【正文】 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i onS i z eA4D a t e : 2 J un 20 0 9 S he e t o f F i l e : H : \ 圖 \ B A C K U P ~ 21 .D D B D r a w n B y :R910 0 KR 1010KU 4 BO P T O I S O 1U 4 AO P T O I S O 1R W 210KR 125. 1 KR 115. 1 KR 14270R 133KC60. 1 uC80. 0 22 uC70. 1 uD340 0 7++ 12+5+ 12+ 12U 2 AL M 32 4V o +V o V i n 1Vi V3V4I4 I5I6V6V O L T A G E / A I N 3 圖 39 電壓檢測(cè)電路 輸入電壓： 1 0 0in batV V V U??? ? ? （ ） 經(jīng)分壓衰減變成 109 10i batRVURR? ? （ ） 忽略運(yùn)放的電流，根據(jù)虛地原理，有 34iV V V?? 所以第一路光藕的輸出 345 12 12VVI RR?? （ ） 由于光藕 4AU 和 4BU 的原邊電流相同，且 2 個(gè)光藕制造工藝相同，所以可近似地認(rèn)為它們的電流放大倍數(shù)是相同的。設(shè)定輸入信號(hào)是由 TL494 的 +5V 基準(zhǔn)電壓源經(jīng)一精密多圈電位器分壓，由電位器滑動(dòng)端通過(guò)濾波電路接入 TL494 的誤差放大器 Ⅰ 的 V1一反相輸入端。由 TL49單片機(jī)組成的充電控制回路，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。 充電 電路設(shè)計(jì)部分 充電電路電源部分 該電路屬于降壓扼流圈電路，輸出電壓比輸入電壓低時(shí)使用，如圖 35 所示的 電路中， 220 伏市電經(jīng)變壓器降壓后，由整流器整流和大電容 C1 平滑濾波，作為直流充電電源。 c. 時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器 (TIC) 時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器可用于計(jì)量較長(zhǎng)的時(shí)間間隔，而標(biāo)準(zhǔn) 8051 的定時(shí) /計(jì)數(shù)器卻不能。 DAC 有一個(gè)控制存儲(chǔ)器 DACCON 和兩個(gè)數(shù)據(jù)寄存器 DACL/H。附加的640 字節(jié) Flash/EE 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是通過(guò)專(zhuān)用寄存器塊 (SFR)中的一組控制寄存器來(lái)間接訪問(wèn)的。 等 幾 種量程的輸入。 ●內(nèi)含的其它外圍設(shè)備有： 片內(nèi)溫度傳感器； 12位電壓輸出 DAC； 雙激勵(lì)恒流源； 時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器； 2線 (I2C可兼容 )和 SPI串行 I/O； 看門(mén)狗定時(shí)監(jiān)視器 (WDT)； 電源供電監(jiān)視器 (PSM)。 電壓檢測(cè)電路和電流檢測(cè)電路分別采用將檢測(cè)到的電壓和電流通過(guò)放大器和光電藕隔離器進(jìn)行轉(zhuǎn)換使得輸出的電壓和電流能夠滿足單片機(jī)的 +5V電壓范圍。這時(shí)應(yīng)采取限流措施，保持電流不超過(guò)某一設(shè)定值而使電壓降低，待電流降低，電壓升高后再穩(wěn)壓，這就是恒壓限流的含義[3][10][11]。 智能充電器的充 電過(guò)程 對(duì)于鉛酸蓄電池來(lái)講，常用的充電方式有恒流限壓和恒壓限流兩種充電方式，然而，單獨(dú)采用其中的一種充電方式，沒(méi)有動(dòng)態(tài)跟蹤電池的實(shí)際狀態(tài)和可接受充電電流大小的技術(shù)，對(duì)鉛酸蓄電池的充電效果不是很理想。 這種控制方法比較簡(jiǎn)單，但是由于電池的起始充電狀態(tài)不完全相同，有的電池充不足，有的電池過(guò)充電，然而充電時(shí)間是固定的，所以不能根據(jù)電池充電前的狀態(tài)來(lái)自動(dòng)調(diào)整。因此，這種控制 方法主要應(yīng)用于鎳鉻電池。充電過(guò)程中，當(dāng)電池電壓達(dá)到規(guī)定值后，應(yīng)立即停止充電。 ⑤ 方法 采用了一種不同于這兩者的控制模式，脈沖電流幅值和 PWM 信號(hào)的頻率均固定， PWM 占空比可調(diào)，在此基礎(chǔ)上加入間歇停充階段，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)充進(jìn)更多的電量，提高蓄電池的充電接受能力[2][5][12]。充電后期采用定電壓充電段，獲得過(guò)充電量，將電池恢復(fù)至完全充電態(tài)。間歇脈沖使蓄電池有較充分的反應(yīng)時(shí)間，減少了析氣量，提高了蓄電池的充電電流接受率。例如，汽車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，蓄電池就是以恒壓充電法充電的。這種方法可以將出氣量減到最少，但作為一種快速充電方法使用，受到一定的限制。 ① 恒流充電法 恒流充電法是用調(diào)整充電裝置輸出電壓或改變與蓄電池串聯(lián)電阻的方法 ，保持充電電流強(qiáng)度不變的充電方法，如圖 22 所示。 由圖 21可以看出：初始充電電流很大，但是衰減很快。 電解液中，正極不斷產(chǎn)生游離的氫離子和硫酸根離子（ SO42），負(fù)極不斷產(chǎn)生硫酸根離子（ SO42） ，在電場(chǎng)的作用下，氫離子向負(fù)極移動(dòng)，硫酸根離子向正極移動(dòng)，形成電流。 負(fù)極板上每個(gè)鉛原子放出兩個(gè)電子后，生成的鉛離子（ Pb2+）與電解液中的硫酸根離子（ SO42）反應(yīng)，在極板上生成難溶的硫酸鉛（ PbSO4）。當(dāng)環(huán)境溫度較高時(shí)，電池的自放電現(xiàn)象比較明顯，所以電池應(yīng)在適宜的溫度和濕度下保存，自放電一般不會(huì)損傷電池，只要重新充足電量，還可以照常使用。一般經(jīng)驗(yàn)來(lái)講，當(dāng)電池的容量達(dá)到額定容量的 80%時(shí)，就可以認(rèn)為電池的壽命基本結(jié)束了。 這三種狀態(tài)的電壓具有下述特點(diǎn)：充電電壓高于開(kāi)路電壓，而且隨著充電時(shí)間的增加而略有升高，放電電壓則低于開(kāi)路電壓，而且隨著放電時(shí)間的增加而略有降低，這種現(xiàn)象稱為電池的極化。放電終止電壓和放電率有關(guān)。 極化電阻（ fR ）：包括蓄電池使用過(guò)程中濃差極化和電化學(xué)極化產(chǎn)生的電阻之和。 實(shí)際容量（ C）是在一定放電條件下蓄電池實(shí)際放出的容量。 而國(guó)外市場(chǎng)大部分充電器均采用 Wa， WaWo， Uamp。一方面這些充電方式充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不能適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)和生活的需要。 恒流充電方式的不足之處在于：開(kāi)始充電階段電流過(guò)小，在充電中后期電流又過(guò)大，析出氣體多，對(duì)危害較大，能耗高。 基于上述原因 本文 設(shè)計(jì)了一種 基于單片機(jī)的智能電池充電器 ，該充電器是 由 ADuC824 單片機(jī)控制 ， 根據(jù)充電電池的 充電 狀態(tài)輸出一定的 PWM 脈沖波，進(jìn)而 采用 涓流充電，恒流充電，恒壓充電和浮充電等四個(gè)階段 對(duì)鉛酸蓄電池 充電， 并且可以 通過(guò)單片機(jī)的 輸出端口顯示當(dāng)前的充電 狀態(tài) ， 在充電結(jié)束時(shí)自動(dòng)終止充電， 蜂鳴器發(fā)出報(bào)警 聲，提醒用戶電池已經(jīng)充滿 ， 實(shí)現(xiàn)電池充電的智能化。這兩種充電方式的特點(diǎn)及存在的問(wèn)題如下： （ 1） 恒流限壓充電 充電時(shí)自始至終以恒定不變的電流進(jìn)行充電，該電流可以通過(guò) PWM來(lái)調(diào)整，這種方式實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單方便， 易于做到。隨著蓄電池端電壓 升高，充電電流會(huì)自動(dòng)下降，所以析氣量少，充電時(shí)間較長(zhǎng)，能耗較低。 充電器的技術(shù)水平 、 現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 隨著蓄電池電動(dòng)車(chē)的迅猛發(fā)展，對(duì)充電器的要求越來(lái)越高，從開(kāi)始的單純充足，到目前的延長(zhǎng)蓄電池壽命，減少能源消耗，充電器的功能已發(fā)生了 質(zhì)的飛越。 （ 1） 蓄電池容量 蓄電池容量是指在一定條件下可以從蓄電池獲得的電量（用 C 表示），單位常用安培小時(shí) (Ah)表示，是蓄電池性能的重要指標(biāo)。當(dāng)放電率較小，電壓下降緩慢，蓄電池實(shí)際放出的電量較高，當(dāng)放電率變大時(shí)，電壓下降變快，蓄電池實(shí)際放出的電量較低。 （ 4） 充電終止電壓和放電終止電壓 蓄電池充足電時(shí)，極板上 的活性物質(zhì)已達(dá)到飽和狀態(tài)，再繼續(xù)充電，蓄電池的電壓也不會(huì)上升，此時(shí)的電壓稱為充電終止電壓。這是因?yàn)殡姵卦诘碗娏鬟^(guò)充電時(shí)所產(chǎn)生的極化現(xiàn)象較輕，同時(shí)電池的熱量可以及時(shí)地向空中散發(fā)，基本上不會(huì)對(duì)電池造成傷害。它不僅使電池發(fā)熱，而且降低了電池的效率，同時(shí)也加速了電池的老化。 （ 9） 自放電現(xiàn)象 當(dāng)電池處于閑置不用（非工作狀態(tài)）時(shí)，雖然沒(méi)有電流流過(guò)蓄電池，但電池內(nèi)的活性物質(zhì)與電解液間自發(fā)的反應(yīng)卻一直在進(jìn)行，這造成了電池內(nèi)的化學(xué)能量無(wú)益的損耗，使電池的容量下降，通常將這種現(xiàn)象稱為電池的自放電。 可見(jiàn)，在未接通外電路時(shí) （電池開(kāi)路），由于化學(xué)作用，正極板上缺少電子，負(fù)極板上多余電子 ， 兩極板間就產(chǎn)生了一定的電位差，這就是電池的電動(dòng)勢(shì)。 鉛酸蓄電池充電過(guò)程的電化反應(yīng) 充電時(shí)，應(yīng)在外接一直流電源（充電極或整流器），使正、負(fù)極板在放電后生成的物質(zhì)恢復(fù)成原來(lái)的活性物質(zhì)，并把外界的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)。 蓄電池的充電工作特性 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 21所示。實(shí)際上，常規(guī)充電的速度被蓄電池在充電過(guò)程中的溫升和氣體的產(chǎn)生所限制。 一般兩階段之間的轉(zhuǎn)換電壓就是第二階段的恒電壓。 u , i0t充 充 充 充充 充 充 充 圖 24 恒壓充電法曲線 這種充電方法電解水很少，避免了蓄電池過(guò)充。 ① 脈沖式充電法 這種充電法不僅遵循蓄電池固有的充電接受率，而且能夠提高蓄電池充電接受率，從而打破了蓄電池指數(shù)充電接受曲線的限制，這也是蓄電池充電理論的新發(fā)展。 ti0t0t1t2TI1 I2 圖 26 REFLEXTM 快速充電法 ③ 變電流間歇充電法 這種充電方法建立在恒流充電和脈沖充電的基礎(chǔ)上。在每個(gè)恒電壓充電階段，由于是恒壓充電，充電電流自然按照指數(shù)規(guī)律下降，符合電池電流 可接受率隨著充電的進(jìn)行逐漸下降的特點(diǎn)。 電壓控制 在電壓控制法中，最容易檢測(cè)的是電池的最高電壓。采用這種檢測(cè)法的快速充電器，可以對(duì)電池?cái)?shù)不同的電池組充電。例如，對(duì)于 10Ah的蓄電池，采用 ，電池 5h可充足；采用 ，電池 ，因此根據(jù)電池的容量和充電電流，可以很容易地確定所需要的充電時(shí)間。為避免損壞電池，又常采用溫升控制法，即當(dāng)溫升達(dá)到一定值時(shí)，充電器便自動(dòng)轉(zhuǎn)入浮充電模式。 （ 3） 均充階段 即恒壓充電階段 隨著限壓充電的進(jìn)行，電池電流也隨之逐漸 降 低。同時(shí)還 進(jìn)一步 設(shè)置了防止電池過(guò)充以損害電池的裝置。 ●存儲(chǔ)器 8K字節(jié)片內(nèi) Flash/EE程序存儲(chǔ)器； 640字節(jié)片內(nèi) Flash/EE數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器； 256字節(jié)片內(nèi) RAM。主通道可通過(guò)調(diào)節(jié)編程放大器的增益而接收 177。 圖 33 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的配置圖 ADuC824 的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有分開(kāi)的尋址空間。 ③ 其它外設(shè) a. DAC ADuC824 上集成了一個(gè) 12 位電壓輸出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。 AD 時(shí)鐘也來(lái)源于 PLL 時(shí)鐘，其調(diào)制速度和晶振頻率相同。 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eA4D a t e : 5 J u n 20 09 S he e t o f F i l e : J : \ 圖 \ P R E V I O ~ 1 3. D D B D r a w n B y :Q1N P NR 172KA V D DP 1. 2P 1. 4P 1. 5P 1. 6P 1. 7P 3. 2P 3. 4A G N DD V D DP 0. 0P 0. 1P 0. 2P 0. 3P 0. 4P 0. 5P 0. 7P 0. 6EAX T A L 1P 2. 0R E S E TX T A L 2D G N DabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpD P Y _7 S E G _D PC 121 0uR 181 0KG N D+5+5DAC U R R E N T / A I N 1V O L T A G E / A I N 32 20 X 853910111218226344344454849505152284015323321D V D DP 2. 0A D U C 82 4U31 2P1 2PG N DV R E F +V R E F D V D DD V D D2048D G N DD G N D35471 00 n1 00 n873 2. 7 66 K H ZX T A L 1X T A L 2G N DC S 9 01 3B U Z Z E R+5 圖 34 單片機(jī)連接電路 由于本單片機(jī)采用的是 ADuC824，其使用的是一個(gè)外部晶振為 頻率的時(shí)鐘為 CPU 提供時(shí)鐘周期， 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)。 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