智能电池充电器设计毕业论文应用电子

Anhui Vocactional & Technical College of Industry & Trade毕 业 论 文智能电池充电器的设计Design of intelligent charger所在系院： 电气与信息工程系专业班级： 应用电子技术学生学号：学生姓名：指导教师：2013 年 3 月 18 日安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）任务书系（院） 电气与信息工程系 专业 应用电子技术 班级 2 班 学生姓名 学号 2010050212 1、题 目： 智能电池充电器的设计 2、内容与要求：1.智能充电器的设计所涉及的基本内容大概有：第一，有关铅蓄电池的电化学原理和充放电原理。第二，关于充电器对铅蓄电池充电的原理及其电路设计。第三，充电器对充电过程的检测及其自动转换。2.阐述了该充电器的充电方式、控制方法的设计以及整个电路的分析。三、设计（论文）起止日期：任务下达日期： 年 月 日完成日期： 年 月 日指导教师签名： 年 月 日四、教研室审查意见：教研室负责人签名： 年 月 日安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）成绩评定专业、班级 10 应电（2）班 学生姓名 完成日期 题 目： 智能电池充电器的设计 毕业设计（论文）共 29 页，其中：图 19 幅，表 2 个毕业设计（论文）指导小组评定意见：毕业论文成绩的评定：指导教师审阅成绩（70%）评阅教师评阅成绩（30%） 总 分系（院）负责人签名： 年 月 日安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）I智能电池充电器的设计摘要 本文着重介绍了慢脉冲智能充电方法的应用，同时还介绍了关于慢脉冲快速充电方法的基本原理，其中本文主要以对电瓶的充电为例，利用慢脉冲快速充电的方法来提高充电速度。在充电过程中主要选择用单片机控制，实现对过冲保护。该系统具有自动化程度高、运行费用低、工作可靠性能强等优点。由于铅酸蓄电池维护简单、价格低廉、供电可靠、使用寿命长，广泛作为汽车、飞机、轮船等机动车辆或发电机组的启动电源，也在各类需要不间断供电的电子设备和便携式仪器仪表中用作一些电器及控制回路的工作电源。随着经济的发展，大容量蓄电池的应用迅速增加，人们希望能快捷、安全地对蓄电池进行充电。因此，为了适应市场的需求，我们需要设计一种铅蓄电池智能充电器。关键词：智能电瓶充电器 89S51 单片机 传感器 安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）IIDesign of intelligent chargerAbstract This article mainly introduces the slow pulse intelligent charging method of application, and also introduces the slow pulse fast charging method about the basic principle of this article mainly to the storage charge as an example, the use of slow pulse fast charging method to improve the speed of the charge. During charging mainly choose to use single chip microcomputer control, realize-the blunt protection. The system has a high degree of automation,low operating cost, reliable performance is strong, etc.Due to the lead-acid battery simple maintenance and low prices, power supply reliability, service life is long, wide as cars, planes and ships motor vehicle or the starting power generating set, also in all kinds of need a continuous supply of electronic devices and portable instruments for some appliances and control circuit work power. With the development of economy, the application of the large capacity battery rapidly, and people hope to fast, safely to charge the battery. Therefore, in order to adapt to the demand of the market, we need to design a kind of lead battery intelligent charger.Keywords：Intellingent battery charger 89S51 single chip microcomputer Sensor安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）III目 录引 言 .1第 1章 基本理论介绍 .21.1 铅蓄电池充电理论基础 .21.2 充电方法的研究 .31.2.1 快速充电技术 .41.2.2 脉冲快速充电法的理论基础 .61.4 充电方法设计 .71.4.1 预充电 .71.4.2 脉冲快速充电 .71.4.3 补足充电 .81.4.4 浮充电 .8第 2章 设计方案论证 .92.1 论证方案 .92.2 控制方式 .9第 3章 硬件电路设计 .103.1 充电器主电路设计 .103.1.1 整流电路设计 .103.1.2 半桥逆变电路 .113.1.3 开关变压器的设计计算 .123.1.4 变频整流电路 .133.2 控制电路的设计 .143.2.1 传感检测电路 .143.2.2 单片机电路 .173.3 整体电路设计 .183.4 程序流程图 .20结 论 .21致 谢 .22参考文献 .23安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）1引 言电瓶，也就是蓄电池，它是电池的一种，它的工作原理就是利用化学能转变为电能。通常，日常生活中的电瓶就是指铅酸蓄电池。它主要是由铅及其氧化物制成的，电解液为硫酸溶液的蓄电池。一般它用填满了海绵状的铅的铅板作负极，填满了二氧化铅的铅板作正极，并用2228的稀硫酸作电解质。充电时，电能转化为化学能，放电时化学能又转化为电能。电池在放电时，金属铅是负极，发生氧化反应，被氧化为硫酸铅；二氧化铅是正极，发生还原反应，被还原为硫酸铅。电池内部发生氧化和还原反应。在用直流电给电池充电时，两极分别生成了铅和二氧化铅。除去电源后，它就会恢复到之前放电前的状态，即化学电池。铅蓄电池可以反复充电、放电，所以也叫二次电池。日常生活中家用小电器中通常都是把铅蓄电池串联起来使用，这样就可以得到符合用电器的正常电压。由于铅酸蓄电池维护简单、价格低廉、供电可靠、使用寿命长，广泛作为汽车、飞机、船等机动车辆或发电机组的启动电源，也在各类需要不间断供电的电子设备和便携式仪器仪表中用作一些电器及控制回路的工作电源。随着经济的发展，大容量蓄电池的应用迅速增加，人们希望能快捷、安全地对蓄电池进行充电，而现有市场销售的充电器充电电流多为 20A。为了满足人们对大功率充电器的需求，设计了一款基于 LPC933 充电电流50A、充电功率 740W、功能完善、可扩充的智能充电器。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。安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）2第一章 基本理论介绍1.1 铅蓄电池充电理论基础上世纪 60 年代中期，美国科学家马斯对蓄电池的充电过程作了大量的试验研究，并提出了以最低出气率为前提的，蓄电池可接受的充电曲线，如图 1-1 所示。实验表明，如果充电电流按这条曲线变化，就可以大大缩短充电时间，并且对电池的容量和寿命也没有影响。原则上把这条曲线称为最佳充电曲线，从而奠定了智能充电方法的研究方向。i=ieti0图 1-1 最佳充电曲线由图 1-1 可以看出：在初始充电时的电流很大，但是随时间的增加电流变小的很快。主要原因是充电过程中产生了极化现象。在密封式蓄电池充电过程中，正极板产生氧气，当氧气不能被及时吸收时，便堆积在正极板，使电池内部压力加大，电池温度上升 ，同时缩小了正极板的面积，其内阻就会变大，会导致电池内部出现极化现象。一般来说，产生极化现象有 3 个方面的原因。（1）极化 充电过程中，正负离子向两极迁移。在离子迁移过程中不可避免地受到一定的阻力，称为欧姆内阻。为了克服这个内阻，外加电压就必须额外施加一定的电压，以克服阻力推动离子迁移。该电压以热的方式转化给环境，出现所谓的欧姆极化。 随着充电电流急剧加大，欧姆极化将造成蓄电池在充电过中的高温。（2）极化 电流流过蓄电池时，为维持正常的反应，最理想的情况是电极表面反应物能及时得到补充，生成物能及时离去。实际上，生成物和反应物的扩散速度远远比不上化学反应速度，从而造成极板附近电解质溶液浓度发生变化。也就是说，从电极表面安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）3到中部溶液，电解液浓度分布不均匀。这种现象称为浓度极化。（3）学极化 这种极化是由于电极上进行的电化学反应的速度，落后于电极上电子运动的速度造成的。例如：电池的负极放电前，电极表面带有负电荷，其附近溶液带有正电荷，两者处于平衡状态。放电时，立即有电子释放给外电路。电极表面负电荷减少，而金属溶解的氧化反应进行缓慢，不能及时补充电极表面电子的减少，电极表面带电状态发生变化。这种表面负电荷减少的状态促进金属中电子离开电极，金属离子 M转入溶液，加速反应进行。总有一个时刻，达到新的动态平衡。但与放电前相比，电极表面所带负电荷数目减少了，与此对应的电极电势变正。也就是电化学极化电压变高，从而严重阻碍了正常的充电电流。同理，电池正极放电时，电极表面所带正电荷数目减少，电极电势变负。这 3 种极化现象都是随着充电电流的增大而严重。1.2 充电方法的研究常规充电制度是依据 1940 年前国际公认的经验法则设计的。其中最著名的就是“安培小时规则”：充电电流安培数，不应超过蓄电池待充电的安时数。实际上，常规充电的速度被蓄电池在充电过程中的温升和气体的产生所限制。这个现象对蓄电池充电所必须的最短时间具有重要意义。一般来说，常规充电有以下 3 种。恒流充电法是用调整充电装置输出电压或改变与蓄电池串联电阻的方法，保持充电电流强度不变的充电方法。控制方法简单，但由于电池的可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降的，到充电后期，充电电流多用于电解水，产生气体，使出气过甚，因此，常选用阶段充电法。此方法包括二阶段充电法和三阶段充电法。二阶段法：采用恒电流和恒电压相结合的快速充电方法，如图 3 所示。首先，以恒电流充电至预定的电压值，然后，改为恒电压完成剩余的