【正文】 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，只是進行了簡單的介紹說明。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。、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、P W M 、 、 、 、 、P W M 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 2P W M 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、P W M 、 、 、 、 、 、YNNYYNNYYN、 、 、 、 、圖 42 主程序流程圖 子程序軟件設(shè)計 電壓和電流的采樣子程序是通過單片機的兩個獨立的 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，再進行判斷進入何種階段充電，首先先啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，將 A/D 轉(zhuǎn)換的兩個獨立的控制寄存器進行設(shè)置，然后開始進行轉(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。進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。為實現(xiàn)大電流充電，又要保護電池，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。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。電路實現(xiàn)簡單，缺點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。 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 。（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。本設(shè)計采用精密電阻進行比例衰減，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。在這次的設(shè)計中只用到了 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]。單端輸出時 TL494 的 Q1 和 Q2 并在一起輸出 PWM 波，如圖 37 所示。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。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。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。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 進行軟件設(shè)計來實現(xiàn) 12MHz 的晶振頻率。HOUR、MIN、SEC 、 HTHSEC 分別是時、分、秒、1/128 秒的寄存器。以上的頻率選擇保證了 AD 調(diào)制器和 CPU 核心的時鐘同步。ADuC824使用一個 的外部晶振同時為 AD 和 CPU 提供時鐘信號。它有一個軌對軌的電壓輸出緩沖，可驅(qū)動 10kΩ/100pF 的負載。另外，ADuC824 還可通過標準的 UART 串行端口下載源代碼。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。 的輸入范圍。20mV，177。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) 。●8051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。 單片機部分 ADuC824的介紹單片機選用性價比較高的AD公司生產(chǎn)的ADuC824. ADuC824是AD公司新推出的高性能單片機，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之一。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。智能充電器的基本功能如下：（1） 通過對鉛酸蓄電池的電壓，電流進行定時的檢測，輸入到單片機，單片機根據(jù)得到的數(shù)值進行一系列的處理后輸出到八段碼中，用來告訴用戶充電進行到哪個階段。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） 。（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，進入主充電階段。上述各種控制方法各有優(yōu)缺點。 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。充電過程中，達到預(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。（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)來實現(xiàn)控制的，實驗證明，當(dāng)電池在充足電時，電壓的二次導(dǎo)數(shù)將達到某一個確定的值，此時結(jié)束充電即可。負增量檢測法的缺點是：電池電壓出現(xiàn)負增量后，電池已經(jīng)過充電，因此電池溫度較高。這樣，可能降低電池壽命，也可能損壞電池。常用的電壓控制法有：最高電壓控制，電壓負增量控制，電壓二次導(dǎo)數(shù)控制。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。⑤ 變電壓變電流波浪式間歇正負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零脈沖間歇快速充電法得到發(fā)展應(yīng)用。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。其特點是將恒流充電段改為限壓變電流間歇充電段。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。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。快速充電技術(shù)近年來得到了迅速發(fā)展。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。與恒流充電法相比，其充電過程更接近于最佳充電曲線。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。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。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。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。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。 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。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） 。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。 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，負極板上的電子經(jīng)負載進入正極板形成電流I?？紤]到這一點，在設(shè)計蓄電池充電器時，應(yīng)能在電池長時間不用的情況下對電池進行補充充電。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。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。（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。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。（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。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。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。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。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。蓄電池容量除了與極板表面進行的電化學(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)。容量分為理論容量、實際容量和額定容量。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?，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。國內(nèi)外多年來的實踐證明，鉛酸蓄電池浮充電壓偏差 5%，電池的浮充壽命將減少一半。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，為了彌補恒壓充電的不足，在恒壓充電的基礎(chǔ)上進行了改進，當(dāng)充電電流較高的時候（如電池嚴重虧電，漏電，負荷過重等）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。因此，人們在恒流充電方式的基礎(chǔ)上進行了改進，即采用恒流限壓充電方式。特別適合由許多電池串聯(lián)起來的蓄電池組。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算機應(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現(xiàn)綠色能源計劃，其中就包含大量電動汽車?；趩纹瑱C的智能電池充電器的設(shè)計I基于單片機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