跟着各种蓄电池的广泛运用，快速充电技术现已引起人们的广泛注重。传统的充电办法充电时刻过长，且因为充电进程过于简略而会使蓄电池寿数缩短，因而现已面对筛选。相应的，一些新的快速充电办法开端出现，并已运用于出产实践中。一起，充电电源的开展也十分敏捷，在大功率充电范畴，开关电源开展敏捷，现已开端逐渐代替传统的相控电源。本文中从快速充电原理、充电办法、充电电源以及充电操控的完成等视点，对快速充电技术进行了讨论。
1 快速充电原理
蓄电池的品种许多，现在运用最广的主要是密封铅酸蓄电池和镍镉电池。这2种蓄电池的充放电原理都是相同的，即都是经过化学反响发生正负离子构成电流。
电池在充放电的进程中会发生氧气，在密封式蓄电池中，这些正极发生的氧气能够经过隔阂和气室被负极吸收，整个化学反响构成一个循环的反响办法。就密封式电池而言，它的内压有限，因而负极的吸收速度也是有限的。假如充电电压过高，正极发生氧气的速度过快，负极的吸收速度跟不上氧气的发生速度，长时刻之后必定形成电池失水，然后诱发电池的微短路硫酸化等失效现象，危害电池的质量，缩短其运用寿数。一起高速率充电时电池的极化会形成电池内部压力上升，电池温度上升，电池内阻升高，这不只会缩短电池寿数，而且有或许对电池形成永久性伤害。蓄电池的这一化学反响原理是研讨拟定快速充电办法的底子。一方面，快速充电要尽量加速电池的化学反响，使充电速度得到最大的进步;另一方面，又要确保负极的吸收才能，使其能够跟得上正极氧气发生的速度，一起要尽或许消除电池的极化现象。
进步蓄电池的化学反响速度有2种办法，一是改善蓄电池的结构以下降其内阻和进步反响离子的分散速度，二是改善蓄电池的充电办法。本文中对充电办法作了要点论说。
2 充电办法
不同品种的蓄电池，具有不同的充放电曲线，其相应的充电办法也有很大的不同。在研讨详细的充电办法时，要考虑到这一点以挑选适合的办法。 以铅酸蓄电池为例，传统的充电办法（恒流充电或恒压充电）因为自身的坏处，已根本被筛选。现行的充电办法大都是使其充电曲线尽或许地模仿蓄电池的最佳充电曲线。 60年代中期，美国科学家马斯（J.A.MAS）提出了以最低出气率为条件的蓄电池可承受的充电电流曲线，即任一时刻蓄电池能承受的充电电流为 I=I0expAt 式中：I0为初始充电电流;A为充电承受比;t为充电时刻。
图1示出蓄电池的最佳充电曲线。能够看出，充电电流随时刻按指数规率下降。
图1 蓄电池的最佳充电曲线
1）假如充电电流作业在N区，则电流过大，会导至温升，在充电电压过高时会有很多气体分出，会对电池形成损坏。
2）假如充电电流作业在M区，是可承受的，但充电时刻不能到达最短。
3）假如充电电流沿着曲线轨迹改变，是抱负的充电状况。实验证明，假如充电电流按这条曲线改变，能够大大缩短充电时刻，而且对电池的容量和寿数也没有影响。这条充电曲线即为最佳充电曲线。
分级定流充电法和脉动式充电法的根本思想便是使其充电曲线尽或许地模仿最佳充电曲线。图2是分级定流充电法中三级充电法的充电曲线图，图3是脉动式充电曲线图。在现在蓄电池充电机的商场中，分级定流充电法得到了广泛地运用。脉动式充电法大多数是选用脉冲充电法和分级定流充电法相结合的办法，将充电进程曲线分为几段，每段别离采纳恒流脉冲充电或恒压脉冲充电。
图2 蓄电池的三级充电法
图3 蓄电池的脉冲充电法
厦门大学的陈体衔教授近2年提出间歇充电法，其特色是将恒流充电段改为限压变电流间歇充电段。充电前期的恒电流充电段选用最佳充电电流，取得绝大部分充电量;充电后期选用定电压充电，取得过充电量，将电池康复至彻底放电态。图4是选用变电流间歇充电法的电压为6V、容量为4Ah的彻底放电态电池（荷电态为0）的充电曲线。这一曲线形象地表明晰变电流间歇充电的进程。
图4 变电流间歇充电曲线
笔者以变流间歇充电为根底，提出了变压间歇充电法。这种充电办法是把变流间歇充电中的变流改为变压，经过间歇停充，使蓄电池化学反响发生的氧气有时刻被从头化合吸收掉，然后减轻了蓄电池的内压，使蓄电池能够吸收更多的电量。变压充电更契合蓄电池的最佳充电曲线。这是因为：
1）蓄电池的容量在运用大电压恒充后现已得到很大的弥补，再次充电时运用相同的电压恒充，电池自身的承受才能已有了必定的约束，充电功率会下降。选用下降一级的电压进行恒充，就等所以在电池现已下降承受才能的状况下用最适合此刻承受 才能的电流充电，因而充电作用显然是最好的。
图5 蓄电池的等效模型
2）在研讨充电动态特性时，能够将电池近似地看为一个大 电容和一个小电阻，用图5的简略模型表明。其间：U是充电电压，IC是充电电流。 ICRs+UC=U 其间 IC=CdUC/dtUC=a+bexp（-t/T） 则 %&&&&&%=dexp（-t/T） 其间：a，b，d为常数;T为时刻常数，T=RsC。在恒压充电期间，电池等效内阻Rs近似不变，则充电电流按指数规则衰减。 图6是变压间歇充电的曲线图，和图1比较较能够看到，这种充电曲线能够充沛模仿最佳充电曲线。实验成果验证，这种充电办法确实能够有效地进步充电的速度和功率。
图6 变电压间歇充电曲线
3）从工程视点来看，恒压操控更简略完成。
3 充电电源
现在商场上有许多充电集成电路，但大多是针对小功率充电器的，大功率充电器则需求自行规划相应的充电电源。传统的充电电源主要是相控电源，因为包含工频变压器形成电源自身体积较大，且功率损耗也很大。开关电源因为开关频率比较高，所以有体积小、重量轻、损耗小和功率高级特色。开关电源的开展十分敏捷，其运用也日益广泛，有逐渐替代传统电源的趋势。笔者依据体系的要求，规划了30kHz的高频开关电源作为充电电源。高频电源中的损耗主要有导通损耗、开关损耗、截止损耗和磁芯损耗，其间导通损耗和开关损耗占有很大的比重。为了有效地下降开关损耗和导通损耗，挑选IGBT作为功率开关管。IGBT是一种新式复合器材，它集双极型功率晶体管和MOSFET的长处于一体，具有电压型操控、输入阻抗高、驱动功率小、操控电路简略和元件容量大等长处。功率开关管的驱动电路选用专用的IGBT驱动集成电路EXB841，用于驱动大容量、高速IGBT（容量在300A，1200V以下，频率在40kHz以下）的专用驱动芯片;它由扩大部分、过流维护部分和5V电源基准部分组成。过流维护部分完成过流检测和延时维护功用，能够供给+15V和-5V2种电压，以满意IGBT注册时所需的正偏压和关断时所需的负偏压。
在体系中，规划了移相式零电压全桥逆变电路，其电路原理图和波形图见图7。这种变换器是在恒频变换器和移相操控谐振变换器两者的根底上开展起来的，它使用变压器的漏感和开关管的寄生电容来完成零电压;选用移相操控，每相桥臂的导通相差一个移相角。体系中选用的移相操控芯片是美国Unitrode公司出产的UC3875。
图7 移相式零电压开关的全桥变换器结构（a）和操控波形（b）
同一般的全桥电路比较，电路中添加了一个谐振电感Lr，在4个功率开关管上并联了一个电容Ci（i=1，2，3，4），Ci含开关器材的寄生%&&&&&%。开关管的操控波形如图7（b）所示。其间的3，1，4，2段即死区时刻，除死区时刻外，电路中总是有2个开关管一起导通，共有4种组合：2和3，3和1，1和4，4和2;循环往复地作业。其间的2和3，1和4组合为全桥逆变电路，输出能量;3和1，4和2不输出能量。调理这2类组合的时刻份额，即调理移相角，就能够完成输出信号的调理。电路的谐振发生在4种组合彼此转化的死区时刻内，每一开关周期有4次。
逆变电路参数的不同，使相位超前的桥臂开关S1和S2简略完成零电压导通，而相位滞后的桥臂开关S3和S4不太简略完成零电压导通。这就要求相应电感的选取要契合必定的条件，以满意体系谐振的要求。
进行了电源移相操控测验实验（图8）。实验成果表明，在负载必定的状况下，移相操控角由0～180°的调整，能够线性地调整电源输出电压。当移相操控角为0°时，电源输出电压为0，充电电源中止输出电流;当移相操控角为180°时，电源输出电压和输入电压根本共同，此刻充电电源的输出电压最大。
经过功率变换器后的输出波形见图9（a），经过高频变压器后的波形与其相同。经整流输出后的波形如图9（b），是移相操控角为90°，变换器前置直流电压50V时的状况，这种状况下的输出电压波形挨近占空比为50%的方波。
图8 移相操控角与输出功率和输出电压的联系 （a）功率变换器输出波形（变压器次级输出波形）（b）电源高频整流输出波形
图9 测验实验中的输出波形
4 含糊操控器结构规划
体系选用了变压间歇充电法，能够当令改变充电及其间歇进程。体系经过实时操控其充电间歇进程收集蓄电池端电压。当蓄电池到达预订的停充电压时，中止充电并间歇预订的时刻，然后体系调整进入下一阶段的充电进程。恒压充电进程，选用笔者提出的含糊操控办法，即在每一个恒压阶段，依据输入变量的改变进行含糊推理，决议输出变量的改变量，使充电电压坚持稳定。
含糊操控器的根本结构见图10。挑选蓄电池端电压的差错e和差错改变率e?作为含糊操控器的输入量，挑选移相操控角作为输出变量。体系经过实时收集蓄电池的端电压，计算出差错和差错改变率，经折算后判别其所在的状况，进行含糊推理，再经明晰化，取得操控量U，经过调整移相操控角的巨细，即可调整充电电压的巨细。整个规划进程包含3个部分：准确含糊化，含糊推理和操控量的明晰化。
图10 蓄电池含糊操控器的根本结构图
关于准确含糊化，在此作一阐明。本体系选定蓄电池端电压Ud的差错e（e=Ur，Ur为给定电压）及差错改变率e 作为含糊操控器的输入变量，移相操控角作为含糊操控器的输出言语变量。因为差错和差错改变率实践改变规模很大，需将它们转化到固定区域内。端电压在充电进程中总处于上升阶段，因而e的改变规模只选正半部分;考虑到差错改变率在挨近出气点时数值很大，含糊言语变量能够考虑再添加PVL（正向十分大的改变）。因而e的言语变量选 PS，PM，PL，PVL;e? 的言语变量选NS，ZE，PS，PM，PL，PVL。再依据实践状况，确认输入言语变量的量化因子，输出言语变量的份额因子和从属函数。
5 结束语
快速充电办法确实定与充电作用有着亲近的联系，在规划充电体系时，需求依据充电目标和体系要求确认适合的充电办法，一起依据体系要求挑选相应的充电%&&&&&%，或许规划相应的充电电源和充电电路。
