【正文】 ........................................ 6 快速充電技術的優(yōu)缺點分析 ....................................... 7 充電控制技術 ................................................... 7 開關電源的基本原理 ................................................... 9 3 數(shù)字化快速充電系統(tǒng)硬件設計 ................................11 總體設計方案 ........................................................ 11 單片機 XC164CM 介紹 .................................................. 12 開關電源電路設計 .................................................... 13 AC/DC 轉換電路 ................................................ 13 DC/DC 變換器電路的設計 ........................................ 14 充電電路的設計 ...................................................... 18 充電控制電路的設計 .................................................. 19 單片機及其外圍電路的供電電路的設計 .................................. 20 5V 供電電路 ................................................... 20 供電電路 ................................................. 21 IV 電壓和電流檢測電路的設計 ............................................ 21 電壓檢測電路 .................................................. 21 電流檢測電路 .................................................. 22 顯示電路和鍵盤輸入電路的設計 ........................................ 22 報警電路的設計 ...................................................... 23 4 實驗結果及分析 ...........................................25 5 總結 ....................................................26 致謝 ........................................ 錯誤 !未定義書簽。 畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明 .................... 錯誤 !未定義書簽。因此，一個優(yōu)秀的電源系統(tǒng)，必須既滿足特性參數(shù)要求，又要滿足特定指標的要求。目前，這種通信系統(tǒng)主要配備給陸軍連隊、消防大隊、森警巡邏隊等，以及應用與武警執(zhí)勤、野外偵探等無法交流供電的工作環(huán)境中。 研究意義 如今，隨著越來越多的手提式電器的出現(xiàn)，對高性能，小尺寸，重量輕的電池充電器的需求也越來越大，電池技術的持續(xù)進步也要求更復雜的充電算法以實現(xiàn)快速安全的充電。與此同時，對充電電池的性能和工作壽命的要求也在不斷提高。電池充電是通過逆向化學反應將能量存儲到化學系統(tǒng)里實現(xiàn)的 ,由于使用的化學物質的不同 ,電池有自己的特性 .設計充電器時要仔細了解這些特性以防止過度充電而損壞電池。經(jīng)常出現(xiàn)電池充電過度，充電不足或電池過熱等諸多問題，縮短了電池的使用壽命，影響了電池設備的工作。 近年來，電設備越來越廣泛的應用與各個領域，而且越來越復雜，對供電系統(tǒng)的要求也越來越高。在充電過程中，要不斷地檢測被充電電池的電 壓、電流和溫度的變化情況及時調(diào)整充電曲線。 （ 2）高頻化：提高主功率變換器件的開關速度，可明顯減少磁性變壓器材料和大電解電容體積、重量等。高頻化 的實現(xiàn)建立在高開關速度功率器件的基礎上，電力電子技術的發(fā)展為其創(chuàng)造了條件。智能化具體表現(xiàn)為能識別被充電電池的類型，能檢測到當前狀態(tài)，并能根據(jù)被充電電池的這些信息自動生成最佳充電曲線，保證在最短時間內(nèi)，高效地將電池充滿。 為了適應這些特點，世界各國都在研究數(shù)字化快速充電技術。利用這些控制芯片很容易設計成數(shù)字化快速充電器。通過最佳組合，可以設計成多種用途的數(shù)字化快速充電器。 課題主要研究內(nèi)容 根據(jù)鋰離子、鎳鎘、鎳氫電池的充電特性，完成快速充電系統(tǒng)設計。具體為：掌握充電電源的工作原理 ,種類，發(fā)展過程及當前的發(fā)展水平；掌握快速充電理論及 NiH，鋰離子電池充電要求；充分對要制作的系統(tǒng)進行 3 論證，充分掌握要害，并進行最佳設計；技術指標：輸入電壓范圍： 2028V 直流；適用電池范圍：適用于當前便攜裝備的鋰離子，鎳鎘，鎳氫可充電電池，標稱充電值： ， 12V， 。輸出電壓： 5V,12V。 2 數(shù)字化快速充電器理論分析 4 2 數(shù)字化快速充電器理論分析 目前主要的蓄電池有很多種，如 :鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池、鎳氫蓄電池和鋰離子蓄電池等。 由于本次設計中主要涉及的充電電池 的主要充電參數(shù)為額定電壓： 、 、 、12V的鎳鎘、鎳氫和鋰離子電池。 為了本文敘述方便的需要，如果沒有特別注明，以下給出的均為 12V 電池的參數(shù)。 單節(jié)鎳鎘電池正常工 作時電壓為 ，充電時其最高電壓可達 ，放完電時，電壓可降至 。由于鎳鎘電池有記憶應因此在充電之前要先將其放電到 10V以下，再進行充電。 U (V )T (m in )0t1 t2 t3 Δ VABC U (V )T (m in )0t1 t2 t30 Δ VABC 圖 鎳鎘電池的充電特性 圖 鎳氫電池的充電特性 從圖 ，在充電的起始狀態(tài)，電池的端電壓上升很快，直至 A 點。從 C點處開始電池電壓會隨著繼續(xù)充電而下降，出現(xiàn)負增量 Δ V。若此刻還繼續(xù)快速充電會損壞電池，甚至出現(xiàn)危險。充電曲線與鎳鎘電池充電曲線相似，只是充電電壓到最高點后，電池端電壓變化較小，此時出現(xiàn)零增量 0Δ V。為了敘述方便，以后若無特別說明，負增量（ Δ V）和零增量（ 0Δ V）統(tǒng)稱為Δ V。鋰電池的充電與鎳鎘、鎳氫不同，其典型的充電曲線如圖 所示。恒壓充電時，電池的充電電流會降低，待電流降至 B 點即此時電流為恒流充電時電流的 1/10 時，認為電池已充滿電，轉至浮充維護充電。 V I恒 流 充 電 狀 態(tài)AVB預 充 電恒 壓 充 電 狀 態(tài) 圖 鋰電池充電曲線 目前 ， 鉛酸蓄電池引用的充電模式通常包括恒流充電、恒壓充電和快速充電模式。 恒流充電 恒流充電的特點即以恒定的電流對蓄電池充電。 b. 缺點： 充電過程中需要較多人工干預，如蓄電池端電壓的測試、溫度測量、電流調(diào)節(jié)等；恒流充電當蓄電池基本充好后還能以很小的電流對蓄電池繼續(xù)充電，使極板內(nèi)部較多的活性物質參加化學反應，從而使蓄電池充電比較徹底，保證了蓄電池的容量。恒流充電一般分為兩階段進行，與蓄電池充電接受特性相差較大，因 6 而在實際操作中一般存在初期電流偏小，后期電流太大的缺陷。所以恒流充電一般時間很長 ,以 DG250 型蓄電池為例 ,平時補充充電時間竟達 12h以上。所以恒流充電無論從速度上還是從效果上都不完善。同時極化現(xiàn)象使活性物質不能真正有效地參加化學反應 ,白白浪費大量電能。恒壓充電特性如圖 所示。因此恒壓充電操作簡單，不需人工干預，省去了許多麻煩。恒壓充電性能比較接近蓄電池充電接受特性，因此恒壓充電如果操作適當可以取得較好充電效果。因此也有嚴重的負面效果，如出氣、溫升、極板活性物質脫落等，從而延長充電時間、折損電瓶壽命、浪費電能；恒壓充電充電過程后期充電電流過小，極板深處的活性物質不能充分恢復，因而不能保證蓄電池徹底充足。 7 快速充電技術的優(yōu)缺點分析 a. 優(yōu)點： (1) 快速充電速度快。 (2) 快速充電充電效果好。 (3) 節(jié)約大量電能。例如，對6Q54 型蓄電池初充電，采用常規(guī)充電耗電量為 7kW h，約可節(jié)省 50%的電能?？焖俪潆娪捎诔潆婋娏鬏^大，可對某些硫化了的蓄電池進行激活試驗。 (2) 快速充電制度很多。雖然都有去極化措施，充電過程中 仍有極化現(xiàn)象存在，很多快速充電設備就是因極化使蓄電池電動勢升高而關機的。由于充電電流較大 ,在實際操作中可能因電流過大反而造成溫升高、出氣量大、活性物質脫落等較嚴重的負面效果，因而一般的快速充電比常規(guī)充電實際達到的壽命循環(huán) (460 次 )約低 30%。 充電控制技術 充電控制技術是智能充電器系統(tǒng)中軟件設計的核心部分。由于鎳鎘和鎳氫電池的最佳充電過程無法用單一量實現(xiàn)，在這三段應分別采用不同的控制方式。進入 B— C段時，若采用恒流充電，電流過大會損壞電池，電流過小使充電時間過長，所以這一段采用模糊控制方法，根據(jù)電壓變化情況控制充電電流，使電池電壓按理想充電模式變化，以達到最佳充電效果。為防止自放電現(xiàn)象發(fā)生，采用浮充維護充電方式，用 1/20C— 1/50C（ C為電池的額定容量）的電流進行涓流充電。在恒流充電狀態(tài)下，不斷檢測電池端電壓，當電池電壓達到飽和電壓時，恒流充電狀態(tài)終止，自動進入恒壓充電狀態(tài)；恒壓充電時，保持充電電壓不變，由于電池內(nèi)阻不斷變大，導致充電電流不斷下降，當充電電流下降到恒流狀態(tài)下充電電流的 1/10 時，終止恒壓充電，進入浮充維護充電階段。所以本設計沒有考慮鋰電池的快速充電，而是采用傳統(tǒng)的恒流恒壓充電 方式。溫度的升高將加速蓄電池板柵腐蝕速度及電解液的分解，從而縮短電池壽命、容量下降。下面對這些方法分別做具體介紹。采用恒流充電法時，根據(jù)電池的容量和充電電流，可以很容易的確定所需的充電時間。 這種控制方法較簡單，但有其缺點：充電前，電池的容量無法準確知道，而且電池和一些元器件的發(fā)熱使充電電能有一定的損失，實際的充電時間很難確定。 b. 電池電壓控制 在電壓控制法中，最容易檢測的是電池的最高電壓。充電過 程中，當電池電壓達到規(guī)定值后，應立即停止快速充電。 (2) 電壓負增量（－Δ V） 由于電池電壓的負增量與電池組的絕對電壓無關，而且不受環(huán)境溫度和充電速率等因素影響，因此可以比較準確地判斷電池已充足電。鎳氫 電池充足電后，電池電壓要經(jīng)過較長時間，才出現(xiàn)負增量，此時過充電較嚴重，此時電池的溫度較高，對電池有所損害。 (3) 電壓零增量（ 0Δ V） 鎳氫電池充電器中，為了避免等待出現(xiàn)電壓負增量的時間過久而損壞電池，通常采用0Δ V 控制法。為此，目前大多數(shù)鎳氫電池快速充電器都采用高靈敏－ 0Δ V檢測，當電池電壓略有降低時，立即停止快速充電。為了保證在任何情況下均能可靠的檢測電池的充足電狀態(tài)，可采用具有定時控制、電流控制和電池電壓控制功能的綜合控制法。 開關電源主要應用領域有計算機、通信辦公設備、控制設備等產(chǎn)品以及電視機、攝像機、電子游戲機等消費類產(chǎn)品。由于采用高頻功率變換，使電源裝置顯著減小了體積和重量，而有可能和設備的主機體積相協(xié)調(diào)，并且使電性能得到進一步提高。 人們在開關電源技術領 域是邊開發(fā)相關電力電子器件，邊開發(fā)開關變頻技術，兩者相互促進推動著開關電源每年以超過兩位數(shù)字的增長率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。 現(xiàn)代 開關 電源 有兩種：一種是直流開關電源；另一種是交流開關電源。直流開關電源的核心是 DC/DC轉換器 。 直流 DC/DC 轉換器按輸人與輸出之間是否有電氣隔離可以分為兩類：一類是有隔離的稱為隔離式 DC/DC 轉換器；另一類是沒有隔離的稱為非隔離式 DC/DC 轉換器。單管的 DC/DC 轉換器有正激式（ Forward）和反激式（ Flyback）兩種。四管 DC/DC 轉換器就是全橋 DC/DC 轉換器（ FullBridge Converter）。單管 DC/DC 轉換器共有六種，即降壓式（ Buck） DC/DC 轉換器 ，升壓式（ Boost） DC/DC轉換器、升壓降壓式（ Buck Boost） DC/DC 轉換器、 Cuk DC/DC 轉換器、 Zeta DC/DC 轉換器和 SEPIC DC/DC 轉換器。雙管 10 DC/DC 轉換 器有雙管串接的升壓式（ BuckBoost） DC/DC 轉換器。 由于本次設計主要應用了降壓 DC/DC 變換器。 Buck 電路如圖 ：降壓斬波器，入出極性相同。 在開關管 S通時，輸入電源通過