保持老化电池充电

很多年前，由于电池电量不足，我被困在家里-因为我住在离最近城镇约10英里的一个农场里。我想出的解决方案很大程度上归功于那个最不可或缺的“家庭实验室”项目，并受到手头组件，无处不在的LM723和2N3055，一系列精选电阻器和一些微调电位器的限制。事实证明，它很容易构建在一块Veroboard上，可靠，而且我后来发现“一个好主意”，仅仅是一个当前有限的恒定电压供应，几乎不需要维护或记录。

三十年过去了，老化的电池和很少使用的SUV必须保持充电状态，促使人们对旧设计进行了全新的审视。我不是一个luddite，我的职业生涯大部分都是在采矿和化学工业中编程PLC，但我在RF研发实验室里磨牙了，所以从内心来说，我是一个模拟人，并且考虑到要求使我确信使用称为“焊接”的旧编程语言，并实现模拟组件所需的逻辑。这也意味着该电路可用于“升级”任何旧的充电器。我喜欢模拟解决方案！

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充电铅酸细胞

一项小小的研究表明，汽车铅酸电池与深循环或固定电池不同。汽车电池设计用于最大化起动的电流容量，并且不能很好地响应深度放电或浮充电（也称为阶段3充电循环）。起动器电池的板结构使表面积最大化并且电解质比重（SG）高于其他电池以提供高起动电流。与固定电池一样，允许汽车电池保持深度放电状态，经历永久硫酸化，其中在放电期间产生的小硫酸铅晶体转变成稳定的晶体形式并沉积在负极板上。浮充电另一方面，汽车电池很容易导致过饱和，导致正极板氧化，从而缩短电池寿命。因此，充电电压和充电周期非常关键，对于汽车和深循环类型而言是不同的;此外，充电电压应在环境温度下以每摄氏度3mV以上25℃的速率降低。

图1显示了第1阶段和第2阶段的充电周期。阶段1和2可以通过图2的电路实现，其在电流限制中迫使阶段1的相对恒定的充电电流，并且当充电电流减小到阶段2的电流限制恒定电压模式以下时。这里的一个好的经验法则是当电流不再减小时，电池充满电。

硬或永久硫酸化是时间和放电状态的函数，因此如果车辆不能正常使用，建议采用一些监测电池电压的方法，并在电压降至低于满充电电压的某个点时重新开始充电过程。在设定启动阶段1充电的设定值时，考虑车辆的放电率。

有关充电速率，电流，电压和浮动电压的精确值的数据因源而异。然而，从大多数来源的主要收获是，为了在不降低其寿命的情况下对电池进行最佳充电，不要让它过热，不允许发生硬硫化，不允许放气，并且不要过度饱和。本设计理念试图尽可能简单地使用除烙铁，螺丝刀和万用表之外的其他设备来实现此目的。

这个怎么运作

D4是一种完全可选的尝试，可以在环境温度下降低充电电压。它在实验室中运行良好，但在德克萨斯夏季的炎热天气中它的表现还有待观察！一般认为，如果环境温度超过49oC/120oF，则不应进行充电，以延长电池的使用寿命。

U1和Q1形成恒压限流电源，VR2设置最大充电电压，VR4设置电流限制。D4在大约4mV/oC时提供一些热降额。

差分放大器U2调节电流检测电阻R1两端的信号，并将调节后的信号施加到U3的反相输入端。U3作为比较器连接，其设定值位于非反相输入端，由VR1提供。只要来自U2的负载（充电）电流信号高于设定值U3，输出就会很低，从而激励RL1并向电池提供充电电流。设定值应设置为最大充电电流的3-5％。这可以通过电阻负载或通过监控电池充电周期来完成，并观察充电器变平的电流（图1））。根据充电电流和初始充电状态，此方法可能需要长达13个小时左右，但这是更好的方法。一旦充电电流低于设定值，U3的输出将变为高电平并反向偏置D1，从而允许Q2关断，从而使RL1断电。

PSU在CCM上方运行，直到负载电流降至电流限制阈值以下。当电池电压低于12.96V时，充电周期开始，导致RL1关闭。当充电电流降至200mA以下时，充电周期结束，导致RL1打开。

调整顺序

步骤1：调整VR210k电位器，在空载条件下设置Vout=14.1V，以设置恒定电压

步骤2：调整VR4a/b1k电位器，在短路情况下将电流限制设置为所需值

步骤3：当负载电流低于充电电流的3-5％（或饱和电流）时，调节VR110k电位器以断开继电器1（RL1），以断开电池连接

步骤4：当电池电压低于12.5和12.6V之间时，调整VR310k电位器以关闭继电器1（RL1）。

U4监视电池电压，也作为比较器连接;然而，它的设定值连接到反相输入，因此，当电池电压低于设定值时，U4的输出将变为低电平，接通Q2，激励RL1，并向电池施加充电电流。当电池电压超过设定值时，U4的输出将变为高电平并反向偏置D2，从而允许Q2关断并断开RL1的电源。VR3用于将电池电压调整到VR1提供的设定值。使用一个设定值来节省电流和电压！

U3和U4的输出是二极管“或”，因此U3，U4，D1，D2，Q2和RL1以及电池形成一个控制回路，以提供充电周期的自动控制。包含RL1和Q2的电路中的元件需要调整以适应RL1的线圈电阻。

可以更改元件值以适应现有的情况，但电阻器比率应保持在它们相互作用的位置，以允许类似的调节范围。RL1的一个不错的选择是任何高电流汽车继电器，但Q2和RL1附近的元件值将取决于RL1的线圈电阻。使用的继电器是10A，12V1000Ω型。

单极开关可切换U5的输入，以显示电流输出或电表上的电池电压。

只要输出可以在任一轨道的约200mV范围内摆动，就可以使用任何运算放大器。LM358用作U3和U4位置的比较器，因为它们就在眼前，应用程序的粗糙度允许它，但如果需要，可以替换任何单个电源比较器。如果Q1是达林顿且R1值减小，则可以增加最大电流。模拟中使用的LT1413可替代电路板上使用的LM358。U2可以用集成电流传感器代替，例如LTC6102。

控制电路升级最初使用LTspice进行模拟，然后在无焊接的原型板上进行构建以进行评估，并且正在添加到现有的充电器中，如图4和图5所示。

设计理念应该注意的是，不同的源给出了电池和充电电压的显着不同的值。由于导致硬硫酸盐化或腐蚀的低压和高压之间的差异以及不导致硬化硫化或腐蚀的压差非常小，因此有必要检查电池制造商关于所维持的特定电池的数据。不同的光源还提供了一个经验法则，即在0.1oC或最大充电电流的3-5％时停止充电。当施加正确的充电电压时，充电电流逐渐减小并停止减小的点是确定何时停止充电的最佳方式。一个充电周期应提供所需的测量。