智能型鉛酸蓄電池充電器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、智能型鉛酸蓄電池充電器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)智能型鉛酸蓄電池充電器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)南京金陵汽車(chē)配件制造廠(chǎng)(210032)彭和平南京東南大學(xué)電氣工程系(210096)江正戰(zhàn)摘要：為延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，綜合浮充和循環(huán)充兩種充電方式的優(yōu)點(diǎn)，提出和分析了快充、慢充和涓流充三個(gè)階段的充電過(guò)程，并據(jù)此設(shè)計(jì)了應(yīng)用單片機(jī)PIC16C54進(jìn)行PWM控制的智能型鉛酸蓄電池充電器。經(jīng)多種試驗(yàn)，充電效果良好。關(guān)鍵詞：鉛酸蓄電池智能型充電器單片機(jī)PIC16C54PWM(脈沖

2、寬度調(diào)制)控制鉛酸蓄電池的制造成本低、容量大、價(jià)格低廉，使用十分廣泛。由于其固有的特性，若使用不當(dāng)，壽命將大大縮短。影響鉛酸蓄電池壽命的因素很多，采用正確的充電方式，能有效延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。因此，設(shè)計(jì)一種全新的智能型鉛酸蓄電池充電器是十分必要的。1常規(guī)充電方式鉛酸蓄電池的常規(guī)充電方式有兩種：浮充(又稱(chēng)恒壓充電)和循環(huán)充電。浮充時(shí)要嚴(yán)格掌握充電電壓，如額定電壓為12V的蓄電池，其充電電壓應(yīng)在13.5~13.8V之間。浮充電壓過(guò)低，蓄電

3、池會(huì)充不滿(mǎn)，過(guò)高則會(huì)造成過(guò)量充電。電壓的調(diào)定，應(yīng)以初期充電電流不超過(guò)0.3C(C為蓄電池的額定容量)為原則。循環(huán)充電，其初期充電電流也不宜超過(guò)0.3C，充電的安培小時(shí)數(shù)要略大于放電安培小時(shí)數(shù)。也可先以0.1C的充電速率恒流充電數(shù)小時(shí)，當(dāng)充電安培小時(shí)數(shù)達(dá)到放電安培小時(shí)數(shù)的90％時(shí)，再改用浮充電壓充電，直至充滿(mǎn)。以上為目前常用的鉛酸蓄電池充電方式，但這兩種方式存在著一些不足之處。在充電過(guò)程中，電池電壓逐漸增高，充電電流逐漸降低。由于恒壓充電

4、不管電池電壓的實(shí)際狀態(tài)，充電電壓總是恒定的，充電電流剛開(kāi)始比較大，然后按指數(shù)規(guī)律下降；采用快速充電可能使蓄電池過(guò)量充電，易導(dǎo)致電池?fù)p壞。對(duì)于循環(huán)充電而言，采用較小電流充電，充電效果較好。但對(duì)于大容量的蓄電池，充電時(shí)間就會(huì)拖得很長(zhǎng)，時(shí)效低，造成諸多不便。2智能型充電器的充電過(guò)程分析通過(guò)對(duì)上述兩種充電方式的分析比較，綜合其優(yōu)點(diǎn)設(shè)計(jì)出具有快充和慢充的智能型鉛酸蓄電池充電器。該充電器采用單片機(jī)控制，充電過(guò)程分為快充、慢充及涓流充三個(gè)階段，充電效

5、果更佳。圖1所示為該充電器的充電電流、電壓曲線(xiàn)。從圖1可以看出：在快充階段(0~t1)，充電器以恒定電流1C對(duì)蓄電池充電，由單片機(jī)控制快充時(shí)間，避免過(guò)量充電；在慢充階段(t1~t2)，單片機(jī)輸出PWM控制信號(hào)，控制斬波開(kāi)關(guān)通斷，以圖3中，電阻R28串接在T1次級(jí)繞組N2和N3的中間抽頭與輸出地之間，作用是監(jiān)控快充充電電流和過(guò)流保護(hù)。恒流控制過(guò)程為：當(dāng)充電電流超過(guò)恒定值1C時(shí)，R28上的壓降增大，該壓降經(jīng)并聯(lián)電阻R24、R25反饋到IC1

6、的15腳（內(nèi)部電流誤差放大器反相輸入端），使其電位變負(fù)，低于IC1的16腳(內(nèi)部電流誤差放大器同相輸入端)，則內(nèi)部電流誤差放大器輸出電壓升高，使IC1的8腳和11腳輸出的PWM信號(hào)的脈沖變窄，從而縮短Q1和Q2的導(dǎo)通時(shí)間，使輸出電壓下降，維持充電電流恒定；隨著充電時(shí)間的延長(zhǎng)，電池電壓逐漸升高，充電電流按指數(shù)規(guī)律下降，IC1的15腳電位按指數(shù)規(guī)律上升，則IC1的8腳和11腳輸出的PWM信號(hào)脈沖變寬，從而延長(zhǎng)Q1和Q2的導(dǎo)通時(shí)間，使輸出電壓

7、升高，充電電流保持恒定。在慢充階段，通過(guò)電阻R15、R16、R17、R18、C16、C17組成電壓取樣電路和IC1內(nèi)部電壓誤差放大器，使輸出電壓恒定。其恒壓控制過(guò)程為：取樣電壓輸入到IC1的1腳(內(nèi)部電壓誤差放大器同相輸入端)，與IC1的2腳(內(nèi)部電壓誤差放大器反相輸入端)的基準(zhǔn)電壓比較，其誤差信號(hào)放大后，經(jīng)內(nèi)部電路處理，使IC1的8腳和11腳輸出的PWM信號(hào)的脈寬改變，從而使Q1、Q2的導(dǎo)通時(shí)間改變，維持輸出電壓恒定。圖3中交流220

8、V進(jìn)線(xiàn)端，電容C1、C2、C3、C4和電感LF組成一個(gè)LC濾波器，用于差模共模方式的RFI(無(wú)線(xiàn)頻率干擾)的抑制，防止電源產(chǎn)生的噪聲泄漏到電網(wǎng)，造成電網(wǎng)污染。3.2斬波開(kāi)關(guān)斬波開(kāi)關(guān)電路由三極管Q5、Q6、Q7和電阻R29、R30、R31、R32等組成。工作過(guò)程為：IC3(PIC16C54)的6腳輸出的PWM控制信號(hào)經(jīng)電阻R32接至Q7的基極，控制Q7通斷，從而使Q5和Q6亦導(dǎo)通或截止，充電電流流過(guò)Q6對(duì)蓄電池(BAT)充電。改變PWM控

9、制信號(hào)的脈寬，使得充電電壓可調(diào)。3.3控制器如圖3所示，控制器是由IC2(LM358)和IC3(PIC16C54)以及電阻電容等組成。其中IC3采用Microchip公司生產(chǎn)的PIC16C54單片機(jī)。它是18引腳封裝的8位單片機(jī)，有12條IO(輸入輸出)線(xiàn)，每條IO線(xiàn)吸收電流為25mA，驅(qū)動(dòng)電流為20mA，內(nèi)部EPROM為51212，RAM為258，有可編程代碼保護(hù)?？刂七^(guò)程為：快充階段，IC3的6腳輸出高電平，經(jīng)電阻R32接至Q7的基

10、極，使斬波開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，通過(guò)電流監(jiān)控電路，以恒定電流對(duì)蓄電池充電。到達(dá)快充時(shí)間時(shí)，IC3的6腳輸出低電平，關(guān)斷斬波開(kāi)關(guān)，停止充電，快充階段結(jié)束。慢充階段，IC3的6腳輸出PWM控制信號(hào)，使斬波開(kāi)關(guān)以固定的占空比導(dǎo)通，充電器以恒定電壓對(duì)蓄電池充電，此時(shí)充電電流隨著蓄電池電壓的上升，按指數(shù)規(guī)律下降。當(dāng)蓄電池電壓上升到規(guī)定值時(shí)，由電阻R33、R34、R35對(duì)蓄電池電壓取樣后，送至比較器IC2的3腳(同相輸入端)，與2腳(反相輸入端)的基準(zhǔn)電壓比較

11、，則1腳輸出高電平，IC3的17腳輸入高電平，經(jīng)軟件濾波和延時(shí)，判斷檢測(cè)無(wú)誤后，結(jié)束慢充。涓流充階段，IC3的6腳輸出PWM控制信號(hào)，使斬波開(kāi)關(guān)以較小的占空比導(dǎo)通，將充電電流維持在0.09C左右，對(duì)蓄電池充電。超溫保護(hù)是通過(guò)附加在蓄電池上的正溫度特性熱敏電阻RT2、R36、R37實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)電池溫度升高時(shí)，熱敏電阻RT2的阻值增大，則IC2的5腳(同相輸入端)電位上升；若電池溫度升高到規(guī)定值時(shí)，5腳電位高于6腳(反相輸入端)電位，則7腳輸