论文—智能型铅酸蓄电池充电器的设计与实现.doc

智能型铅酸蓄电池充电器的设计与实现 南京金陵汽车配件制造厂(210032) 彭和平南京东南大学电气工程系(210096) 江正战 摘 要： 为延长蓄电池的使用寿命，综合浮充和循环充两种充电方式的优点，提出和分析了快充、慢充和涓流充三个阶段的充电过程，并据此设计了应用单片机PIC16C54进行PWM控制的智能型铅酸蓄电池充电器。经多种试验，充电效果良好。关键词： 铅酸蓄电池 智能型充电器 单片机PIC16C54 PWM(脉冲宽度调制)控制 ? 铅酸蓄电池的制造成本低、容量大、价格低廉，使用十分广泛。由于其固有的特性，若使用不当，寿命将大大缩短。影响铅酸蓄电池寿命的因素很多，采用正确的充电方式，能有效延长蓄电池的使用寿命。因此，设计一种全新的智能型铅酸蓄电池充电器是十分必要的。 ? 1 常规充电方式铅酸蓄电池的常规充电方式有两种：浮充(又称恒压充电)和循环充电。浮充时要严格掌握充电电压，如额定电压为12V的蓄电池，其充电电压应在13.5~13.8V之间。浮充电压过低，蓄电池会充不满，过高则会造成过量充电。电压的调定，应以初期充电电流不超过0.3C(C为蓄电池的额定容量)为原则。循环充电，其初期充电电流也不宜超过0.3C，充电的安培小时数要略大于放电安培小时数。也可先以0.1C的充电速率恒流充电数小时，当充电安培小时数达到放电安培小时数的90％时，再改用浮充电压充电，直至充满。以上为目前常用的铅酸蓄电池充电方式，但这两种方式存在着一些不足之处。在充电过程中，电池电压逐渐增高，充电电流逐渐降低。由于恒压充电不管电池电压的实际状态，充电电压总是恒定的，充电电流刚开始比较大，然后按指数规律下降；采用快速充电可能使蓄电池过量充电，易导致电池损坏。对于循环充电而言，采用较小电流充电，充电效果较好。但对于大容量的蓄电池，充电时间就会拖得很长，时效低，造成诸多不便。 ? 2 智能型充电器的充电过程分析通过对上述两种充电方式的分析比较，综合其优点设计出具有快充和慢充的智能型铅酸蓄电池充电器。该充电器采用单片机控制，充电过程分为快充、慢充及涓流充三个阶段，充电效果更佳。图1所示为该充电器的充电电流、电压曲线。 从图1可以看出：在快充阶段(0~t1)，充电器以恒定电流1C对蓄电池充电，由单片机控制快充时间，避免过量充电；在慢充阶段(t1~t2)，单片机输出PWM控制信号，控制斩波开关通断，以恒定电压对蓄电池进行充电，此时充电电流按指数规律下降，当电池电压上升到规定值时，结束慢充，进入涓流充阶段；在涓流充阶段(t2~t3)，单片机输出的PWM控制信号，使充电器以约0.09C的充电电流对蓄电池充电，在这种状态下，可长时间对蓄电池充电，从而能最大限度地延长蓄电池寿命。 ? 3 智能型充电器的工作原理根据上述分析而设计的智能型铅酸蓄电池充电器，主要由开关稳压电源、斩波开关、控制器和辅助电源等四个部分组成，并具有过流保护、过压保护和超温保护功能。图2为充电器原理框图，图3为充电器电路原理图。 3.1 开关稳压电源图3所示电路中，开关稳压电源采用半桥式PWM变换电路。其工作原理是：由IC1(TL494)开关电源集成控制器的8脚和11脚输出反相的PWM信号，经三极管Q3、Q4互补放大，通过驱动变压器T2，为三极管Q1和Q2基极提供驱动信号。使Q1和Q2交替通断，高频变压器T1的初级绕组N1就会产生约320V峰峰值方波，在T1的次级绕组N2、N3中就有感应电压产生，这个电压经D9MUR1620整流，C22滤波后，变为直流电压，通过斩波开关对蓄电池充电。T1次级绕组N4、N5为辅助绕组，其感应电压经D10、D11整流，C21滤波后，接至IC1的12脚，作为其工作电压。图3中，电阻R28串接在T1次级绕组N2和N3的中间抽头与输出地之间，作用是监控快充充电电流和过流保护。恒流控制过程为：当充电电流超过恒定值1C时，R28上的压降增大，该压降经并联电阻R24、R25反馈到IC1的15脚（内部电流误差放大器反相输入端），使其电位变负，低于IC1的16脚(内部电流误差放大器同相输入端)，则内部电流误差放大器输出电压升高，使IC1的8脚和11脚输出的PWM信号的脉冲变窄，从而缩短Q1和Q2的导通时间，使输出电压下降，维持充电电流恒定；随着充电时间的延长，电池电压逐渐升高，充电电流按指数规律下降，IC1的15脚电位按指数规律上升，则 IC1的8脚和11脚输出的PWM信号脉冲变宽，从而延长Q1和Q2的导通时间，使输出电压升高，充电电流保持恒定。在慢充阶段，通过电阻R15、R16、R17、R18、C16、C17组成电压取样电路和IC1内部电压误差放大器，使输出电压恒定。其恒压控制过程为：取样电压输入到IC1的1脚(内部电压误差放大器同相输入端)，与