一項小研究表明，汽車(chē)鉛酸電池不同于深循環(huán)或固定電池。汽車(chē)電池旨在最大限度地提高啟動(dòng)電流容量，并且對深度放電或浮充(也稱(chēng)為第 3 階段充電循環(huán))反應不佳。起動(dòng)電池的極板結構使表面積最大化，并且電解液比重 (SG) 高于其他電池，以提供高啟動(dòng)電流。與固定電池一樣，允許保持在深度放電狀態(tài)的汽車(chē)電池會(huì )經(jīng)歷永久硫酸化，其中在放電期間產(chǎn)生的小硫酸鉛晶體轉化為穩定的晶體形式并沉積在負極板上。浮充另一方面，汽車(chē)電池很容易引起過(guò)飽和，導致正極板氧化，從而縮短電池壽命。因此，充電電壓和充電周期非常關(guān)鍵，并且對于汽車(chē)和深周期類(lèi)型是不同的;此外，充電電壓應隨環(huán)境溫度以高于 25ºC 每攝氏度 3mV 的速率降低。

圖 1 顯示了第 1 階段和第 2 階段的充電周期。第 1 階段和第 2 階段可以通過(guò)圖 2的電路來(lái)完成，在電流限制中，第 1 階段的充電電流相對恒定，并且隨著(zhù)充電電流降低到第 2 階段的電流限制恒定電壓模式以下。這里的一個(gè)很好的經(jīng)驗法則是即當電流不再減小時(shí)，電池已充滿(mǎn)電。

圖 1 第 1 階段和第 2 階段充電周期



圖 2 原始電源單元 (PSU) 在恒流模式 (CCM) 下運行，直到負載電流降至電流限制閾值以下。調整順序為： 調整 VR2 10k 電位器，使空載條件下 Vout = 14.1V。

硬或永久硫酸鹽化是時(shí)間和放電狀態(tài)的函數，因此如果車(chē)輛不正常使用，建議采取一些方法來(lái)監測電池電壓并在電壓降至低于滿(mǎn)充電電壓的某個(gè)點(diǎn)時(shí)重新開(kāi)始充電過(guò)程. 在設置啟動(dòng)階段 1 充電的設定點(diǎn)時(shí)，請考慮車(chē)輛的放電率。

充電速率、電流、電壓和浮動(dòng)電壓的精確值數據因源而異。然而，大多數來(lái)源的主要收獲是，為了在不縮短其壽命的情況下對電池進(jìn)行最佳充電，不要讓它過(guò)熱，不要發(fā)生硬硫酸鹽化，不要放氣，不要不會(huì )過(guò)飽和。本設計理念試圖使用除烙鐵、螺絲刀和萬(wàn)用表之外的任何設備盡可能簡(jiǎn)單地完成此操作。

這個(gè)怎么運作

圖 3 顯示了完整的電路，該電路提供恒定電壓電流限制操作以完成充電階段 1 和 2，一旦充電電流降低到大約 200mA的穩定值，就會(huì )移除充電電壓，并在電池放電至點(diǎn)低于 12.6V。使用微調電位器允許在設置充電器時(shí)有一定的自由度，以便它可以滿(mǎn)足大多數 12V 汽車(chē)電池的充電要求。

D4 是一種完全可選的嘗試，可根據環(huán)境溫度降低充電電壓。它在實(shí)驗室中運行良好，但它在德克薩斯州炎熱的夏季中表現如何還有待觀(guān)察!一般認為，如果環(huán)境溫度超過(guò) 49ºC/120ºF，則不應進(jìn)行充電，以延長(cháng)電池的使用壽命。

U1 和 Q1 構成恒壓限流電源，VR2 設置最大充電電壓，VR4 設置電流限制。D4 在大約 4mV/ºC 時(shí)提供一些熱降額。

差分放大器 U2 調節電流檢測電阻器 R1 上的信號，并將調節后的信號施加到 U3 的反相輸入端。U3 作為一個(gè)比較器連接，其設定點(diǎn)位于由 VR1 提供的同相輸入端。只要來(lái)自 U2 的負載(充電)電流信號高于設定點(diǎn) U3 的輸出就會(huì )為低電平，從而使 RL1 通電并向電池提供充電電流。設定點(diǎn)應設置為代表最大充電電流的 3-5%。這可以通過(guò)電阻負載或通過(guò)監控電池充電周期并觀(guān)察充電器在什么電流下變平來(lái)完成(圖 1)。根據充電電流和初始充電狀態(tài)，此方法可能需要長(cháng)達 13 小時(shí)左右，但這是更好的方法。一旦充電電流低于設定值，U3 的輸出將變?yōu)楦唠娖讲⒎聪蚱��?D1，從而使 Q2 關(guān)閉，從而使 RL1 斷電。

圖 3 完整修改后的 PSU 電路

PSU 在上述 CCM 模式下運行，直到負載電流降至電流限制閾值以下。當電池電壓降至 12.96V 以下時(shí)，充電周期開(kāi)始，導致 RL1 關(guān)閉。當充電電流降至 200mA 以下時(shí)，充電周期結束，導致 RL1 開(kāi)路。

調整順序

第一步：調整VR2 10k pot 設置Vout = 14.1V 在空載條件下設置恒定電壓

第二步：調整 VR4a/b 1k 電位器以在短路條件下將電流限制設置為所需值

第三步：調節 VR1 10k 電位器打開(kāi)繼電器 1(RL1)，斷開(kāi)電池，當負載電流低于充電電流(或飽和電流)的 3-5% 時(shí)

第四步：當電池電壓降至 12.5 和 12.6V 之間的某個(gè)位置以下時(shí)，調整 VR3 10k 電位器以關(guān)閉繼電器 1 (RL1)。

U4監控電池電壓，也作為比較器連接;然而，它的設定點(diǎn)連接到反相輸入，因此，當電池電壓低于設定點(diǎn)時(shí)，U4 的輸出將變?yōu)榈碗娖�，打開(kāi) Q2，激勵 RL1，并向電池施加充電電流。當電池電壓高于設定值時(shí)，U4 的輸出將變?yōu)楦唠娖讲⒎聪蚱��?D2，從而使 Q2 關(guān)閉并使 RL1 斷電。VR3 用于將電池電壓調整到 VR1 提供的設定值。對電流和電壓使用一個(gè)設定點(diǎn)可以節省幾個(gè)電阻!

U3 和 U4 的輸出經(jīng)過(guò)二極管“或”運算，以便 U3、U4、D1、D2、Q2 和 RL1 與電池形成控制回路，以提供充電周期的自動(dòng)控制。需要調整包含 RL1 和 Q2 的電路中的組件以適應 RL1 的線(xiàn)圈電阻。

可以更改組件值以適應手頭的情況，但應在它們相互作用的地方保持電阻比以允許類(lèi)似的調整范圍。RL1 的一個(gè)不錯的選擇是任何大電流汽車(chē)繼電器，但 Q2 和 RL1 周?chē)�的元件值將取決于 RL1 的線(xiàn)圈電阻。使用的繼電器為 10A、12V 1000Ω 型。

單極開(kāi)關(guān)切換 U5 的輸入以在儀表上顯示電流輸出或電池電壓。

任何運算放大器都可以使用，只要其輸出擺幅在任一軌的約 200mV 范圍內即可。LM358 被用作 U3 和 U4 位置的比較器，因為它們在手邊，并且應用程序的粗糙性允許這樣做，但如果需要，可以替換任何單電源比較器。如果 Q1 是達林頓并且 R1 的值減小，則可以增加最大電流。仿真中使用的 LT1413 是板上使用的 LM358 的替代品。U2 可以用集成電流傳感器代替，例如 LTC6102。

控制電路升級最初使用 LTspice 進(jìn)行仿真，然后構建在無(wú)焊原型板上進(jìn)行評估并正在添加到現有充電器中。

應該注意的是，不同的來(lái)源為電池和充電電壓提供了顯著(zhù)不同的值。由于導致硬硫酸鹽化或腐蝕的低電壓和高電壓之間的差異非常小，因此值得檢查電池制造商關(guān)于正在維護的特定電池的數據。不同來(lái)源還給出了在 0.1ºC 或最大充電電流的 3-5% 時(shí)停止充電的經(jīng)驗法則。當施加正確的充電電壓時(shí)，充電電流逐漸減小并停止下降的點(diǎn)是確定何時(shí)停止充電的最佳方式。一個(gè)充電周期應提供所需的測量。