【正文】 學(xué)?！堵殬I(yè)技能培訓(xùn)》課程設(shè)計智能電瓶充電器的設(shè)計姓 名： 專業(yè)班級： 學(xué) 號： 任課教師： 時 間： 成 績： 智能電瓶充電器的設(shè)計　　　摘 要本文著重介紹了慢脈沖智能充電方法的應(yīng)用，同時介紹了慢脈沖快速充電方法的基本原理，利用慢脈沖快速充電方法提高充電速度。在充電過程中用單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)過沖保護(hù)。該系統(tǒng)具有自動化程度高、運(yùn)行費(fèi)用低、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：； 智能電瓶充電器； 89S51單片機(jī) 目 錄第一章　引言 1 本課題的研究背景、發(fā)展及意義 1 本課題的基本內(nèi)容 1第二章　基本理論介紹 2 鉛蓄電池充電理論基礎(chǔ) 2 充電方法的研究 3 脈沖快速充電法的理論基礎(chǔ) 7 充電方法設(shè)計 8第三章　設(shè)計方案論證 9 控制方式 9 方案設(shè)計 9第四章　硬件電路設(shè)計 10 充電器主電路設(shè)計 10 控制電路的設(shè)計 14 整體電路設(shè)計 17第五章　軟件設(shè)計 18 溫度檢測中斷程序 18 電壓檢測子程序 19 充電脈沖控制子程序 20 單片機(jī)主程序 21第六章　設(shè)計總結(jié) 23第七章　參考文獻(xiàn) 25 第一章　引言一、電瓶的定義　　電瓶，也叫蓄電池，蓄電池是電池的一種，它的工作原理就是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。 通常，人們所說的電瓶是指鉛酸蓄電池。即一種主要由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的蓄電池?！　《?、常用的蓄電池分類及特點(diǎn) 　　1）普通蓄電池；普通蓄電池的極板是由鉛和鉛的氧化物構(gòu)成，電解液是硫酸的水溶液。它的主要優(yōu)點(diǎn)是電壓穩(wěn)定、價格便宜；缺點(diǎn)是比能低(即每公斤蓄電池存儲的電能)、使用壽命短和日常維護(hù)頻繁?！　?）干荷蓄電池：它的全稱是干式荷電鉛酸蓄電池，它的主要特點(diǎn)是負(fù)極板有較高的儲電能力，在完全干燥狀態(tài)下，能在兩年內(nèi)保存所得到的電量，使用時，只需加入電解液，等過20—30分鐘就可使用?！　?）免維護(hù)蓄電池：免維護(hù)蓄電池由于自身結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢，電解液的消耗量非常小，在使用壽命內(nèi)基本不需要補(bǔ)充蒸餾水。它還具有耐震、耐高溫、體積小、自放電小的特點(diǎn)。使用壽命一般為普通蓄電池的兩倍。市場上的免維護(hù)蓄電池也有兩種：第一種在購買時一次性加電解液以后使用中不需要維護(hù)(添加補(bǔ)充液)；另一種是電池本身出廠時就已經(jīng)加好電解液并封死，用戶根本就不能加補(bǔ)充液?！　∪?、電瓶的工作原理　　它用填滿海綿狀鉛的鉛板作負(fù)極，填滿二氧化鉛的鉛板作正極，并用22～28％的稀硫酸作電解質(zhì)。在充電時，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，放電時化學(xué)能又轉(zhuǎn)化為電能。電池在放電時，金屬鉛是負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，被氧化為硫酸鉛；二氧化鉛是正極，發(fā)生還原反應(yīng)，被還原為硫酸鉛。電池在用直流電充電時，兩極分別生成鉛和二氧化鉛。移去電源后，它又恢復(fù)到放電前的狀態(tài)，組成化學(xué)電池。鉛蓄電池是能反復(fù)充電、放電的電池，叫做二次電池。它的電壓是2V，通常把三個鉛蓄電池串聯(lián)起來使用，電壓是6V。汽車上用的是6個鉛蓄電池串聯(lián)成12V的電池組。普通鉛蓄電池在使用一段時間后要補(bǔ)充硫酸，使電解質(zhì)保持含有22～28％的稀硫酸?！　∷摹㈦娖康闹饕猛尽　°U酸蓄電池產(chǎn)品主要有下列幾種，其用途分布如下： 　　起動型蓄電池：主要用于汽車、摩托車、拖拉機(jī)、柴油機(jī)等起動和照明； 　　固定型蓄電池：主要用于通訊、發(fā)電廠、計算機(jī)系統(tǒng)作為保護(hù)、自動控制的備用電源； 　　牽引型蓄電池：主要用于各種蓄電池車、叉車、鏟車等動力電源； 　　鐵路用蓄電池：主要用于鐵路內(nèi)燃機(jī)車、電力機(jī)車、客車起動、照明之動力； 　　儲能用蓄電池：主要用于風(fēng)力、太陽能等發(fā)電用電能儲存；由于鉛酸蓄電池維護(hù)簡單、價格低廉、供電可靠、使用壽命長，廣泛作為汽車、飛機(jī)、輪船等機(jī)動車輛或發(fā)電機(jī)組的啟動電源，也在各類需要不間斷供電的電子設(shè)備和便攜式儀器儀表中用作一些電器及控制回路的工作電源。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大容量蓄電池的應(yīng)用迅速增加，人們希望能快捷、安全地對蓄電池進(jìn)行充電，而現(xiàn)有市場銷售的充電器充電電流多為20A。為了滿足人們對大功率充電器的需求，設(shè)計了一款基于LPC933充電電流50A、充電功率740W、功能完善、可擴(kuò)充的智能充電器。鉛酸蓄電池的制造成本低、容量大、價格低廉，使用十分廣泛。由于其固有的特性，若使用不當(dāng)，壽命將大大縮短。影響鉛酸蓄電池壽命的因素很多，采用正確的充電方式，能有效延長蓄電池的使用壽命。因此，設(shè)計一種全新的智能型鉛酸蓄電池充電器是十分必要的。 本文介紹一種基于單片機(jī)的通用智能充電器的設(shè)計。充電器可以實(shí)時采集電池的電壓、電流,對充電過程進(jìn)行智能控制,計算電池已充的電量和剩余的充電時間。還可以通過串口和上位機(jī)進(jìn)行通訊并給用戶顯示必要的信息,有虛擬儀表的作用。另外,它也可以改變參數(shù),適應(yīng)各種不同電池的充電。這里列舉幾種不同的電池充電試驗(yàn),來說明智能充電器的實(shí)用價值。 本課題的研究背景、發(fā)展及意義中國是全球鉛酸蓄電池的產(chǎn)銷大國，鉛酸蓄電池已有200多年的歷史， 是一種應(yīng)用廣泛的動力電源。具有原材料易得、價格低廉、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，目前約有95％的市場占有率。鉛酸蓄電池作為穩(wěn)定電源和主要的直流電源，需求廣泛，用量巨大，與我們的社會生活息息相關(guān)由于鉛酸蓄電池維護(hù)簡單、價格低廉、供電可靠、使用壽命長，廣泛作為汽車、飛機(jī)、輪船等機(jī)動車輛或發(fā)電機(jī)組的啟動電源，也在各類需要不間斷供電的電子設(shè)備和便攜式儀器儀表中用作一些電器及控制回路的工作電源。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大容量蓄電池的應(yīng)用迅速增加，人們希望能快捷、安全地對蓄電池進(jìn)行充電。因此，為了適應(yīng)市場的需求，我們需要設(shè)計一種鉛蓄電池智能充電器。 本課題的基本內(nèi)容智能電瓶充電器的設(shè)計所涉及的基本內(nèi)容大概有：第一，有關(guān)鉛蓄電池的電化學(xué)原理和充放電原理。第二，關(guān)于充電器對鉛蓄電池充電的原理及其電路設(shè)計。第三，涓電流對電池充電的原理及其特點(diǎn)。第四，充電器對充電過程的檢測及其自動轉(zhuǎn)換。第五，充電器在充電過程中對電池的保護(hù)功能。第六，電路設(shè)計及其元件的選擇調(diào)試等。第二章　基本理論介紹 鉛蓄電池充電理論基礎(chǔ)上世紀(jì)60年代中期，美國科學(xué)家馬斯對開口蓄電池的充電過程作了大量的試驗(yàn)研究，并提出了以最低出氣率為前提的，蓄電池可接受的充電曲線，如圖1所示。實(shí)驗(yàn)表明，如果充電電流按這條曲線變化，就可以大大縮短充電時間，并且對電池的容量和壽命也沒有影響。原則上把這條曲線稱為最佳充電曲線，從而奠定了智能充電方法的研究方向。由圖1可以看出：初始充電電流很大，但是衰減很快。主要原因是充電過程中產(chǎn)生了極化現(xiàn)象。在密封式蓄電池充電過程中，內(nèi)部產(chǎn)生氧氣和氫氣，當(dāng)氧氣不能被及時吸收時，便堆積在正極板(正極板產(chǎn)生氧氣)，使電池內(nèi)部壓力加大，電池溫度上升 ，同時縮小了正極板的面積，表現(xiàn)為內(nèi)阻上升，出現(xiàn)所謂的極化現(xiàn)象。蓄電池是可逆的。其放電及充電的化學(xué)反應(yīng)式如下 （1）很顯然，充電過程和放電過程互為逆反應(yīng)。可逆過程就是熱力學(xué)的平衡過程，為保障電池能夠始終維持在平衡狀態(tài)之下充電，必須盡量使通過電池的電流小一些。理想條件是外加電壓等于電池本身的電動勢。但是，實(shí)踐表明，蓄電池充電時，外加電壓必須增大到一定數(shù)值才行, 這個數(shù)值又因?yàn)殡姌O材料，溶液濃度等各種因素的差別而在不同程度上超過了蓄電池的平衡電動勢值。在化學(xué)反應(yīng)中，這種電動勢超過熱力學(xué)平衡值的現(xiàn)象，就是極化現(xiàn)象。一般來說，產(chǎn)生極化現(xiàn)象有3個方面的原因。a）歐姆極化　充電過程中，正負(fù)離子向兩極遷移。在離子遷移過程中不可避免地受到一定的阻力，稱為歐姆內(nèi)阻。為了克服這個內(nèi)阻，外加電壓就必須額外施加一定的電壓，以克服阻力推動離子遷移。該電壓以熱的方式轉(zhuǎn)化給環(huán)境，出現(xiàn)所謂的歐姆極化。 隨著充電電流急劇加大，歐姆極化將造成蓄電池在充電過程中的高溫。b）濃度極化　電流流過蓄電池時，為維持正常的反應(yīng)，最理想的情況是電極表面反應(yīng)物能及時得到補(bǔ)充，生成物能及時離去。實(shí)際上，生成物和反應(yīng)物的擴(kuò)散速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上化學(xué)反應(yīng)速度，從而造成極板附近電解質(zhì)溶液濃度發(fā)生變化。也就是說，從電極表面到中部溶液，電解液濃度分布不均勻。這種現(xiàn)象稱為濃度極化。c）電化學(xué)極化　這