【正文】 電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是檢流電阻會(huì)分壓而影響被檢測(cè)原電路，但本充電電路的被檢測(cè)電流是直流電流，數(shù)值大到數(shù)個(gè)安培。 （ 2） 電流檢測(cè) 在檢測(cè)電流時(shí)，電流的取樣通過電阻法取 樣，取樣電流由一個(gè) 100? /2W 的金屬膜電阻完成。 在這次的設(shè)計(jì)中只用到了 TL494 的誤差放大器 Ⅰ ，故將誤差放大器 Ⅱ 的 V2+（ 16 腳）接地、 V2（ 15 腳）接高電平 [8][9]。圖 36 是它的管腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理 圖，其中 1， 2 腳是誤差放大器 I 的同相和反相輸入端 ； 3 腳是相位校正和增益控制； 4 腳為間歇期 調(diào)整，其上加 電壓時(shí)可使截止時(shí)間從 2%線性變化到100%； 5， 6 腳分別用于外接振蕩電阻和振蕩電容； 7 腳為接地端； 8， 9 腳和 11， 10 腳分別為 TL494 內(nèi)部?jī)蓚€(gè)末級(jí)輸出三極管集電極和發(fā)射極； 12 腳為電源供電端； 13腳為輸出控制端，該腳接地時(shí)為并聯(lián)單端輸出方式，接 14 腳時(shí)為推挽輸出方式；14 腳 為 5V 基準(zhǔn)電壓輸出端，最大輸出電流 10mA； 15， 16 腳是誤差放大器 II的反相和同相輸入端。經(jīng)過 PWM 高電平脈沖持續(xù)時(shí)間后， PWM 信號(hào)變低， MOSFET 截止 ，電感 L1 中的電流減小， L1 兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)使續(xù)流二極管導(dǎo)通， L1中的存儲(chǔ)電流和電 容 C2存儲(chǔ)電荷向電池充電。 HOUR、MIN、 SEC、 HTHSEC 分別是時(shí)、分、秒、 1/128 秒的寄存器。 ADuC824使用一個(gè) 的外部晶振同時(shí)為 AD 和 CPU 提供時(shí)鐘信號(hào)。另外， ADuC824 還可通過標(biāo)準(zhǔn)的 UART 串行端口下載源代碼。 的輸入范圍。 圖 32 ADuC824 的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu) ① 雙通道 ∑△ 型 A/D ADuC824 包括兩個(gè)帶有數(shù)字濾波器的 ∑△ ADC 通道 (主通道和輔助通道 )。 單片機(jī)部分 ADuC824 的介紹 單片機(jī)選用性價(jià)比較高的 AD公司生產(chǎn)的 ADuC824. ADuC824是 AD公司新推出的高性能單片機(jī)，它在內(nèi)部集成了高分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器，是目前片內(nèi)資源最豐富的單片機(jī)之一。 智能充電器的基本功能如下： （ 1） 通過對(duì)鉛酸蓄電池的電壓，電流進(jìn)行定時(shí)的檢測(cè)，輸入到單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)得到的數(shù)值進(jìn)行一系列的處理后輸出到八段碼中，用來告訴用戶充電進(jìn)行到哪個(gè)階段。 （ 1） 預(yù)充階段 即涓流充電階段 當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到蓄電池虧電時(shí)，首先以小電流充電，主充電流一般采用 率： ?預(yù) （ ） 式中 5C ：蓄電池的電池容量 當(dāng)電池電壓升至接近額定電壓（一般取 ）時(shí)，進(jìn)入主充電階段。 溫度控制 為了避免損壞電池，電池溫度過低時(shí)不能立即開始快速充電過程，電池充足電后，充入的電量都消耗在電池中，電池的溫度很快上升，電池溫度上升 到規(guī)定數(shù)值后，必須立即停止充電過程。 （ 3） 電壓二次導(dǎo)數(shù)控制 這種控制方法是通過檢測(cè)電池電壓的二次導(dǎo)數(shù)來實(shí)現(xiàn)控制的，實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)電池在充足電時(shí)，電壓的二次導(dǎo)數(shù)將達(dá)到某一個(gè)確定的值，此時(shí)結(jié)束充電即可。這樣，可能降低電池壽命，也可能損壞電池。因此，為了保證電池能充電又不過充電，必須采用一定的方法來控制充電的停充問題。 ④ 變電壓間歇充電法 在變電流間歇充電法的基礎(chǔ)上又有人提出了變電壓間歇充電法。由于它采用了新型的充電方法，解決了鎳鎘電池的記憶效應(yīng)，因此，大大降低了蓄電池的快速充電的時(shí)間?？焖俪潆娂夹g(shù)近年來得到了迅速發(fā)展。與恒流充電法相比，其充電過程更接近于最佳充電曲線。 0t充 充 充 充充 充 充 充u , i 圖 22 恒流充電曲線 ② 階段充電法 此方法包括二階段充電法和三階段充電法。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(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。 鉛酸蓄電池充放電后電解液的變化 從上面可以看出，鉛酸蓄電池放電時(shí)，電解液中的硫酸不斷減少，水逐漸增多，溶液比重下降。正極板水解出的氧離子（ O2）與電解液中的氫離子（ H）反應(yīng)，生成穩(wěn)定物質(zhì)水 ?？紤]到這一點(diǎn)，在設(shè)計(jì)蓄電池充電器時(shí)，應(yīng)能在電池長時(shí)間不用的情況下對(duì)電池進(jìn)行補(bǔ)充充電。減少放電深度或采用淺放電可大大延長蓄電池的使用壽命。上面提到的蓄電池的極化電阻正是由于電池的極化現(xiàn)象所表現(xiàn)出來的。過充電會(huì)使電池內(nèi)部的溫度和電壓都急劇上升，造成對(duì)電池的損害。內(nèi)阻越小，在同樣的放電條件可以消耗較少的電能，輸出較多的電能，提高電能利用率，從而提高蓄電池性能。 蓄電池容量除了與極板表面進(jìn)行的電化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)數(shù)量有關(guān)外，還與極板表面活性物質(zhì)的利用率 、 孔率、極板厚度、極板的表面積有關(guān)。 近年來，國內(nèi)外人士正致力于充電器的智能化研究，智能化程度較高的充電器解決了動(dòng)態(tài)跟蹤電池可接受充電電流 曲線的技術(shù)關(guān)鍵，使充電電流始終與可接受充電電流保持良好的匹配關(guān)系，使充電過程始終在最佳狀態(tài)下進(jìn)行，比常規(guī)充電模式可節(jié)約電能 30%50%左右，提高了充電質(zhì)量和效率，充電工人只擔(dān)任輔助性工作，為充電技術(shù)和充電設(shè)備的智能化發(fā)展闖出了一條新路。國內(nèi)外多年來的實(shí)踐證明，鉛酸蓄電池浮充電壓偏差5%，電池的浮充壽命將減少一半。 因此，人們?cè)诤懔鞒潆姺绞降幕A(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，即采用恒流限壓充電方式。到了八、九十年代，由于大容量、長壽命蓄電池的大批量的生產(chǎn)及大功率晶體管的研制成功和計(jì)算 機(jī) 應(yīng)用技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使綠色能源得到長足的發(fā)展，近期一些公司聲明他們將首先實(shí)現(xiàn)綠色能源計(jì)劃，其中就包含大量電動(dòng)汽車。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。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。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 。 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。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。 （ 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。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。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。 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（ PbO2），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。 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。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。 tii= I0et0 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。 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。用恒 定電壓快速充電，如圖 24 所示。 下面介紹目前比較流行的幾種快速充電方法。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。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。 現(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。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。這種方法適用于恒流充電模式。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。 （ 2） 主充階段 主充階段以恒流方式充電。直到充電結(jié)束蜂 鳴 器發(fā)聲，提醒用戶充電已完成。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。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)。 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。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)。 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]。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。 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。 TL494 的控制回路 電路 圖如圖 38 所示。 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?yàn)R射的方法，在陶瓷或玻璃基 礎(chǔ) 上形成電阻膜層的電阻器。電阻上的電流變化范圍為，如圖 310 所示： 輸入電壓： 20in sV V V ??? （ ） 因?yàn)檫\(yùn)放不吸收電流。 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eA4D a t e : 9 J un 2 0 0 9 S he e t o f F i l e : H : \ 圖 \ B A C K U P ~ 2 .D D B D r a w n B y:U 3 BO P T O I S O 1U 3 AO P T O I S O 1R W 11 0KR65 00R45 00R82 00R11 00R73KC30 .1 uC50 .0 1 8uC40 .1 uD24 00 7蓄電池++ 12+5+ 12+ 12U 1 AL M 3 24V o +V i n 2 V1V2I1 I2V o I3V5C U R R E N T / A I N 1VsT e x t 圖 310 電流檢測(cè)電路 這是最簡(jiǎn)單 的檢流方法，通過檢測(cè)電阻電壓間接測(cè)出流過電阻的被檢測(cè)電流的大小 。即兩路光藕的輸入輸出電流之比 4645 IIII ? （ ） 因?yàn)?A/D 的輸入阻抗很高，所以 ? ?2 1 0426 6 2 5 2 21 2 1 2 1 2 9 1 0i b a tR W RV R WV I R W I R W R W V UR R R R R? ? ? ? ? ? （ ） 把 2RW 、 12R 、 10R 、 9R 的阻值代入得 ? ?26 0 05 6 .1RWV V V???? （ ） 調(diào)節(jié) 2RW ， 使得采樣電路輸出的電壓為 /3 13VOLTAGE AIN batVU? （ ） 即把輸入電壓從 015V 衰減到 05V。反饋信號(hào)和設(shè)定信號(hào)通過 TL494 的誤 差放大器后進(jìn)行比較放大，進(jìn)而控制停止PWM 輸出，防止過充電。 （ 1） TL494 管腳配置及其功能 TL494 的內(nèi)部電路由基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、振蕩電路、間歇期調(diào)整電路、兩個(gè)誤差放大器、脈寬調(diào)制比較器以