【正文】 制，可達(dá)到最佳充電效果。在主程序流程中我們可以不僅對單片機(jī)進(jìn)行一定的初始化，將其對電池進(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，實現(xiàn)電池充電階段的顯示功能，并且在充滿電時，實現(xiàn)報警功能。對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)省充電的時間，實現(xiàn)對鉛酸蓄電池快速充電的目的。他。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，電流檢測和溫度檢測確定當(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，浮充電四個階段。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，將轉(zhuǎn)換進(jìn)入浮充電階段。1RW硬件設(shè)計的總電路圖見附錄。 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 。線性光藕可以較好的實現(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)%。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到的電池電流轉(zhuǎn)換為 05V 的電信號，通過簡單濾波電路進(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。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)更簡潔，縮小了空間。當(dāng)電壓檢測量 VOLTAGE/AIN3 和電流檢測量 CURRENT/AIN1 送入到單片機(jī)的兩個獨立的模數(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)入充電四個階段的哪個階段，同時將轉(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，單片機(jī)將驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲，提醒用戶充電已結(jié)束 [6][13][17]。PLL 的控制寄存器是PLLCON。它有兩個輸出范圍：0 到 VREF 和0 到 AVDD，能以 8 位或 12 位模式工作。若 EA 被置 0，則從內(nèi)部 8KFlash/EE 開始執(zhí)行程序。40mV，177?！耠娫纯捎糜?V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)。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，從而實現(xiàn)充電電池的智能型充電。因此，充電電流與主充時相比很小，但是，由于工作情況的復(fù)雜性，浮充時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） 。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間控制，電壓控制和溫度控制的綜合控制法。這樣可以避免電池長時間大電流過充電。此外，鎳氫電池充足電后，電池電壓要經(jīng)過較長時間才出現(xiàn)負(fù)增量，過充電較嚴(yán)重。（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，電池即充足電。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)動充放電開關(guān)管）信號的頻率是固定的；其二為脈沖電流幅值固定不變，PWM 信號的頻率可調(diào)。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。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。鑒于這種缺點，恒壓充電很少使用，只有在充電電源電壓低而電流大時采用。當(dāng)電流衰減到預(yù)定值時，由第二階段轉(zhuǎn)換到第三階段。一般來說，常規(guī)充電有以下 3 種。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。在負(fù)極板上，在外界電流的作用下，硫酸鉛被離解為二價鉛離子（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鉛離子（Pb 2+）被中和為鉛（Pb） ，并以絨狀鉛附著在負(fù)極板上。同時在電池內(nèi)部進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。自放電通常與環(huán)境溫度有密切聯(lián)系。當(dāng)電池的老化達(dá)到一定程度時，這個電池就報廢了。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，所測得的電池兩極間的電壓稱為電池的開路電壓；② 當(dāng)蓄電池充電時所測得的電壓稱為電池的充電電壓；③ 電池放電時測得的電壓稱為放電電壓。這極易對電池造成永久性損害，影響蓄電池的使用壽命。（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)。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。在我國的研究發(fā)展比較晚，因其體積小，動態(tài)響應(yīng)速度快，輸出紋波小，效率高等特點，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，但對于相控電源來說，它的價格比較高，而且功率器件的發(fā)熱量也較高，所以，在電力系統(tǒng)中的大功率場合，相控式的充電器仍然占有較大比重。單獨采用恒流充電限壓充電和恒壓限流充電等模式對鉛酸蓄電池進(jìn)行充電，蓄電池的充電效果不是很理想。蓄電池組中個別落后電池進(jìn)行完全充電，恢復(fù)其容量，這時最好用小電流長時間的充電模式。基于單片機(jī)的智能電池充電器的設(shè)計I基于單片機(jī)的智能電池充電器的設(shè)計摘 要由于以往的充電器不能根據(jù)電池的充電狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采取相應(yīng)的電池充電模式，而是一直采用大電流充電，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。特別適合由許多電池串聯(lián)起來的蓄電池組。它的缺點是：充電初期，如果蓄電池放電深度過大，充電電流會很低，后期充電電流又過小，充電時間長；此外蓄電池端電壓的變化也很難補(bǔ)償，充電過程中對落后的電池完全充電也很難完成，為了彌補(bǔ)恒壓充電的不足，在恒壓充電的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，當(dāng)充電電流較高的時候（如電池嚴(yán)重虧電，漏電，負(fù)荷過重等）這時應(yīng)采取限流措施，保持電流不超過某一設(shè)定值而使電壓降低，待電流降低，電壓升起后再穩(wěn)壓，這就是恒壓限流的含義?，F(xiàn)在國外已研制成功只要用一小時就可以充滿蓄電池的大功率充電器，在體積上也越來越小，現(xiàn)在最小的大功率充電器只有一個書包大小。容量分為理論容量、實際容量和額定容量。在一定范圍內(nèi)，電解液溫度高，蓄電池的活性增加，內(nèi)阻變小，容量變高，電解液溫度低時，蓄電池的活性降低，內(nèi)阻變大，容量降低。放電終止電壓是指蓄電池可放電的最低電壓，如果電壓低于放電終止電壓后繼續(xù)放電，電池兩端電壓會迅速下降，形成過放電。（6） 電池的極化現(xiàn)象由于蓄電池內(nèi)阻并不是純電阻，所以蓄電池的端電壓也與其他電源有所不同。（7） 電池的老化電池的老化是指另外一種現(xiàn)象：電池在開始使用的一段時間內(nèi)，電池容量增加大約 5%10%，接下來的一段時間，電池的容量大約不變，然后開始慢慢減少，即開始了電池的老化過程。自放電的大小一般用單位時間的電池容量下降得百分比來表示，見公式 ： ??001%fQ???????自 放 電（）其中，Q O 為蓄電池在規(guī)定條件下的容量，Q f 為電池存儲一段時間后，在同樣規(guī)定條件下的容量。 鉛酸蓄電池放電過程的電化反應(yīng)鉛酸蓄電池放電時，在蓄電池的電位差作用下，負(fù)極板上的電子經(jīng)負(fù)載進(jìn)入正極板形成電流I。在正極板上，在外界電流的作用下，硫酸鉛被離解為二價鉛離子（Pb 2+）和硫酸根負(fù)離子（SO 42） ，由于外電源不斷從正極吸取電子，則正極板附近游離的二價鉛離子（Pb 2+）不斷放出兩個電子來補(bǔ)充，變成四價鉛離子（Pb 4+） ，并與水繼續(xù)反應(yīng)，最終在正極極板上生成二氧化鉛（PbO 2） 。實驗表明，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。這個現(xiàn)象對蓄電池充電所必須的最短時間具有重要意義。u , it0、 、 、 、 、 、 、圖 23 二階段法曲線三階段充電法在充電開始和結(jié)束時采用恒電流充電，中間用恒電壓充電。但在充電初期電流過大，對蓄電池壽命造成很大影響，且容易使蓄電池極板彎曲，造成電池報廢。脈沖充電方式首先是用脈沖電流對電池充電，然后讓電池停充一段時間，如此循環(huán)，如圖 25 所示。其特點是將恒流充電段改為限壓變電流間歇充電段。⑤ 變電壓變電流波浪式間歇正負(fù)零脈沖快速充電法綜合脈沖充電法、REFLEXTM 快速充電法、變電流間歇充電法及變電壓間歇充電法的優(yōu)點，變電壓變電流波浪式正負(fù)零脈沖間歇快速充電法得到發(fā)展應(yīng)用。常用的電壓控制法有：最高電壓控制，電壓負(fù)增量控制，電壓二次導(dǎo)數(shù)控制。負(fù)增量檢測法的缺點是：電池電壓出現(xiàn)負(fù)增量后，電池已經(jīng)過充電，因此電池溫度較高。充電過程中，達(dá)到預(yù)定的充電時間后，定時器發(fā)出信號，使充電器迅速停止充電或者充電電流迅速降低到浮充電電流。上述各種控制方法各有優(yōu)缺點。當(dāng)充電電流降低到浮充電流時，電池已基本充滿，其中： （）??。?） 浮充階段低壓小電流充電階段，以補(bǔ)充電池的自然放電浮充時，須將充電電壓穩(wěn)定在蓄電池的額定電壓附近（比主充最高限壓V要低） 。針對上述功能，它的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖31所示：、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、P W M 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、A D u C 8 2 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、圖31 智能充電器的硬件結(jié)構(gòu)框圖其中單片機(jī)采用了由AD公司生產(chǎn)的ADuc824，它內(nèi)含有兩個獨立的A/D轉(zhuǎn)換通道和一個D/A轉(zhuǎn)換通道，并且內(nèi)部還有一個溫度傳感器，為設(shè)計外圍電路接口提供了方便?！?051內(nèi)核可與8051指令系統(tǒng)兼容()；具有32kHz外部晶振和片內(nèi)PLL；有3個16位定時/計數(shù)器；內(nèi)含12個中斷源、2個優(yōu)先級。20mV，177。如用戶在 EA 置 0 時上電或復(fù)位，則芯片執(zhí)行外部程序空間的指令而不能執(zhí)行內(nèi)部 8KFlash/EE 程序存儲器空間的指令。它有一個軌對軌的電壓輸出緩沖，可驅(qū)動 10kΩ/100pF 的負(fù)載。以上的頻率選擇保證了 AD 調(diào)制器和 CPU 核心的時鐘同步。為了與平時學(xué)的 80C51 的 12MHz 的晶振頻率一致,且易編程，我們可以對片內(nèi) PLL 的控制寄存器 PLLCON 進(jìn)行軟件設(shè)計來實現(xiàn) 12MHz 的晶振頻率。TL494 是美國德州儀器公司生產(chǎn)的一種電壓驅(qū)動型脈寬調(diào)制控制集成電路，主要應(yīng)用在各種開關(guān)電源中，TL494 價格低廉，易購得，和分立單元系統(tǒng)相比，在一個芯片內(nèi)，同時解決了電流和電壓調(diào)節(jié)器，脈寬調(diào)制，最大電路限制。單端輸出時 TL494 的 Q1 和 Q2 并在一起輸出 PWM 波，如圖 37 所示。本設(shè)計采用精密電阻進(jìn)行比例衰減，把輸入電壓量程范圍轉(zhuǎn)化為 AD 轉(zhuǎn)換器的量程范圍，然后經(jīng) RC 濾波，再送給 AD 轉(zhuǎn)換器測量。 它 的 耐熱 性 、 噪 聲 電 勢 、 溫 度 系 數(shù) 、 電 壓 系 數(shù) 等 電 性 能 比 碳 膜 電 阻 器 優(yōu) 良 。即兩路光藕的輸入輸出電流之比為 （）321I?因為 A/D 的輸入阻抗很高，所以 （）2153121266inVRWVIRW??把 、 的阻值代入得1RW6 （）??150sV??即： （）1/ 0CURENTAIsW?調(diào)節(jié) 使得電壓在 05V 之間，便于采樣。進(jìn)入恒流階段與涓流充電的過程一樣，只是恒流充電的電流較大，PWM的脈寬較寬。5 結(jié)論本文是對鉛酸蓄電池的智能型充電器的研究，針對以往的充電器的一直持續(xù)采用大電流充電和沒有過充電的保護(hù)措施，極易使電池產(chǎn)生極化現(xiàn)象，從而造成電池的充電效率下降，電池的使用壽命縮短。首先我要特別感謝我的導(dǎo)師陳志武老師，在這一個學(xué)期里他對我孜孜不倦的指導(dǎo)和教誨，使我在設(shè)計和學(xué)習(xí)的道路上受益匪淺。在本次的設(shè)計中限于時間、能力和開發(fā)環(huán)境等一些原因的影響，還有一些關(guān)于智能型充電器的其他的一些功能沒能設(shè)計出來，只是進(jìn)行了簡單的介紹說明。、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、P W M 、 、 、 、 、P W M 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 2P W M 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、