科大腾羚修复仪中恒压充电功能的介绍

消息灵通人士

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。

老顽童

把机密都公开啦。

消息灵通人士

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 ]

吾心飞扬

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

消息灵通人士

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。

吾心飞扬

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

消息灵通人士

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.

科大腾羚

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。

zmg666666

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

清风明月

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