很多年前，由于電池電量不足，我被困在家里-因為我住在離最近城鎮(zhèn)約10英里的一個農(nóng)場里。我想出的解決方案很大程度上歸功于那個最不可或缺的“家庭實驗室”項目，并受到手頭組件，無處不在的LM723和2N3055，一系列精選電阻器和一些微調(diào)電位器的限制。事實證明，它很容易構建在一塊Veroboard上，可靠，而且我后來發(fā)現(xiàn)“一個好主意”，僅僅是一個當前有限的恒定電壓供應，幾乎不需要維護或記錄。

三十年過去了，老化的電池和很少使用的SUV必須保持充電狀態(tài)，促使人們對舊設計進行了全新的審視。我不是一個luddite，我的職業(yè)生涯大部分都是在采礦和化學工業(yè)中編程PLC，但我在RF研發(fā)實驗室里磨牙了，所以從內(nèi)心來說，我是一個模擬人，并且考慮到要求使我確信使用稱為“焊接”的舊編程語言，并實現(xiàn)模擬組件所需的邏輯。這也意味著該電路可用于“升級”任何舊的充電器。我喜歡模擬解決方案！

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充電鉛酸細胞

一項小小的研究表明，汽車鉛酸電池與深循環(huán)或固定電池不同。汽車電池設計用于最大化起動的電流容量，并且不能很好地響應深度放電或浮充電（也稱為階段3充電循環(huán)）。起動器電池的板結構使表面積最大化并且電解質比重（SG）高于其他電池以提供高起動電流。與固定電池一樣，允許汽車電池保持深度放電狀態(tài)，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變成穩(wěn)定的晶體形式并沉積在負極板上。浮充電另一方面，汽車電池很容易導致過飽和，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鍵，對于汽車和深循環(huán)類型而言是不同的;此外，充電電壓應在環(huán)境溫度下以每攝氏度3mV以上25℃的速率降低。

圖1顯示了第1階段和第2階段的充電周期。階段1和2可以通過圖2的電路實現(xiàn)，其在電流限制中迫使階段1的相對恒定的充電電流，并且當充電電流減小到階段2的電流限制恒定電壓模式以下時。這里的一個好的經(jīng)驗法則是當電流不再減小時，電池充滿電。

硬或永久硫酸化是時間和放電狀態(tài)的函數(shù)，因此如果車輛不能正常使用，建議采用一些監(jiān)測電池電壓的方法，并在電壓降至低于滿充電電壓的某個點時重新開始充電過程。在設定啟動階段1充電的設定值時，考慮車輛的放電率。

有關充電速率，電流，電壓和浮動電壓的精確值的數(shù)據(jù)因源而異。然而，從大多數(shù)來源的主要收獲是，為了在不降低其壽命的情況下對電池進行最佳充電，不要讓它過熱，不允許發(fā)生硬硫化，不允許放氣，并且不要過度飽和。本設計理念試圖盡可能簡單地使用除烙鐵，螺絲刀和萬用表之外的其他設備來實現(xiàn)此目的。

這個怎么運作

D4是一種完全可選的嘗試，可以在環(huán)境溫度下降低充電電壓。它在實驗室中運行良好，但在德克薩斯夏季的炎熱天氣中它的表現(xiàn)還有待觀察！一般認為，如果環(huán)境溫度超過49oC/120oF，則不應進行充電，以延長電池的使用壽命。

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

差分放大器U2調(diào)節(jié)電流檢測電阻R1兩端的信號，并將調(diào)節(jié)后的信號施加到U3的反相輸入端。U3作為比較器連接，其設定值位于非反相輸入端，由VR1提供。只要來自U2的負載（充電）電流信號高于設定值U3，輸出就會很低，從而激勵RL1并向電池提供充電電流。設定值應設置為最大充電電流的3-5％。這可以通過電阻負載或通過監(jiān)控電池充電周期來完成，并觀察充電器變平的電流（圖1））。根據(jù)充電電流和初始充電狀態(tài)，此方法可能需要長達13個小時左右，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肈1，從而允許Q2關斷，從而使RL1斷電。

PSU在CCM上方運行，直到負載電流降至電流限制閾值以下。當電池電壓低于12.96V時，充電周期開始，導致RL1關閉。當充電電流降至200mA以下時，充電周期結束，導致RL1打開。

調(diào)整順序

步驟1：調(diào)整VR210k電位器，在空載條件下設置Vout=14.1V，以設置恒定電壓

步驟2：調(diào)整VR4a/b1k電位器，在短路情況下將電流限制設置為所需值

步驟3：當負載電流低于充電電流的3-5％（或飽和電流）時，調(diào)節(jié)VR110k電位器以斷開繼電器1（RL1），以斷開電池連接

步驟4：當電池電壓低于12.5和12.6V之間時，調(diào)整VR310k電位器以關閉繼電器1（RL1）。

U4監(jiān)視電池電壓，也作為比較器連接;然而，它的設定值連接到反相輸入，因此，當電池電壓低于設定值時，U4的輸出將變?yōu)榈碗娖剑油≦2，激勵RL1，并向電池施加充電電流。當電池電壓超過設定值時，U4的輸出將變?yōu)楦唠娖讲⒎聪蚱肈2，從而允許Q2關斷并斷開RL1的電源。VR3用于將電池電壓調(diào)整到VR1提供的設定值。使用一個設定值來節(jié)省電流和電壓！

U3和U4的輸出是二極管“或”，因此U3，U4，D1，D2，Q2和RL1以及電池形成一個控制回路，以提供充電周期的自動控制。包含RL1和Q2的電路中的元件需要調(diào)整以適應RL1的線圈電阻。

可以更改元件值以適應現(xiàn)有的情況，但電阻器比率應保持在它們相互作用的位置，以允許類似的調(diào)節(jié)范圍。RL1的一個不錯的選擇是任何高電流汽車繼電器，但Q2和RL1附近的元件值將取決于RL1的線圈電阻。使用的繼電器是10A，12V1000Ω型。

單極開關可切換U5的輸入，以顯示電流輸出或電表上的電池電壓。

只要輸出可以在任一軌道的約200mV范圍內(nèi)擺動，就可以使用任何運算放大器。LM358用作U3和U4位置的比較器，因為它們就在眼前，應用程序的粗糙度允許它，但如果需要，可以替換任何單個電源比較器。如果Q1是達林頓且R1值減小，則可以增加最大電流。模擬中使用的LT1413可替代電路板上使用的LM358。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進行模擬，然后在無焊接的原型板上進行構建以進行評估，并且正在添加到現(xiàn)有的充電器中，如圖4和圖5所示。

設計理念應該注意的是，不同的源給出了電池和充電電壓的顯著不同的值。由于導致硬硫酸鹽化或腐蝕的低壓和高壓之間的差異以及不導致硬化硫化或腐蝕的壓差非常小，因此有必要檢查電池制造商關于所維持的特定電池的數(shù)據(jù)。不同的光源還提供了一個經(jīng)驗法則，即在0.1oC或最大充電電流的3-5％時停止充電。當施加正確的充電電壓時，充電電流逐漸減小并停止減小的點是確定何時停止充電的最佳方式。一個充電周期應提供所需的測量。