铅酸蓄电池脉冲修复器的研究

张芯语

（黑龙江科技大学 电气与控制工程学院，黑龙江 哈尔滨 150022）

0 引 言

铅酸蓄电池应用于电动汽车、电力系统、通信基站以及各种供电设备的备用电源[1]。然而，大多数铅酸蓄电池由于运行状况恶劣、使用不合理等因素，导致其容量下降而提前失效[2]。铅酸蓄电池过早报废不仅会导致资源浪费，增加用电设备的维护更换成本，而且会造成环境污染[3]。因此，对硫化的蓄电池进行修复具有重要意义。

1 铅酸蓄电池的工作及硫化原理

铅酸蓄电池由正负极板、隔板、电解液和极柱等结构组成。它的正极活性物质为二氧化铅，负极活性物质为海绵状铅。放电时，正极得到电子生成硫酸铅，负极失去电子生成硫酸铅，从而从负极板不断产生电子传到正极板产生电流。充电时，硫酸铅又重新转化成二氧化铅和海绵状铅[4-7]。

总反应化学方程式：

铅酸蓄电池硫化是指放电过程中产生的硫酸铅在放电完成后没有及时转化成活性物质铅和二氧化铅。这些未经转化的硫酸铅会逐渐在极板上转化成坚硬粗大的硫酸铅结晶，而这些结晶在充电时不仅不能重新转化成活性物质铅和二氧化铅，而且会阻碍电解液的渗透，增加蓄电池内阻，进而导致铅酸蓄电池失效[8-10]。

脉冲修复电路的原理是通过硬件电路产生高频脉冲修复波形，利用脉冲修复波形和硫酸铅结晶体产生共振，从而击碎硫酸铅结晶，使其转化成能参与反应的小颗粒硫酸铅，从而达到修复的目的。

2 脉冲修复硬件电路设计

2.1 修复电路原理图

图1为脉冲修复电路的框图。该电路由反激供电电路、脉冲修复电路以及单片机控制电路组成。基本工作原理：市电经整流桥整流电容滤波后变成311 V直流，311 V直流电经反激电路降压变为13.8 V充电电压，再经过单片机控制的脉冲修复电路产生脉冲修复波形对蓄电池进行修复。

图1 修复电路框图

修复电路原理如图2所示，其中R1、C2和D1构成RCD吸收电路。抑制开关过程中，由于漏感过大而形成过电流。通过合理选择参数，使在Q1关断过程中R1恰好消耗漏感的能量从而抑制电流尖峰，通过控制Q2的开通和关断来形成高频脉冲修复波形，对蓄电池进行修复。

2.2 控制电路的设计

本文反激电路的控制电路选用峰值电流模式的控制方式。具体地，选用UC3843作为反激电路的PWM控制器。UC3843内部包括5 V基准源，用于误差放大和峰值电流比较，并可以提供最大1 A电流的驱动电路，可以直接驱动Q1管。对UC3843外部电路设计，如图3所示。其中，US、IS分别为反馈的输出电压和Q1管上的电流信号，R1、C1构成补偿网络对反馈电压进行补偿，R2、C2决定了输出驱动波形的频率，Vref为5 V基准源，OUT引脚输出驱动信号给反激电路的Q1管。

图2 修复电路原理图

图3 UC3843外围电路的设计

脉冲修复电路的控制流程，如图4所示。

3 实验验证

铅酸蓄电池脉冲修复电源工作时，用示波器测得的驱动波形和输出电流波形如图5所示。

图5 实验波形

4 结 论

研制了一台铅酸蓄电池脉冲修复电源。前级反激电路通过峰值电流模式控制产生稳定的电压，限制MOS管流过的峰值电流保护MOS管；后级经单片机控制产生脉冲修复波形与大颗粒硫酸铅晶体发生共振达到修复目的。实验验证，该电源对于硫化的铅酸蓄电池具有良好的修复效果，降低了铅酸蓄电池的报废率。

图4 脉冲修复电路控制流程图