【正文】 學(xué)?！堵殬I(yè)技能培訓(xùn)》課程設(shè)計(jì)智能電瓶充電器的設(shè)計(jì)姓 名： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 任課教師： 時(shí) 間： 成 績(jī)： 智能電瓶充電器的設(shè)計(jì)　　　摘 要本文著重介紹了慢脈沖智能充電方法的應(yīng)用，同時(shí)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(guò)程中用單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)過(guò)沖保護(hù)。該系統(tǒng)具有自動(dòng)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(jì) 8第三章　設(shè)計(jì)方案論證 9 控制方式 9 方案設(shè)計(jì) 9第四章　硬件電路設(shè)計(jì) 10 充電器主電路設(shè)計(jì) 10 控制電路的設(shè)計(jì) 14 整體電路設(shè)計(jì) 17第五章　軟件設(shè)計(jì) 18 溫度檢測(cè)中斷程序 18 電壓檢測(cè)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(jì)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(shuō)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(lèi)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(jià)格便宜；缺點(diǎn)是比能低(即每公斤蓄電池存儲(chǔ)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(chǔ)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(shí)，只需加入電解液，等過(guò)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(shì)，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(chǎng)上的免維護(hù)蓄電池也有兩種：第一種在購(gòu)買(mǎi)時(shí)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(shí)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(shí)，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，放電時(shí)化學(xué)能又轉(zhuǎn)化為電能。電池在放電時(shí)，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(shí)，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(gè)鉛蓄電池串聯(lián)起來(lái)使用，電壓是6V。汽車(chē)上用的是6個(gè)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(shí)間后要補(bǔ)充硫酸，使電解質(zhì)保持含有22～28％的稀硫酸?！　∷?、電瓶的主要用途　　鉛酸蓄電池產(chǎn)品主要有下列幾種，其用途分布如下： 　　起動(dòng)型蓄電池：主要用于汽車(chē)、摩托車(chē)、拖拉機(jī)、柴油機(jī)等起動(dòng)和照明； 　　固定型蓄電池：主要用于通訊、發(fā)電廠、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為保護(hù)、自動(dòng)控制的備用電源； 　　牽引型蓄電池：主要用于各種蓄電池車(chē)、叉車(chē)、鏟車(chē)等動(dòng)力電源； 　　鐵路用蓄電池：主要用于鐵路內(nèi)燃機(jī)車(chē)、電力機(jī)車(chē)、客車(chē)起動(dòng)、照明之動(dòng)力； 　　儲(chǔ)能用蓄電池：主要用于風(fēng)力、太陽(yáng)能等發(fā)電用電能儲(chǔ)存；由于鉛酸蓄電池維護(hù)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、供電可靠、使用壽命長(zhǎng)，廣泛作為汽車(chē)、飛機(jī)、輪船等機(jī)動(dòng)車(chē)輛或發(fā)電機(jī)組的啟動(dòng)電源，也在各類(lèi)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(duì)蓄電池進(jìn)行充電，而現(xiàn)有市場(chǎng)銷(xiāo)售的充電器充電電流多為20A。為了滿足人們對(duì)大功率充電器的需求，設(shè)計(jì)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(jià)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(zhǎng)蓄電池的使用壽命。因此，設(shè)計(jì)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(jì)。充電器可以實(shí)時(shí)采集電池的電壓、電流,對(duì)充電過(guò)程進(jìn)行智能控制,計(jì)算電池已充的電量和剩余的充電時(shí)間。還可以通過(guò)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(lái)說(shuō)明智能充電器的實(shí)用價(jià)值。 本課題的研究背景、發(fā)展及意義中國(guó)是全球鉛酸蓄電池的產(chǎn)銷(xiāo)大國(guó)，鉛酸蓄電池已有200多年的歷史， 是一種應(yīng)用廣泛的動(dòng)力電源。具有原材料易得、價(jià)格低廉、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，目前約有95％的市場(chǎng)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(huì)生活息息相關(guān)由于鉛酸蓄電池維護(hù)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、供電可靠、使用壽命長(zhǎng)，廣泛作為汽車(chē)、飛機(jī)、輪船等機(jī)動(dòng)車(chē)輛或發(fā)電機(jī)組的啟動(dòng)電源，也在各類(lèi)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(duì)蓄電池進(jìn)行充電。因此，為了適應(yīng)市場(chǎng)的需求，我們需要設(shè)計(jì)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(jì)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(duì)鉛蓄電池充電的原理及其電路設(shè)計(jì)。第三，涓電流對(duì)電池充電的原理及其特點(diǎn)。第四，充電器對(duì)充電過(guò)程的檢測(cè)及其自動(dòng)轉(zhuǎn)換。第五，充電器在充電過(guò)程中對(duì)電池的保護(hù)功能。第六，電路設(shè)計(jì)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(guó)科學(xué)家馬斯對(duì)開(kāi)口蓄電池的充電過(guò)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(shí)間，并且對(duì)電池的容量和壽命也沒(méi)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(guò)程中產(chǎn)生了極化現(xiàn)象。在密封式蓄電池充電過(guò)程中，內(nèi)部產(chǎn)生氧氣和氫氣，當(dāng)氧氣不能被及時(shí)吸收時(shí)，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(shí)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(guò)程和放電過(guò)程互為逆反應(yīng)?？赡孢^(guò)程就是熱力學(xué)的平衡過(guò)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(guò)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(dòng)勢(shì)。但是，實(shí)踐表明，蓄電池充電時(shí)，外加電壓必須增大到一定數(shù)值才行, 這個(gè)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(guò)了蓄電池的平衡電動(dòng)勢(shì)值。在化學(xué)反應(yīng)中，這種電動(dòng)勢(shì)超過(guò)熱力學(xué)平衡值的現(xiàn)象，就是極化現(xiàn)象。一般來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生極化現(xiàn)象有3個(gè)方面的原因。a）歐姆極化　充電過(guò)程中，正負(fù)離子向兩極遷移。在離子遷移過(guò)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(gè)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(dòng)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(guò)程中的高溫。b）濃度極化　電流流過(guò)蓄電池時(shí)，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(shí)得到補(bǔ)充，生成物能及時(shí)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(shuō)，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