实原理就是应用了热敏元件，因此其矫正的程度是有限的，只是我们设计上的一个无成本的补充而已。

这会没空，晚上或明天我给大家仔细分析一下这款充电器的设计要点。

作者: 夜猫 时间: 2007-10-17 14:45
如果不要求精度不用热敏电阻好了，半导体材料本身就有温度特性不用成本就能实现温度补偿

作者: 消息灵通人士 时间: 2007-10-17 15:29

原帖由夜猫于 2007-10-17 14:45 发表
如果不要求精度不用热敏电阻好了，半导体材料本身就有温度特性不用成本就能实现温度补偿

我们大家是在做商品而不是在做科研成果，二者很多时候是统一的，但有时侯也会有一定程度的分离，区别就在于商品必须是有人买和能卖出去的，而科研成果则有可能不受这个限制。而左右产品能否卖出去的因素是什么呢？绝大多数人都会脱口而出——性价比，错，是让度价值，关于让度价值的概念可能很多搞科研的朋友并不了解，回头如果大家有兴趣，我也有时间的话，可以和大家探讨这个问题。

其实，我们这款产品最终是失败了的，原因就是我们把其作为了一项科研来搞，而忽视了市场的需求，只重视了其性能价格比，而没有注意到其让度价值的不足。

[ 本帖最后由消息灵通人士于 2007-10-17 15:45 编辑 ]

作者: 消息灵通人士 时间: 2007-10-18 10:37
这个设计的关键在于计时停止。
其实三段式充电是一个很不错的充电模式，如果加上温度补偿其模式应该说是相当完美的，但世间本来就没有十全十美的事，温度补偿的可靠性问题，成本问题以及温度测试时的采样点设置的问题，都会使我们在设计时增加考虑，并且难以得到满意的结果。
但是我们换个思路呢？
我们加温度补偿的目的无非是在温度变化时，改变充电第二阶段和第二阶段时间转换的条件，具体说就是温度高时，切换电流调高，温度低时切换电流调小，我刚开始考虑这个问题的时候，就陷入了这种思维的怪圈，如我前面讲的赌啤酒的故事，一门心思想着如何得到校花的爱，结果总是没有头绪。
直到有一天，我才忽然意识到，我进了一个自己遇先设置的壁垒之中，不能自拔，第二阶段转第三阶段一定要用残余电流来指示吗？其实做过电池的人都知道，同一配方和工艺的电池，在初充电电流和最高充电电压一定的情况下，其第二阶段的时间是一个受温度影响不大的定值，比如我们定第二阶段时间是3小时，当温度高时，到时间切换时残余电流就会增大，而温度低时正相反。
那么大家看到了，我们原来是希望温度高时，残余电流大些切换第三阶段，温度低时相反，那么我们上面的设计在没有测试温度的情况下就完成了这一任务。
下面可能会有人提出异议，随着温度变化，切换电流的变化是有规律可循的，你这么粗放的做法符合这一规律吗？
首先我们通过实验可以找到一个理想的时间控制点，比如我做的实验0.2C充电是3-3个半小时，这一设计还有一个好处，就是不需要象切换电流那样的精确控制，时间在一个比较大的区间内变化对切换时的残余电流影响都不是很大，这就是使设计和控制变的简单。
在这个设计中，我们通过脉冲加入，使充电电压降低，这样就可以减少失水，同时使第二阶段时间设置长一些，也不会对电池产生伤害。
事实上给充电设置这些功能在有单片机参与的情况下是没有技术难度的，就象赌那六瓶啤酒一样，没有任何技术难度，任何人都能做，但事实上真正做成的并不多，原因就在于自己不能打破自己的思维定势。

[ 本帖最后由消息灵通人士于 2007-10-18 10:40 编辑 ]

作者: 科大腾羚 时间: 2008-1-6 14:42
顶一下

作者: bbbb_1978 时间: 2008-6-3 19:43
提示: 作者被禁止或删除内容自动屏蔽

作者: 消息灵通人士 时间: 2008-6-3 20:49

原帖由 bbbb_1978 于 2008-6-3 19:43 发表
有产品吗，便携地

已经不生产了.

作者: 科大腾羚 时间: 2008-10-14 09:39

再顶！！！！！

作者: 科大腾羚 时间: 2008-10-17 09:13
顶起！！！！！

作者: 幻鹰枫 时间: 2008-10-17 10:27
提示: 作者被禁止或删除内容自动屏蔽

作者: 科大腾羚 时间: 2008-10-17 11:59
哈哈管我呀就顶

作者: 幻鹰枫 时间: 2008-10-17 12:03
提示: 作者被禁止或删除内容自动屏蔽

作者: 科大腾羚 时间: 2008-10-17 13:26

我可不牛。我很低调

作者: rupolo 时间: 2008-10-17 22:15

作者: 信阳得康 时间: 2008-10-17 22:41
帮顶！
猛一看以为是近期的帖子，仔细一看又眼熟。nnd的是去年的帖子被牛顶了，不过不是楼主的帖子不是灌水贴

作者: 科大腾羚 时间: 2008-10-20 08:59
没关系，有问题大家一起交流呀。呵呵。不过我可不是牛，我是猫哈哈

作者: 科大腾羚 时间: 2008-10-21 10:25
科大腾羚蓄电池门市专用设备
因为专业，所以卓越
www.kedany.com

作者: 科大腾羚 时间: 2008-10-22 08:46
科大腾羚蓄电池门市专用设备
因为专业，所以卓越
www.kedany.com

作者: 科大腾羚 时间: 2008-10-27 09:41
顶贴！！！！！

作者: 科大腾羚 时间: 2008-10-28 09:14

原帖由 信阳得康 于 2008-10-17 22:41 发表
帮顶！
猛一看以为是近期的帖子，仔细一看又眼熟。nnd的是去年的帖子被牛顶了，不过不是楼主的帖子不是灌水贴

呵呵温故而知新嘛

欢迎光临电动车论坛 (http://ev5s.cn/bbs/)