电脉冲法在电池激活中的探讨

刘知云

（苏州旅游与财经高等职业技术学校，江苏 苏州 215000）

铅酸蓄电池最早是在1859年由普兰特发明的，从此铅酸蓄电池作为最主要的稳定电源和直流电源，使用广泛。它们的身影，活跃在电信、电力、金融、汽车、铁路、广播电视、太阳能、风能、国防等各行各业。铅酸蓄电池的主要成分是铅和硫酸，它们都是污染土壤和水，进而损坏人体健康的罪魁祸首。例如长期放置不用或经常充电不足、过度放电等，负极上就会逐渐形成一种粗大坚硬的硫酸铅结晶，这种硫酸铅结晶在常规的充电方式下很难分解，我们称这种现象为“不可逆硫酸盐化”，它引起蓄电池的内阻增大、容量下降。它的形成主要是硫酸铅的重结晶，导致粗大结晶形成后溶解度减少，这样电池就很容易报废。

现行小型密封蓄电池容量衰退的主要问题是“失水”和“硫酸盐化”，这两种情况都与充电器有直接的关系，过充电则易导致“失水”，欠充电则易形成“硫酸盐化”，如何确定一种合理的充电方式，同时又能较好地控制充电器成本，不使已经“过高”的电动车价格雪上加霜，各主要电动车企业都十分关心这个问题。相比而言较为理想的是“先恒流，后恒压，再浮充”，这种多阶段充电方式，“失水”较少，而且也不易出现“欠充”或“假充电”情况，其主要缺点是充电时间偏长，充电器制作成本稍高，但我们认为在现阶段采用这种充电器是比较现实的。如何对这些充电困难、容量降低不可使用的蓄电池修复再利用，正是本课题要及解决的问题。

1 系统的整体设计

本系统以P89LPC938单片机为控制核心，结合相应的功能电路，共同实现整个系统所需要完成的功能。使用芯片的A/D转换器对充电器进行恒流、正脉冲充电，负脉冲放电，停10ms检测完成对模拟量的采集，送单片机处理并送显示。使用P89LPC938单片机内部定时器产生脉宽调制的PWM（Pulse Width Modulator）输出，实现对充电器充电过程的模拟，完成对恒压阶段参数的检测。整体电路的原理框图，如图1（一片P89LPC938芯片可以同时控制两回路，文中均标出其中的一回路）所示。

图1 整体电路原理框图

图1电路中,单片机的PWM输出，经过保护电路和光电隔离电路后，驱动充、放电路。充放电过程中的电流，经单片机采样、换算，作为控制参数并送显示，单片机可根据采样参数做出相应控制。键盘是人机交互的接口，用于电路功能的选择，设置充放电的电流。

2 系统详细设计

（1）充放电电路。充放电电路是整个电路的核心部件，主要由如下几个部分组成：桥式整流滤波电路、充电功率驱动电路、放电电路、光电隔离电路、保护电路、PWM输出接口电路。充放电电路框图，如图2所示。

图2 充放电框图

其主要实现功能：①带负脉冲充电阶段，通过P87LPC768单片机的PWM控制，实现充电四阶段：充电500ms，停1ms，负脉冲3ms，检测10ms。其中充电500ms过程要实现恒流充电，并在其间采样充电电流，10ms检测过程中，测电池电压。②均衡放电阶段，也通过PWM的控制，实现放电斜率的自整定可调。③保护电路，其作用是通过硬件来保护功率管，使充电和放电不能同时进行，否则充电和放电功率管不经过蓄电池直通，整个电路将因过流而损坏。

（2）数码管显示电路。为了显示充放电时间和充电电流、放电斜率，我们用到了P89LPC938的串行通信口。在显示电路中利用74LS164八位移位寄存器锁存需要送出的编码,74LS164是一种串行数据输入,并行数据输出的常用做串并数据转换器。CHF4021-4是0.4寸4位动态显示共阴极的数码管，CHF4021-2是0.4寸2位动态显示共阴极的数码管。采用串行接口电路来作为显示电路，占用口线资源少，编程简单，而且其硬件电路的实现也不复杂，用P87LPC768的RxD,TxD选择段码，因为单片机I/O口线有限，可用P1口的三根口线经74LS138三八译码器得到六位片选信号，只要使用五个口线实现了，而普通接法则需要多达14根I/O口线。

（3）键盘接口设计。由于P89LPC938单片机接口有限，而系统却要实现多种功能，因此，在设计时采用了复合键功能，即本系统中的功能键是多种功能的。这样可以简化硬件电路，减少系统硬件资源的使用。

本系统中设立4个按键，分别是功能键、按下自动加1键、按下自动减一键、功能键。功能键是多功能键，依照按下的次数执行相应的功能。当功能键第一次被按下，为充电状态，按确认键可进人充电状态，数码管显示充电电流和充电时间。在充电状态下，按下自动加1键，可设置充电电流大小。再按下功能键为放电状态，按确认键，可进入放电状态，数码管显示放电电流和放电时间。在放电状态下，按下自动加一键，可设置放电电流大小。第三次按下功能键，为清零状态，按下确认键，可清除数码管上充放电时间。

3 结语

蓄电池充电过程的机理极其复杂，本系统是在对其理论研究的基础上在此基础上提出的一种新的组合充电法（正脉冲恒流充电、负脉冲去极化、PWM均衡放电）。该方法最大限度的把电池的容量释放出来。经过均衡放电，调整极板上Pb、PbO2及PbSO4的颗粒大小和松散性，提升电池的容量。本系统的实际修复效果，还有待于大量实验的验证，还有待进一步的完善和发展。