鉛酸蓄電池脈沖修復器的研究

張芯語

（黑龍江科技大學 電氣與控制工程學院，黑龍江 哈爾濱 150022）

0 引 言

鉛酸蓄電池應用于電動汽車、電力系統、通信基站以及各種供電設備的備用電源[1]。然而，大多數鉛酸蓄電池由于運行狀況惡劣、使用不合理等因素，導致其容量下降而提前失效[2]。鉛酸蓄電池過早報廢不僅會導致資源浪費，增加用電設備的維護更換成本，而且會造成環境污染[3]。因此，對硫化的蓄電池進行修復具有重要意義。

1 鉛酸蓄電池的工作及硫化原理

鉛酸蓄電池由正負極板、隔板、電解液和極柱等結構組成。它的正極活性物質為二氧化鉛，負極活性物質為海綿狀鉛。放電時，正極得到電子生成硫酸鉛，負極失去電子生成硫酸鉛，從而從負極板不斷產生電子傳到正極板產生電流。充電時，硫酸鉛又重新轉化成二氧化鉛和海綿狀鉛[4-7]。

總反應化學方程式：

鉛酸蓄電池硫化是指放電過程中產生的硫酸鉛在放電完成后沒有及時轉化成活性物質鉛和二氧化鉛。這些未經轉化的硫酸鉛會逐漸在極板上轉化成堅硬粗大的硫酸鉛結晶，而這些結晶在充電時不僅不能重新轉化成活性物質鉛和二氧化鉛，而且會阻礙電解液的滲透，增加蓄電池內阻，進而導致鉛酸蓄電池失效[8-10]。

脈沖修復電路的原理是通過硬件電路產生高頻脈沖修復波形，利用脈沖修復波形和硫酸鉛結晶體產生共振，從而擊碎硫酸鉛結晶，使其轉化成能參與反應的小顆粒硫酸鉛，從而達到修復的目的。

2 脈沖修復硬件電路設計

2.1 修復電路原理圖

圖1為脈沖修復電路的框圖。該電路由反激供電電路、脈沖修復電路以及單片機控制電路組成。基本工作原理：市電經整流橋整流電容濾波后變成311 V直流，311 V直流電經反激電路降壓變為13.8 V充電電壓，再經過單片機控制的脈沖修復電路產生脈沖修復波形對蓄電池進行修復。

圖1 修復電路框圖

修復電路原理如圖2所示，其中R1、C2和D1構成RCD吸收電路。抑制開關過程中，由于漏感過大而形成過電流。通過合理選擇參數，使在Q1關斷過程中R1恰好消耗漏感的能量從而抑制電流尖峰，通過控制Q2的開通和關斷來形成高頻脈沖修復波形，對蓄電池進行修復。

2.2 控制電路的設計

本文反激電路的控制電路選用峰值電流模式的控制方式。具體地，選用UC3843作為反激電路的PWM控制器。UC3843內部包括5 V基準源，用于誤差放大和峰值電流比較，并可以提供最大1 A電流的驅動電路，可以直接驅動Q1管。對UC3843外部電路設計，如圖3所示。其中，US、IS分別為反饋的輸出電壓和Q1管上的電流信號，R1、C1構成補償網絡對反饋電壓進行補償，R2、C2決定了輸出驅動波形的頻率，Vref為5 V基準源，OUT引腳輸出驅動信號給反激電路的Q1管。

圖2 修復電路原理圖

圖3 UC3843外圍電路的設計

脈沖修復電路的控制流程，如圖4所示。

3 實驗驗證

鉛酸蓄電池脈沖修復電源工作時，用示波器測得的驅動波形和輸出電流波形如圖5所示。

圖5 實驗波形

4 結 論

研制了一臺鉛酸蓄電池脈沖修復電源。前級反激電路通過峰值電流模式控制產生穩定的電壓，限制MOS管流過的峰值電流保護MOS管；后級經單片機控制產生脈沖修復波形與大顆粒硫酸鉛晶體發生共振達到修復目的。實驗驗證，該電源對于硫化的鉛酸蓄電池具有良好的修復效果，降低了鉛酸蓄電池的報廢率。

圖4 脈沖修復電路控制流程圖