【正文】 ........................ 35 6 結論 ................................................................... 36 參考文獻 ................................................................. 37 XXX大學 本科 畢業(yè)設計 1 鉛酸蓄電池智能充 電系統(tǒng)的設計 前言 目前，大多數(shù)電機車使用的電源都是鉛酸蓄電池組。另一方面，充電技術不能適應鉛酸蓄電池的特殊要求，會嚴重影響蓄電池的壽命。 充電方法的選擇是十分重要的，不同的充電方法，其充電速度的差別可能很大，導致充 電效果的差距也會很大。在放電方法的實現(xiàn)上，采用大功率 IGBT 管進行 PWM 控制，以控制放電電流大小，保持其高穩(wěn)定性。 隨著電力電子技術和自動控制技術的發(fā)展，尤其 是大功率高壓場效應管等新型高頻開關器件的出現(xiàn)，使得開關的速率大大提高。恒壓充電一般應用在電池組電 壓較低的場合。采用堿性電解質(zhì)的稱為堿性蓄電池。對于每個單元 2V的 電池來說，單個電池的電壓為 12V。為了比較不同系列的電池常用容量的概念，即單位體積或單位質(zhì)量電池所能給出的理論電量，常以 Ah/KG或 Ah/L 表示。當電池的放電深度減為 30%時，允許的充放電的循環(huán)可高達 1200 次左右。鉛酸蓄電池的自放電相對鎳福蓄電池來講比較嚴重，經(jīng)驗表明鉛酸蓄電池在閑置一個月后，自放電達 30%左右。每一種活性物質(zhì)的電化當量都是由其電化學反應方程式計算出來的。對蓄電池快速充電的理論也進行了探討 ，并在實踐的基礎上提出了蓄電池快速 充電的一些基本定律。 當充電電流超過蓄電池接受電流值時，就會大量地產(chǎn)生氣體。在切斷電源后，由于電化學反應的遲緩性而產(chǎn)生的平衡電極電勢的偏移就迅速地下降，在微秒XXX大學 本科 畢業(yè)設計 15 級內(nèi)就顯著地降低。 ，是在充電全過程實施放電脈沖去極化。主回路有多種不同的拓撲結構 。它通過在電路中增加輔助支路，可使開關管在全負載范圍內(nèi)實現(xiàn)零電壓開關，它在小功率 (3kw)電路中具有明顯的優(yōu)勢。為正且大于開啟電壓 UGE間時， IGBT 導通。與傳統(tǒng)的放電回路相比，該能量回饋電路能避免不必要的能量消耗，同時也可使充電系統(tǒng)體積大大減小。 300kHz。該端為電流故障比較器的同相輸入端。多只控制器并聯(lián)運行時，可以共用一只軟啟動電容，但軟啟動電容的充電電流需要相應增加。該端與 Uc(引腳 9)之間接陶瓷旁路電容。在鋸齒波上升沿過程中，調(diào)節(jié)器對占空比進行線性控制。在圖 ， RC9決定此變量。還適用于一般的信號處理系統(tǒng)和高級智能儀器，以及高性能的計算機外部設備控制器和辦公自動化設備 控制器等。前 3個鍵用來進行充電方式的手動改變，故障屏蔽鍵用來屏蔽本次故障報警 (當操作維護人員己經(jīng)知道故障發(fā)生，但還沒排除故障時使用 )。浮充電為恒壓充電，須從 輸出浮充電壓給定值，從 輸出低電平，以實現(xiàn)電壓閉環(huán)。整個充電系統(tǒng)的主程序框圖如圖 ?；魻杺鞲衅魍ㄟ^外接取樣電阻轉換成電壓輸出信號，此信號一方面直接加到 UC3879 的過流保護腳 (4腳 )，另一方面通過 A/D 轉換送入 CPU。 顯示電路由以下幾部分組成 :充電電壓、充電電流數(shù)值顯示電路 。 鍵盤帶路 模擬檢測電路 顯示電路 執(zhí)行電路 80C196KB最小系統(tǒng) XXX大學 本科 畢業(yè)設計 29 圖 80C196KB 單片機最小系統(tǒng)電路原理圖 、執(zhí)行速度更快的指令系統(tǒng)，可以對帶符號數(shù)和不帶符號數(shù)進行XXX大學 本科 畢業(yè)設計 30 操作 。反相端 與電源輸出端經(jīng)光禍隔離后的反饋輸出相連，兩者相比較，差值經(jīng)放大輸出，送至移相脈寬控制器，控制 A、 B與 C、 D之間的相位，最終調(diào)整波形占空比。 GND(引腳 20):信號地。當該端與 Ui(引腳 10)相連時，欠電壓鎖定閩值電壓為 ，滯回電壓為 。 Uc(引腳 9):驅(qū)動輸出電 路偏置電源輸入端。相移開始工作，但只有控制器進入穩(wěn)定工作狀態(tài)之后，才會向負載傳輸功率。 UC3879的引腳排列如圖 圖 UC3879 引腳排列 引腳功能介紹如下 : Uref (引腳 1):精密 SV基準電壓輸出端，具有短路電流限幅特性。 工頻濾波器又稱平滑濾波器，接在工頻整流器與逆變電路之間，能將工頻整流器輸出的脈動電流變?yōu)槠交绷鳌?IGBT 的驅(qū)動多采用專用的混合集成驅(qū)動器。 全橋變換器中功率開關元件的選用 典型的全控型開關器件有電力晶體管 GTR、門極可關斷晶體管 GTO、場效應晶體管MOSFET 和絕緣柵極雙極型晶體管 IGBT 等。它是目前應用最廣泛的軟開關電路之一，其特點是電路很簡單，便于操作，但存在一個缺點，即滯后臂開關管在輕載下難以實現(xiàn)零電壓開關，這使得它不適合用于負載范圍變化較大的場合。 第三，經(jīng)驗表明，所謂“極化點”并不是一個固定的量值，不同容量的蓄電池，以及蓄電池的殘余容量不同，其極化點也不盡相同。 智能充電的特性曲線如圖 中的 II 線所示。當未接通電路時，電池中電解液的濃度在各 處的分布是均勻的。小于這一接受特性曲線的充電電流，就是蓄電池具有的儲存充電電流，該電流稱為蓄電池的充電接受電流。 I— 充電電流 (A): R— 電池的內(nèi)阻 (Q)。 19 世紀中期，鉛酸蓄電池的問世解決了部分小用電設備的隨機用電向題。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。單位重量電池所能給出的功率稱為比功率，單位是 W/K g 或KW/kg。若蓄電池在低于終止電壓情況下繼續(xù)放電，稱為過放電，這極易對電池造成永久性傷害。 目前主要的蓄電池有以下四種 。為了更XXX大學 本科 畢業(yè)設計 6 好的理解我們所面對的研究對象，需要介紹一下它的龐大家族一電池的種類以及他所擁有的各自不同的特性。這種充電方法特別適用于由多數(shù)電池串連的電池組，落后電池的容量易于恢復，最好用于小電流長時間的充電模式。這些充電方法的 原理絕大多數(shù)都是在傳統(tǒng)方法的基礎上加以改進，以便使其充電電流能夠更好地逼近蓄電池的可接受充電電流曲線。在系統(tǒng)設計中，充電電源采用開關電源。 1 總體設計方案 系統(tǒng)的控制下快速地完成充電過程 。XXX大學 本科 畢業(yè)設計 I 鉛酸蓄電池智能充電系統(tǒng)的設計 摘要 本文所設計的鉛酸蓄電池智能充電系統(tǒng) ， 內(nèi)容主要 包括對蓄電池充電方法的研究和充電系統(tǒng)的設計。 如今 ，我國工農(nóng)業(yè)運輸設備對蓄電池用量極大，但是其充電設備很落后，充電方法也很不科學，急需設計出一種新型智能充電系統(tǒng)以滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要。 本充電系統(tǒng)的結構原理框圖如圖 ，它包括提供充電的電源和作為管理中心的控制系統(tǒng)。對鉛酸蓄電池來講，其中的分級定流充電法己 經(jīng)得到了廣泛的應用。這種維持電流恒定的方法，從直流發(fā)電機和硅整流裝置中都能得 到實現(xiàn)，其操作簡單、方便，易于做到。此法也稱為準電壓充電法，串聯(lián)的電阻值可按下式計算 (???內(nèi) ） () 式中 U— 充電電源電壓（ V） I— 充電電流（ A） R(內(nèi) )— 電池內(nèi)阻（因很小可以忽略） 3 鉛酸蓄電池智能充電的基本原理 本課題研究的充電對象是應用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的電機車所使用的鉛酸蓄電池。而密封蓄電池在這方面具有明顯的優(yōu)勢一它具有密封好、無泄露、無污染、無需維護、易保存 等特點，一能夠保障人體以及各種設備的安全 [8]。 、電池的過充電終止電壓是指電池可放電的最低電壓，當蓄電池的放電電壓低于這一電壓值時就不能正常工作了。恒電流放電時的計算方法見式 恒電阻放電時的計算方法見式（ ）： C=Q=I*t () 001C= ITTdt UdtR??? () 式中 I放電電流 R放電電阻 T放電至終止電壓的時間 電池的功率 :是指電池在一定放電條件下，電池于單位時內(nèi)所能給出一能量的大小，單位 W(瓦 )或 KW(千瓦 )。 電池在開始使用的一段時間內(nèi)，電池容量增加大約 5%~10%。記憶效應是一種暫時的現(xiàn)象，一也常被稱為電池的可逆故障，只要將電池充滿后再做深度放電，如此反復幾次，便可以將電池再次激活，恢復其原有的容量。 ??? — 負極板的超電勢 (v)。 圖 充電電流接受特性曲線 圖 ，超過這一接受曲線的任何充電電流，不僅不能提高充電速率，而且會增加析氣。 。若有適當?shù)姆椒ㄏ龢O化，而不影響蓄電池本身的性能，就可以達到智能充電的目的。 第二，采用第一種方法，反饋系統(tǒng)檢側出的蓄電池的端電壓包含有整流疊加電壓的成分，該值隨充電電流大小而異，以此作為指令來控 制充電過程并不能真實地反映出蓄電池電動勢的增長狀況。 本充電系統(tǒng)采用的是全橋移相控制的零電壓 PWM變換電路。 XXX大學 本科 畢業(yè)設計 19 圖 改進型全橋移相控制的零電壓 PWM 變換電路 該變換電路采用移相控制方式，其主電路的工作原理和基本的零電壓 PWM變換電路完全一樣。而且在柵極串入一只低值電阻 (數(shù)十歐左右 )可以減小寄生振蕩，該電阻阻值應隨被驅(qū)動器件電流額定值的增大而減小。 輸入濾波是指接在交流電網(wǎng)與開關電源之間的濾波設備，一般由低通濾波和共模扼流圈等元件組成，其主要作用是抑制開關電 源本身對交流電網(wǎng)的反干擾同時也抑制交流電網(wǎng)中的高頻干擾串入開關電源。 。在新的軟啟動工作周期內(nèi)，當 CS引腳上的電壓降至 ，在 SS(引腳 6)上的電壓開始上升之前，輸出端將從 0176。輸出端 C 一用于驅(qū)動另一側半橋，其相位相對于輸出端 AB 而言產(chǎn)生了移動。 UVSEL(引腳 16):欠電壓鎖定闡值設置端。由 CT 向該端輸入一定的斜坡電壓信號可實現(xiàn)斜率補償。 PWM寬度的設置移相 PWM的相移控制是通過誤差放大器來實現(xiàn)的，在 UC3879中，誤差放大器的同相端與控制其內(nèi)部的 基準電壓相連 。其通用寄存器的數(shù)量遠比一般 CPU的寄存器數(shù)量多，這樣就有可能為中斷服務程序中的局部變量指定專門的寄存器，免除了中斷服務過程中保護寄存器現(xiàn)場和恢復寄存器現(xiàn)場 所支付的軟件開銷，大大方便了程序設計。鍵盤采用檢測法編程，每檢測一次延時 10ms，延時采用對主程序自然周期計數(shù)的方式實現(xiàn)，以提高程序運行效率，連續(xù) 3次檢測到某鍵被按下，才執(zhí)行該鍵處理程序。 在變換器前直流側采用霍爾傳感器進行檢測，如圖 。 XXX大學 本科 畢業(yè)設計 33 圖 充 電系統(tǒng)的主程序框圖 開機后進行系統(tǒng)初始化、并允許實時時鐘中斷、通用定時器 1中斷，然后開總中斷。均充電為恒壓充電，此時從 ， 為低電平，電壓閉環(huán)。為提高抗干擾能力，鍵盤部分要加電容濾波，該 4個鍵通過 80C196KB單片機的高速輸入口 ， ， ， 入 CPU。這些系統(tǒng)均要求實時控制、實時處理。在本充電系統(tǒng)中欲設計開關頻率為 30kHZ的開關電源，取 C9=4700pF， R9=25K，則滿足 f=30KHz。當 COMP(引腳 2)上的電壓超過振蕩器的峰值電壓時，占空比將躍升為 100%， RT的取值范圍應在 。為抑制噪聲，并最代限度 地減小直流電壓的跌落，功率地與信號地應單點相連。 OUTA/B/C/D(引腳 13/12/8/7):圖騰柱式驅(qū)動輸出端。電流故障比較器的反相輸入端接大小為 的基準電壓。 XXX大學 本科 畢業(yè)設計 23 ，最大驅(qū)動電流為 100mA。 XXX大學 本科 畢業(yè)設計 21 圖 能量回饋電路圖 主回路中建波電路的設計整流濾波 電路對降低電源中的噪聲干擾起到了重要作用。由于具有電導調(diào)制效應，高耐壓的 IGBT也具有很小的通態(tài)壓降。 圖 PWM變換電路?？刂苹芈肥菍崿F(xiàn)電源各種性能要求的核心，其控制機理有調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)寬、諧振等。整個充電過程按照“充電一停充一放電一停充一充電”這一既定的程序周而復始。 由于極化產(chǎn) 生的過電勢，不僅阻礙充電電流，放慢了電化學反應。這是由于極化現(xiàn)象嚴重引起的。 在充電過程中，用某一速率的電流進行充電，蓄電池只能充到某一極限值，當達到這一極限后，繼續(xù)充電時，只能導致電解水反應而產(chǎn)生氣體和溫升，不能提高蓄電池的充電速度。 事實上，蓄電池在充電時候會有氣體析出，這是因為在進行充放電過程中還會有其他的化學反應發(fā)生，如充電時候會產(chǎn)生氫氣和氧氣兩種氣體，其化學方程式如下： 222 2 2H H O H O??? ? ? （ ） 鉛酸蓄電池的充電特性 通常，對鉛酸蓄電池進行充電時，都是用曲線來表達電池的端電壓、錫電壓、電解液的密度以及電解液的溫度隨時間的變化，把這樣的一些曲線，稱為電池的特性曲線，來表示電池的各種特性?？紤]到這 一點，在設計蓄電池智能充電系統(tǒng)時，應在電池長時間不用的情況下對電池進行補充充電。因此，為延長電池的使用壽命，盡量不用讓電池