【正文】 流充電，極易造成電池的極化現(xiàn)象，導(dǎo)致電池充電效率較低，使用壽命縮短。隨著國際、國內(nèi)對(duì)環(huán)保要求的越來越高，對(duì)內(nèi)燃車輛的排放要求也越來越高，這樣對(duì)綠色能源的需求越來越迫切，勢(shì)必會(huì)蓄電池電動(dòng)車輛的使用量大幅度增加。蓄電池組中個(gè)別落后電池進(jìn)行完全充電，恢復(fù)其容量，這時(shí)最好用小電流長時(shí)間的充電模式。為避免過充電，在充電后期采用限壓措施，減小充電電流，避免損壞電池。單獨(dú)采用恒流充電限壓充電和恒壓限流充電等模式對(duì)鉛酸蓄電池進(jìn)行充電，蓄電池的充電效果不是很理想。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)聲明，國內(nèi)蓄電池的平均壽命為 年（可充 400 次） ，國外同型號(hào)蓄電池壽命一般為四年（可充 1000 次）如果充電質(zhì)量不好以及用戶使用維護(hù)保養(yǎng)跟不上，許多電池在使用一年后即報(bào)廢，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，蓄電池價(jià)格占整機(jī)價(jià)格的 20%，國外同容量電池價(jià)格則為國產(chǎn)蓄電池價(jià)格的 2—3 倍。在我國的研究發(fā)展比較晚，因其體積小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，輸出紋波小，效率高等特點(diǎn)，近年來得到國內(nèi)外的廣泛研究與關(guān)注，特別在通信，電力等領(lǐng)域中，已經(jīng)得到了普遍的研究和使用，但對(duì)于相控電源來說，它的價(jià)格比較高，而且功率器件的發(fā)熱量也較高，所以，在電力系統(tǒng)中的大功率場(chǎng)合，相控式的充電器仍然占有較大比重。隨著鉛酸蓄電池在人們生活中的應(yīng)用越來越普遍，智能型充電器的智能要求也越來越高，本次的課題就是對(duì)智能電池充電器的設(shè)計(jì)和研究。理論容量（C o）是假設(shè)活性物質(zhì)全部參加放電反應(yīng)給出的容量。此外還受電解液密度、溫度、放電條件（即：充電程度、放電率等） 、蓄電池新舊程度等影響。（2） 蓄電池的內(nèi)阻（ ）內(nèi)R內(nèi)阻（ ）又稱全內(nèi)阻，是指電流通過蓄電池時(shí)所受到得阻力，包括歐姆內(nèi)電阻和電化學(xué)反應(yīng)中電極極化產(chǎn)生的電阻，即： = + 內(nèi)R?f（）歐姆電阻（ ）：包括電極材料、電解液、隔板等組成的電阻，還與電池?R的尺寸、裝配、結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。（3） 充電速率和放電速率為了對(duì)不同容量的電池加以比較，蓄電池的充電電流不用電流的絕對(duì)值來表示，而是用電池的額定容量 C 額和放電時(shí)間 T 的比來表示，稱為電池的充電速率或放電速率。這極易對(duì)電池造成永久性損害，影響蓄電池的使用壽命。這是因?yàn)樵谶^充電階段電池內(nèi)部所進(jìn)行的反應(yīng)為消耗反應(yīng)，它會(huì)增大電池內(nèi)部的壓力，同時(shí)，由于氧氣的產(chǎn)生和吸收都是放熱反應(yīng)，這就使電池溫度迅速上升。該值與蓄電池的工作狀態(tài)有關(guān)，它一般有三種狀態(tài)的值：① 當(dāng)蓄電池為開路狀態(tài)時(shí)，所測(cè)得的電池兩極間的電壓稱為電池的開路電壓；② 當(dāng)蓄電池充電時(shí)所測(cè)得的電壓稱為電池的充電電壓；③ 電池放電時(shí)測(cè)得的電壓稱為放電電壓。當(dāng)充電速率較低時(shí)，充電時(shí)所產(chǎn)生的氧氣可以被及時(shí)吸收，因此電池的極化現(xiàn)象很輕，一般不會(huì)對(duì)電池造成很大的傷害，當(dāng)高速率恒流充電時(shí)，這一現(xiàn)象則不容忽視。當(dāng)電池的老化達(dá)到一定程度時(shí)，這個(gè)電池就報(bào)廢了。充電時(shí)采用大電流充電，會(huì)造成蓄電池溫度高，損害蓄電池的壽命。自放電通常與環(huán)境溫度有密切聯(lián)系。 鉛酸蓄電池的工作原理 鉛酸蓄電池電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生 鉛酸蓄電池充電后，正極板二氧化鉛（PbO 2） ，在硫酸溶液中水分子的作用下，少量二氧化鉛與水生成可離解的不穩(wěn)定物質(zhì)氫氧化鉛（Pb(OH) 4） ，氫氧根離子在溶液中，鉛離子留在正極板上，故正極板上缺少電子。同時(shí)在電池內(nèi)部進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。電解液中存在的硫酸根離子和氫離子在電力場(chǎng)的作用下分別移向電池的正負(fù)極，在電池內(nèi)部形成電流，整個(gè)回路形成，蓄電池向外持續(xù)放電。在負(fù)極板上，在外界電流的作用下，硫酸鉛被離解為二價(jià)鉛離子（Pb 2+）和硫酸根負(fù)離子（SO 42） ，由于負(fù)極不斷從外電源獲得電子，則負(fù)極板附近游離的二價(jià)鉛離子（Pb 2+）被中和為鉛（Pb） ，并以絨狀鉛附著在負(fù)極板上。鉛酸蓄電池充電時(shí)，電解液中的硫酸不斷增多，水逐漸減少，溶液比重上升。原則上把這條曲線稱為最佳充電曲線，從而奠定了快速充電方法的研究方向。tii = I0e t0圖 21 最佳充電曲線(1) 常規(guī)充電技術(shù)常規(guī)充電制度是依據(jù) 1940 年前國際公認(rèn)的經(jīng)驗(yàn)法則設(shè)計(jì)的。一般來說，常規(guī)充電有以下 3 種。二階段法采用恒電流和恒電壓相結(jié)合的快速充電方法，如圖 23 所示。當(dāng)電流衰減到預(yù)定值時(shí)，由第二階段轉(zhuǎn)換到第三階段。用恒定電壓快速充電，如圖 24 所示。鑒于這種缺點(diǎn)，恒壓充電很少使用，只有在充電電源電壓低而電流大時(shí)采用。下面介紹目前比較流行的幾種快速充電方法。充電脈沖使蓄電池充滿電量，而間歇期使蓄電池經(jīng)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣和氫氣有時(shí)間重新化合而被吸收掉，使?jié)獠顦O化和歐姆極化自然而然地得到消除，從而減輕了蓄電池的內(nèi)壓，使下一輪的恒流充電能夠更加順利地進(jìn)行，使蓄電池可以吸收更多的電量。鉛酸蓄電池的充電方法和對(duì)充電狀態(tài)的檢測(cè)方法與鎳鎘電池有很大的不同，但它們之間可以相互借鑒。充電前期的各段采用變電流間歇充電的方法，保證加大充電電流，獲得絕大部分充電量。與變電流間歇充電方法不同之處在于第一階段的不是間歇恒流，而是間歇恒壓。脈沖充電法充電電路的控制一般有兩種：其一為脈沖電流的幅值可變，而PWM（驅(qū)動(dòng)充放電開關(guān)管）信號(hào)的頻率是固定的；其二為脈沖電流幅值固定不變，PWM 信號(hào)的頻率可調(diào)?，F(xiàn)階段采用的控制方法很多，通常使用的有定時(shí)控制，電壓控制，溫度控制及最小終止電流等方法進(jìn)行充電終止控制。（1） 最高電壓控制從充電特性曲線可以看出，電池電壓達(dá)到最大值時(shí)，電池即充足電。另外，蓄電池組中各單體電池的最高充電電壓也會(huì)有差別，因此采用這種方法不可能非常準(zhǔn)確地判斷電池已充足電。此外，鎳氫電池充足電后，電池電壓要經(jīng)過較長時(shí)間才出現(xiàn)負(fù)增量，過充電較嚴(yán)重。這種方法適用于恒流充電模式。這樣可以避免電池長時(shí)間大電流過充電。電池的溫度可以通過與電池在一起的溫度傳感器件來檢測(cè)，當(dāng)電池溫度超過規(guī)定值時(shí)（一般為50℃） ，充電器能自動(dòng)轉(zhuǎn)入浮充電模式。為了保證在任何情況下，均能準(zhǔn)確可靠地控制電池的充電狀態(tài)，目前快速充電器中通常采用包括時(shí)間控制，電壓控制和溫度控制的綜合控制法。（2） 主充階段主充階段以恒流方式充電。因此，充電電流與主充時(shí)相比很小，但是，由于工作情況的復(fù)雜性，浮充時(shí)也有電流較高的可能（如電池嚴(yán)重虧電，漏電，負(fù)荷過重等） 。直到充電結(jié)束蜂鳴器發(fā)聲，提醒用戶充電已完成。PWM電路是通過TL494芯片通過數(shù)據(jù)的采集輸出一定寬度的脈沖波來控制電池的充電階段，從而實(shí)現(xiàn)充電電池的智能型充電。它將 8051內(nèi)核、兩路24位+16位∑△ A/D、12位D/A 、FLASH、WDT、μP監(jiān)控電路、溫度傳感器、SPI 和I2C總線接口等豐富資源集成于一體，體積小、功耗低、非常適合用于各類智能儀表、智能傳感器、變送器和便攜式儀器等領(lǐng)域。●電源可用于3V或5V操作；一般情況下為3mA/3V()；掉電保持電流為20μA(32kHz的晶振運(yùn)行頻率)。主通道用于測(cè)量主傳感器的輸入，這個(gè)通道具有緩沖器，可以接收來自輸入管腳 Ain1/2 和 Ain3/4 的差分信號(hào)。40mV，177。AD 通道的設(shè)置和控制是通過專用寄存器塊(SFR )中的一組寄存器來實(shí)現(xiàn)的。若 EA 被置 0，則從內(nèi)部 8KFlash/EE 開始執(zhí)行程序。若管腳 PSEN 通過一個(gè)下拉電阻被下拉，芯片則自動(dòng)進(jìn)入串行下載模式。它有兩個(gè)輸出范圍：0 到 VREF 和0 到 AVDD，能以 8 位或 12 位模式工作。片內(nèi) PLL 以倍速鎖存( 3216 倍)方式為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的 的時(shí)鐘信號(hào)。PLL 的控制寄存器是PLLCON。 ADuC824 的外設(shè)還包括片內(nèi)溫度傳感器、門狗定時(shí)器(WDT)、電源供電監(jiān)視器(PSM)、 SPI 串行接口和 I2C 串行接口等 [6]。當(dāng)電壓檢測(cè)量 VOLTAGE/AIN3 和電流檢測(cè)量 CURRENT/AIN1 送入到單片機(jī)的兩個(gè)獨(dú)立的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道，單片機(jī)將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，進(jìn)而進(jìn)行一定的數(shù)據(jù)分析，確定充電進(jìn)入充電四個(gè)階段的哪個(gè)階段，同時(shí)將轉(zhuǎn)化的數(shù)字量通過數(shù)模轉(zhuǎn)換送到 TL494 的放大器的同相輸入端 DTC，單片機(jī)在確定充電進(jìn)入哪個(gè)階段后，將通過 P0 口輸出給 8 段碼顯示，用來告訴用戶當(dāng)前電池的充電的狀態(tài)，并且當(dāng)充電結(jié)束時(shí)，單片機(jī)將驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲，提醒用戶充電已結(jié)束 [6][13][17]。經(jīng)過 PWM 信號(hào)的低電平持續(xù)時(shí)間后，PWM 信號(hào)的又一高電平到來，再度使 MOSFET 導(dǎo)通，上述過程重復(fù)發(fā)生。芯片內(nèi)還設(shè)有附加監(jiān)控保護(hù)功能，使得它可獲得更優(yōu)良的工作性能，提高了抗干擾能力和可靠性，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)潔，縮小了空間。圖 36 TL494 的管腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)(2) TL494 回路控制原理TL494 內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生的鋸齒波送到 PWM 比較器的反相輸入端，脈沖調(diào)寬電壓由 ADuc824 檢測(cè)到電池電壓、電流及溫度等參數(shù)經(jīng)處理做出判斷，確定當(dāng)前的充電階段，經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換器輸出電壓信號(hào)送到比較器的同相輸入端DTC，TL494 內(nèi)部 PWM 比較器比較后輸出一定寬度的脈沖波。C 1E 1C 2E 2QCQES i n g l e E n d e dO u t p u t C o n t r o lQ1Q2圖 37 單端輸出連接圖檢測(cè)到的電池電流轉(zhuǎn)換為 05V 的電信號(hào)，通過簡(jiǎn)單濾波電路進(jìn)行平滑、去除雜波干擾后的 CURRENT/AIN1 送給 TL494 的誤差放大器Ⅰ的 V1+同相輸入端。TL494 的控制回路電路圖如圖 38 所示。線性光藕可以較好的實(shí)現(xiàn)輸入側(cè)和輸出側(cè)之間的隔離，且輸出側(cè)跟隨輸入變化，線性度達(dá)%。金 屬 膜 電 阻 器 就 是 以 特 種 金 屬 或 合 金 做 電 阻 材 料 ， 用 真空 蒸 發(fā) 或 濺 射 的 方 法 ， 在 陶 瓷 或 玻 璃 基 礎(chǔ) 上 形 成 電 阻 膜 層 的 電 阻 器 。 金 屬 膜電 阻 器 的 制 造 工 藝 比 較 靈 活 ， 不 僅 可 以 調(diào) 整 它 的 材 料 成 分 和 膜 層 厚 度 ， 也 可通 過 刻 槽 調(diào) 整 阻 值 ， 因 而 可 以 制 成 性 能 良 好 ， 阻 值 范 圍 較 寬 的 電 阻 器 。電阻上的電流變化范圍為 ，如圖 310 所示：輸入電壓： （）20insV??因?yàn)檫\(yùn)放不吸收電流。1RW硬件設(shè)計(jì)的總電路圖見附錄。、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、1 0 %、 、 、 、 、 、 、1 0 . 5 V1 4 . 7 V1 3 . 8 V、 、 、圖 41 充電曲線圖 主程序軟件設(shè)計(jì)本次的設(shè)計(jì)是通過單片機(jī) ADuC824 的軟件部分來進(jìn)行對(duì)充電器控制。在進(jìn)入恒壓充電過程中，保持其電壓為恒定值，不斷的檢測(cè)電池兩端的電壓，電流和電池的溫度，確定是否將進(jìn)入浮充階段，一旦充電電流降到額定電流的 10%時(shí)，將轉(zhuǎn)換進(jìn)入浮充電階段。其子程序流程圖如圖 43 所示：、 、 A / D 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、NY圖 43 電壓、電流采樣子程序流程圖浮充階段子程序是在電池進(jìn)入浮充階段后，將顯示進(jìn)入了第 4 個(gè)階段，此時(shí)的充電電流很小，電壓保持在一定值上，延時(shí)一段時(shí)間后，蜂鳴器將會(huì)進(jìn)行報(bào)警，提醒用戶充電已結(jié)束，其子程序流程圖如圖 44 所示：、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、圖 44 浮充階段子程序流程圖由以上程序流程圖可知，智能電池充電器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)充電電池進(jìn)行電壓、電流的檢測(cè)，送入單片機(jī) ADuC824 的兩個(gè)獨(dú)立的 A/D 轉(zhuǎn)換通道，通過一定的程序執(zhí)行，確定當(dāng)前充電電池處于充電狀態(tài)涓流充電，恒流充電，恒壓充電和浮充電四個(gè)階段的哪個(gè)階段，并將其充電狀態(tài)顯示出來，以提示用戶，同時(shí)單片機(jī)還將電壓、電流采樣值和內(nèi)部自帶的溫度傳感器所得數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的 D/A轉(zhuǎn)換后輸出送到 TL494 的 DTC 端，從而確定輸出的 PWM 脈沖寬度。本文采用了單片機(jī)控制的智能的充電方法，通過電壓檢測(cè)，電流檢測(cè)和溫度檢測(cè)確定當(dāng)前電池的狀態(tài)，將信息反饋到單片機(jī)，單片機(jī)通過一定的程序處理，確定充電的階段，即涓流充電階段，大電流恒流充電，恒壓充電，浮充電四個(gè)階段。不過相信在以后的學(xué)習(xí)生活中，我會(huì)多關(guān)注一些這方面的知識(shí)，不斷地完善本課題的設(shè)計(jì)。他。在這里我要忠心的感謝一直以來在我身邊關(guān)心我，幫助我，支持我的老師、同學(xué)和朋友。對(duì)鉛酸蓄電池采用四階段的逐漸充電方式，不僅可以保護(hù)電池不會(huì)被大電流充電造成損害，延長電池的使用壽命，而且采用四階段進(jìn)行充電可以節(jié)省充電的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉛酸蓄電池快速充電的目的。部分主要程序見附錄 2。在主程序流程中我們可以不僅對(duì)單片機(jī)進(jìn)行一定的初始化，將其對(duì)電池進(jìn)行進(jìn)行涓流充電，恒壓充電，恒流充電和浮充電等四個(gè)階段的充電，不僅可以提高電池的充電效率，延長電池的使用壽命，而且還可以顯示電池的充電階段，實(shí)現(xiàn)電池充電階段的顯示功能，并且在充滿電時(shí)，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。然后進(jìn)行電壓和電流的采樣，根據(jù)采樣的結(jié)果判斷是否進(jìn)入涓流充電階段，若是則顯示 1，單片機(jī)再判斷所得到的數(shù)據(jù)是否為新數(shù)據(jù)，若是則將輸出新的數(shù)據(jù)電壓值，調(diào)整 PWM 的脈寬，從而控制充電的電流的大小。根據(jù)充電電池的原理，同種工藝的電池理想的充電曲線大致相似，而具體的電壓數(shù)值有所差別的特點(diǎn)，應(yīng)用信息技術(shù)進(jìn)行控制，可達(dá)到最佳充電效果。根據(jù)虛地原理，有 = ，所