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镍氢电池充电电源控制模式的研究

郭霁方  
【摘要】: 随着电池技术的发展,充电技术也在不断更新,充电技术的更新不仅满足了对新型电池的充电要求,更重要的是提高了充电的质量,延长了蓄电池的使用寿命。自镍氢电池问世以来,由于各种技术条件的限制,所采用的传统充电方法均未能遵从电池内部的物理化学规律,使整个充电过程存在着严重的析气和过充现象,对电池使用寿命造成不利的影响。本文在对镍氢电池充电所应采取的控制模式深入分析的基础上,提出一种基于PWM技术的镍氢电池充电系统,其中包括硬件电路及软件的设计方案。 首先,文中详细分析了镍氢电池充电过程中的理化机理,分析了镍氢电池充电过程中的物理化学变化并指出了镍氢电池在充电过程中所特有的双峰效应。基于电化学理论对镍氢电池充电过程中的极化现象进行了讨论,并分析了其产生的原因以及提出了相应的应对策略。 其次,本文对充电电源的主电路、检测电路、控制回路等电路进行了设计,对主要原件进行了选择以及对变压器等器件进行了参数计算。建立了主电路的开环模型并对主电路进行了仿真并分析,以便于对控制策略进行优化设计。控制回路采用单片机进行控制,镍氢电池的电压、电流、温度通过采样电路送给单片机,通过数字PID算法,实现对输出PWM波占空比的控制。 本文对镍氢电池的总体控制策略以及快速充电策略进行了深入的研究,在分析各种控制模式的基础上,根据本系统的要求选择了以电压负增量为主要判断方法的快速充电终止控制模式。分析了软件设计的一般要求,在分析的基础上进行了系统软件的设计,给出了软件设计的总体流程和各阶段子程序的流程。 最后,对镍氢电池充电系统进行了实验分析,在实验的基础上确定了脉冲充放电的分段电流、幅值、放电脉宽、前后停歇时间等参数。按照前面确定的参数对该充电电源进行了实验研究,实验结果说明,该系统能够去除电池充电过程中的极化效应,提高了镍氢电池的充电效率,充电过程安全可靠,缩短了充电时间。表明上述设计方式和方法的实用性和可行性。


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