便携式12V铅酸蓄电池充电器的研制

1、目前一部分变电站的直流后备电源采用了 12V 阀控式铅酸蓄电池，由于个体差异，有的电池在运行中会发生电池电压落后现象，在整组电池均衡充电不能解决这个问题时，则需要单独对这些落后电池进行处理。原先由于没有适用的充电器对其进行补充充电，而造成现场维护困难，为了解决这一问题，我们研制了智能化便携式充电器，经过现场工作人员长期使用，证明该充电器使用方便，充电性能及可靠性均满足要求。铅酸电池充电一般采用两阶段充电方式，即大电流补充充电阶段，均衡充电阶段和浮充电阶段。在大电流补充充电阶段，硫酸铅转化为负极板上的金属铅和正极板上的二氧化铅，当绝大部分硫酸铅完成转化以后,电池开始产生过充电反应，此时应大大降低

2、充电电流以避免电池失水或阀控式铅酸蓄电池密封阀动作，在均衡充电结束时，充电器应自动转入浮充电状态。为了获得铅酸蓄电池的最大容量和延长其使用寿命，充电器的输出特性应该与电池的特性很好地配合。本充电器仅考虑了对电池的补充充电和短时间浮充电，因而未配置测量电池温度的传感元件。但变电站的充电机应考虑阀控式铅酸蓄电池的温度特性。1 充电器的硬件结构由于现场使用的 12V 铅酸蓄电池的容量大多为 100AH,为了满足一般现场需要，我们设计的充电器最大输出电流为 10A,最高输出电压为 15V。为了减轻充电器的重量，我们采用美国 VicorDC/DC 变换器模块作为充电电源。该模块工作效率高，体积小，具有过

3、流和过热保护，平均无故障时间(MTBF)高达几十万小时以上，通过调整模块上 Trim 端与 Vout(-)之间的电压即可调整输出电压，是制作充电电源的理想元件；为了精确控制充电器输出的电流、电压，设置和显示充电参数，以及实现其它附加功能，我们采用了微控制器测控方案。微控制器选用 51 系列中的增强型器件 W78E52B,其内部有 8k 字节的 flashROM,256 字节 RAM,WDT 电路等，性能价格比高。充电器电流测量前端电路采用 15A 分流器和仪表放大器，蓄电池电压测量前端电路采用电阻分压方式，充电电流和电池电压信号经模拟开关送 A/D 转换器变换为数字信号，A/D 转换器采用抗干

4、扰能力强的双积分型 7135,其分辨率为 41/2 位，转换精度达 13 位，能够满足本装置的测量精度。VicorDC/DC 变换器模块的输出控制采用了具有数字接口的数字电位器。微控制器按规定的时序控制 UP/DN,INC 和/CS 端即可调整数字电位器滑动端 Vw的位置，从而改变 DC/DC 模块上Trim 端与 Vout(-)之间的电压。为了贮存充电参数、向微控制器提供 RTC 时钟信号，我们选用 DS12887,该器件由内置锂电池、实时时钟及 114 个不挥发 RAM 单元组成。显示及显示驱动部分采用 0.5 寸 LED 和显示驱动电路 MAX7219,用于显示充电电流、电压值和充电器的

5、状态，除此之外，还配置了微控制器电压监视复位电路和散热风扇控制驱动电路。为了防止因电池极性反接或电源模块造成模块和电池的损坏，电源输出部分安装了自恢复保险元件，过流时自恢复保险元件关断，故障消失后该元件恢复导通。测控部分的电路框图如图 1 所示。图 1 测控部分的电路框图2 充电器的软件计该充电器的软件设计考虑了以下几点：充电器按两阶段充电方式工作；可设置恒流充电的电流值和转入均衡充电的电压值;电压两个通道的 A/D 转换值进行数字修正和标定；统计本次充电过程中充入的电量；自检和自检出错时揭示故障信息；充电参数设置错误时的提示；操作不当时的提示；根据电源模块的输出电流控制散热风扇启停；充电器状

6、态显示；开始充电时，若电池电压值低于 10V,应先以小电流充电至11V,然后再进入设定的恒定电流充电阶段，以避免 6 个单体电池中有 1 个电池短路时，导致电池一直处于大电流恒流充电状态；采用 C51 编程、模块化设计。充电器的部分软件框图见：图 2 为两阶段充电控制，图 3 为电压、电流 A/D 转换及显示，图 4 为散热风扇控制。DS)287薮司输出电压Ml流摔制电位AC22O:鲤控制可对电流、键段-IAIK诵匚Vin+Viror接U风扇控制uC占 T 电源模块潞LEIPH.图 2 两阶段充电控制i选择电压通道后动AD转换器一等待AD莒换完成1读ACD转换值,在人电库存肥变史1先抵电氏通道6动AD转换器等待AD转换完成读ACD转换值,行入电压存贮变短籽电压电流值进行工程流变换wwwHS1图 4 风扇控制程序框图3 结束语采用高效、高功率密度的 DC/DC 变换器模块与微控制器结合控制并优化了铅酸电池的充电过程、实现了充电的灵活性。该充电器体积小、效率高、可靠性高，使用该充电器对电池充电可以保证被充电池的容量和寿命。本文介绍的虽然是 12V,100AH 及以下容量的电池充电器，只要选用适当的 DC/DC 变换器模块，简单修改一下充电器程序中的参数，就可以适应不同电压，不同容量的电池。长治供电分公司屯留变电站的 1 组 12V 密封阀控式铅酸蓄电池中有 2 只电池电压落后，其