【正文】 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、P W M 、 、 、 、 、 、YNNYYNNYYN、 、 、 、 、圖 42 主程序流程圖 子程序軟件設(shè)計(jì) 電壓和電流的采樣子程序是通過單片機(jī)的兩個獨(dú)立的 A/D 轉(zhuǎn)換通道，將電壓和電流檢測電路的檢測到的數(shù)值經(jīng)過一定的轉(zhuǎn)換，再進(jìn)行判斷進(jìn)入何種階段充電，首先先啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，將 A/D 轉(zhuǎn)換的兩個獨(dú)立的控制寄存器進(jìn)行設(shè)置，然后開始進(jìn)行轉(zhuǎn)換，延時一段時間，判斷是否轉(zhuǎn)換結(jié)束，若轉(zhuǎn)換結(jié)束則讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，否則繼續(xù)延時。為實(shí)現(xiàn)大電流充電，又要保護(hù)電池，蓄電池采用圖 41 所示的充電方式，充電階段可以分成 4 個階段。電路實(shí)現(xiàn)簡單，缺點(diǎn)是檢流電阻會分壓而影響被檢測原電路，但本充電電路的被檢測電流是直流電流，數(shù)值大到數(shù)個安培。（2） 電流檢測在檢測電流時，電流的取樣通過電阻法取樣，取樣電流由一個 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 電壓時可使截止時間從 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)部兩個末級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，該腳接地時為并聯(lián)單端輸出方式，接 14 腳時為推挽輸出方式；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)時間后，PWM 信號變低，MOSFET 截止，電感 L1 中的電流減小，L 1 兩端的感應(yīng)電動勢使續(xù)流二極管導(dǎo)通，L 1 中的存儲電流和電 容 C2 存儲電荷向電池充電。HOUR、MIN、SEC 、 HTHSEC 分別是時、分、秒、1/128 秒的寄存器。ADuC824使用一個 的外部晶振同時為 AD 和 CPU 提供時鐘信號。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） 通過對鉛酸蓄電池的電壓，電流進(jìn)行定時的檢測，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)行到哪個階段。（1） 預(yù)充階段即涓流充電階段當(dāng)系統(tǒng)檢測到蓄電池虧電時，首先以小電流充電，倍率： （）?預(yù)式中 ：蓄電池的電池容量5C當(dāng)電池電壓升至接近額定電壓（）時，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，電壓的二次導(dǎo)數(shù)將達(dá)到某一個確定的值，此時結(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、 、 、 、 、 、 、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。 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，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（O 2）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，應(yīng)能在電池長時間不用的情況下對電池進(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。過充電會使電池內(nèi)部的溫度和電壓都急劇上升，造成對電池的損害。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，人們在恒流充電方式的基礎(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汽車。隨著國際、國內(nèi)對環(huán)保要求的越來越高，對內(nèi)燃車輛的排放要求也越來越高，這樣對綠色能源的需求越來越迫切，勢必會蓄電池電動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，蓄電池價格占整機(jī)價格的 20%，國外同容量電池價格則為國產(chǎn)蓄電池價格的 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值來表示，而是用電池的額定容量 C 額和放電時間 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)，它會增大電池內(nèi)部的壓力，同時，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，充電時所產(chǎn)生的氧氣可以被及時吸收，因此電池的極化現(xiàn)象很輕，一般不會對電池造成很大的傷害，當(dāng)高速率恒流充電時，這一現(xiàn)象則不容忽視。充電時采用大電流充電，會造成蓄電池溫度高，損害蓄電池的壽命。 鉛酸蓄電池的工作原理 鉛酸蓄電池電動勢的產(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。電解液中存在的硫酸根離子和氫離子在電力場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，整個回路形成，蓄電池向外持續(xù)放電。鉛酸蓄電池充電時，電解液中的硫酸不斷增多，水逐漸減少，溶液比重上升。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。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充電狀態(tài)的檢測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，當(dāng)電池溫度超過規(guī)定值時（一般為50℃） ，充電器能自動轉(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。主通道用于測量主傳感器的輸入，這個通道具有緩沖器，可以接收來自輸入管腳 Ain1/2 和 Ain3/4 的差分信號。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 通過一個下拉電阻被下拉，芯片則自動進(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 的時鐘信號。 ADuC824 的外設(shè)還包括片內(nèi)溫度傳感器、門狗定時器(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 信號的低電平持續(xù)時間后，PWM 信號的又一高電平到來，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 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 。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。、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、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)行對充電器控制。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 個階段，此時的充電電流很小，電壓保持在一定值上，延時一段時間后，蜂鳴器將會進(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)對充電電池進(jìn)行電壓、電流的檢測，送入單片機(jī) ADuC824 的兩個獨(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階段的哪個階段，并將其充電狀態(tài)顯示出來，以提示用戶，同時單片機(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。不過相信在以后的學(xué)習(xí)生活中，我會多關(guān)注一些這方面的知識，不斷地完善本課題的設(shè)計(jì)。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。部分主要程序見附錄 2。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)虛地原理，有 = ，所以有si 1V2 （）216IR由于光藕 和 的原邊電流相同，