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摘要 电动汽车、电动自行车的发明问世给人们的交通和工作带来了极大的便利，尤其是电动自行车已逐步成为我们生活中不可或缺的便捷工具，它具有清洁、环保、使用灵活等特性，但电动自行车所用的充电器的好坏直接决定了电动自行车的充电效率和电池利用率。本文介绍的脉冲式充电器，采用最新的脉冲充电方式对电池充电，能大大提高蓄电池的充电速率，并可以大大延长电池的使用寿命，使人们的出行更加方便。
关键词 电动自行车；蓄电池充电；脉冲式充电器
中图分类号 TM925 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2012）121-0096-01
电动车是目前世界上唯一能达到零排量的机动车，由于环保的要求，加之新材料和新技术的发展，电动车进入发展高潮。然而，电动自行车电池不耐用，充电频繁成为电动车使用者头痛的问题。同时，电动自行车一次充电饱和，一般可以行驶三十公里以上（因电池容量的不同差异较大），当把电动自行车作为较远距离的交通工具的时候，就没有电返回，而要等到重新充电完毕则要花上好几个小时时间。本次研究就是针对解决电动自行车充电器充电慢的问题而展开研究的，旨在开发用最新的控制IC加脉冲电方式改变充电方式，并可以在较短时间内将电池充好的电动自行车快速充电器。
1 蓄电池的充电理论
1.1 蓄电池充电原理
蓄电池的充放电是可逆的其充放电的化学反应式如式（1）所示：
PbO2+2H2SO4+Pb=PbSO4+2H2O+PbSO4 （1）
显然，充电过程与放电过程是互为可逆的过程，实质上就是一个热力学平衡过程。为保障电池始终维持在平衡状态下充电，应使通过电池的充电电流尽量小一些，为此，理想的充电模式应是外加充电电压等于电池本身的电动势。不过，实践表明，因为电极材料、溶液浓度等各种因素的差别，蓄电池充电时，外加电压必须增大而超过蓄电池的平衡电动势，这就使得电池容易产生极化现象。
1.2 蓄电池的充电方法
脉冲充电方式用脉冲电流对电池充电，然后让电池放电，如此循环，放电脉冲的电流值很大，宽度很窄，通常放电脉冲的幅值为充电脉冲的3倍左右。虽然放电脉冲的幅值与电池容量有关， 但是与充电电流幅值的比值保持不变。脉冲充电方式不会使蓄电池充电产生极化现象，可以延长蓄电池的使用寿命。
2 脉冲式充电器的理论介绍
2.1 脉冲形成电路
由图1可知：cA充电电压略大于1/3 VCCI3时，比较器2输出为低电平，比较器1输出的仍为低电平，R.S触发器输出为低电平，cA继续充电。cA充电电压达到2/3 VCC时，比较器1的同相输出端的电压超过反相输入端，这时比较器2的输出仍为低电平，R.S触发器输出高电平，cA放电。直到其上电压低于1/3Vcc，使比较器2的输出变为高电平，触发器Q输出为低电平，如此继续重复，形成多谐振荡。555多谐振荡器的设计实际上就是采用下述表达式进行RA，RB和cA的选择：
T1=0.693CA（RA+RB） （2）
T2=0.693CARB （3）
图1 555组成的多谐振器
2.2 快速充放电电路
快速充放电电路主要由十进位计数器、比较器、充电管及放电管组成，由图2可知，由555时基电路组成的多谐振荡器的脚3输出一脉冲方波送到CC4017的脚14，CC401的十个输出端将轮流输出高电平。当脚1至脚5输出高电平时，Q4导通，Q5也导通，直流电压通过Q5与R 对电池进行大电流充电（充电电流的大小可通过调节R 值的大小而决定）。当脚6与脚7输出高电平时，Q5与Q6因没有驱动电平而截止，电池两端电压通过R7、R9构成的分压回送到LM358组成的比较器的反相端（同相端固定在某一基准电压上），对电池电压进行比较。当脚9输出高电平使Q6导通，电池电压通过R放进行放电（放电电流的大小由R放的值决定）。当脚10与脚11输出高电平时，进行电池电压检测控制，检测过程中，Q3截止，运放反相端电压与电池电压相等进行检测，在充放电过程中，Q3导通，使在反相输入端电压为零，输出高电平，Q1、Q2导通，给4017与555供电，当电池电压充至额定值时，比较器输出低电平，Q1、Q2截止，充电过程完毕，充电时LE1点亮，充电完毕时，LE1熄灭。本电路的充放电时间比为5：1（充放电的时间比，可根据式（2）与式（3）调整改变）。
根据以上分析可知脉冲充电方式不仅可以防止蓄电池充电时的极化现象，还可以大大加快蓄电池的充电速率，同时还可以根据LE1的亮灭情况观察蓄电池是否充满。
3 结束语
本文分析了蓄电池极化的产生机理，从555组成的多谐振器出发，设计出了脉冲式快速充电器。该充电器提高了电动自行车的充电速率，解决充电器的极化现象，延长蓄电池的使用寿命，使电动自行车的使用更加方便，从而加快了电动自行车的推广和普及，使人们的出行更方便。
参考文献
[1]阎智刚.充电方式对电动自行车用铅酸电池性能的影响[J].2001，6：261-263.
[2]蔡纯洁，邢武.PIC 16/17单片机原理与应用[M].合肥：中国科学技术大学出版社，1997：243-306.
[3]Janjornmanit S，Yachiangkam S.Energy Harvesting from Exercise Bicycle[P].2007 PEDS07 International Conference on Power Electronics and Drive Systems，2007：1138-1140.
关键词 电动自行车；蓄电池充电；脉冲式充电器
中图分类号 TM925 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2012）121-0096-01
电动车是目前世界上唯一能达到零排量的机动车，由于环保的要求，加之新材料和新技术的发展，电动车进入发展高潮。然而，电动自行车电池不耐用，充电频繁成为电动车使用者头痛的问题。同时，电动自行车一次充电饱和，一般可以行驶三十公里以上（因电池容量的不同差异较大），当把电动自行车作为较远距离的交通工具的时候，就没有电返回，而要等到重新充电完毕则要花上好几个小时时间。本次研究就是针对解决电动自行车充电器充电慢的问题而展开研究的，旨在开发用最新的控制IC加脉冲电方式改变充电方式，并可以在较短时间内将电池充好的电动自行车快速充电器。
1 蓄电池的充电理论
1.1 蓄电池充电原理
蓄电池的充放电是可逆的其充放电的化学反应式如式（1）所示：
PbO2+2H2SO4+Pb=PbSO4+2H2O+PbSO4 （1）
显然，充电过程与放电过程是互为可逆的过程，实质上就是一个热力学平衡过程。为保障电池始终维持在平衡状态下充电，应使通过电池的充电电流尽量小一些，为此，理想的充电模式应是外加充电电压等于电池本身的电动势。不过，实践表明，因为电极材料、溶液浓度等各种因素的差别，蓄电池充电时，外加电压必须增大而超过蓄电池的平衡电动势，这就使得电池容易产生极化现象。
1.2 蓄电池的充电方法
脉冲充电方式用脉冲电流对电池充电，然后让电池放电，如此循环，放电脉冲的电流值很大，宽度很窄，通常放电脉冲的幅值为充电脉冲的3倍左右。虽然放电脉冲的幅值与电池容量有关， 但是与充电电流幅值的比值保持不变。脉冲充电方式不会使蓄电池充电产生极化现象，可以延长蓄电池的使用寿命。
2 脉冲式充电器的理论介绍
2.1 脉冲形成电路
由图1可知：cA充电电压略大于1/3 VCCI3时，比较器2输出为低电平，比较器1输出的仍为低电平，R.S触发器输出为低电平，cA继续充电。cA充电电压达到2/3 VCC时，比较器1的同相输出端的电压超过反相输入端，这时比较器2的输出仍为低电平，R.S触发器输出高电平，cA放电。直到其上电压低于1/3Vcc，使比较器2的输出变为高电平，触发器Q输出为低电平，如此继续重复，形成多谐振荡。555多谐振荡器的设计实际上就是采用下述表达式进行RA，RB和cA的选择：
T1=0.693CA（RA+RB） （2）
T2=0.693CARB （3）
图1 555组成的多谐振器
2.2 快速充放电电路
快速充放电电路主要由十进位计数器、比较器、充电管及放电管组成，由图2可知，由555时基电路组成的多谐振荡器的脚3输出一脉冲方波送到CC4017的脚14，CC401的十个输出端将轮流输出高电平。当脚1至脚5输出高电平时，Q4导通，Q5也导通，直流电压通过Q5与R 对电池进行大电流充电（充电电流的大小可通过调节R 值的大小而决定）。当脚6与脚7输出高电平时，Q5与Q6因没有驱动电平而截止，电池两端电压通过R7、R9构成的分压回送到LM358组成的比较器的反相端（同相端固定在某一基准电压上），对电池电压进行比较。当脚9输出高电平使Q6导通，电池电压通过R放进行放电（放电电流的大小由R放的值决定）。当脚10与脚11输出高电平时，进行电池电压检测控制，检测过程中，Q3截止，运放反相端电压与电池电压相等进行检测，在充放电过程中，Q3导通，使在反相输入端电压为零，输出高电平，Q1、Q2导通，给4017与555供电，当电池电压充至额定值时，比较器输出低电平，Q1、Q2截止，充电过程完毕，充电时LE1点亮，充电完毕时，LE1熄灭。本电路的充放电时间比为5：1（充放电的时间比，可根据式（2）与式（3）调整改变）。
根据以上分析可知脉冲充电方式不仅可以防止蓄电池充电时的极化现象，还可以大大加快蓄电池的充电速率，同时还可以根据LE1的亮灭情况观察蓄电池是否充满。
3 结束语
本文分析了蓄电池极化的产生机理，从555组成的多谐振器出发，设计出了脉冲式快速充电器。该充电器提高了电动自行车的充电速率，解决充电器的极化现象，延长蓄电池的使用寿命，使电动自行车的使用更加方便，从而加快了电动自行车的推广和普及，使人们的出行更方便。
参考文献
[1]阎智刚.充电方式对电动自行车用铅酸电池性能的影响[J].2001，6：261-263.
[2]蔡纯洁，邢武.PIC 16/17单片机原理与应用[M].合肥：中国科学技术大学出版社，1997：243-306.
[3]Janjornmanit S，Yachiangkam S.Energy Harvesting from Exercise Bicycle[P].2007 PEDS07 International Conference on Power Electronics and Drive Systems，2007：1138-1140.