基于单片机的智能电池充电器的设计毕业设计

1、基于单片机的智能电池充电器的设计摘要由于以往的充电器不能依照电池的充电状态进行数据分析，采取相应的电池充电模式，而是一直采纳大电流充电，极易造成电池的极化现象，致使电池充电效率较低，利用寿命缩短。基于上述缘故本文设计了一种基于单片机的智能电池充电器，该充电器是由ADuC824单片机操纵，依照充电电池的充电状态输出必然的PWM脉冲波，进而采纳涓流充电，恒流充电，恒压充电和浮充电等四个时期对铅酸蓄电池充电，而且能够通过单片机的输出端口显示当前的充电状态，在充电终止时自动终止充电，蜂鸣器发出报警声，提示用户电池已经充满，实现电池充电的智能化。关键词智能充电器ADuC824TL494铅酸蓄电池DESI

2、GNOFINTELLIGENTCHARGERBASEDONSINGLE-CHIPMICROCOMPUTERABSTRACTInthepast,asthechargercannotbebasedonthestatusofrechargeablebatterydatatoanalysisitcannotbecarriedoutthemode,whichissuitable.Ithasbeenusingahigh-currentcharge,whichisresultinmorelowerefficientforbatterycharger,reducesservicelife.Becauseofi

3、t,Idesignanintelligentcharger,whichiscontrolledbysingle-chipmicrocomputer.Accordingtothestateofbattery,ADuC824single-chipmicrocomputerwillcontrolandoutputaPWMpulse,inturn,lead-acidbatterywillbechargedthroughtofour-stagechargesuchastricklecharge,constantcurrentcharging,constantvoltagechargingandfloat

4、ingcharge,itcanalsoshowthecurrentchargingphasethroughtheoutputterminalofsingle-chipmicrocomputerandcanterminatechargingautomatically.Awarningbuzzerwillsoundtoremindtheuserthatitisalreadyfullofbatteries.KEYWORDSintelligentbatterychargerADuC824TL494lead-acidbattery目录摘要.ABSTRACT.1绪论.1研究背景.1充电技术的进展概述.1充

5、电器的技术水平、现状及进展趋势.22铅酸蓄电池的工作原理及充放电进程.3铅酸蓄电池的大体概念.3铅酸蓄电池的工作原理.6铅酸蓄电池电动势的产生.6铅酸蓄电池放电进程的电化反映.6铅酸蓄电池充电进程的电化反映.7铅酸蓄电池充放电后电解液的转变.7蓄电池的充电工作特性.7充电终止条件操纵方式.12电压操纵.12按时操纵.13温度操纵.14智能充电器的充电进程.143智能充电器的硬件设计.15智能充电器的整体设计要求及设计方案.15单片机部份.16ADuC824的介绍.16单片机电路部份.21充电电路设计部份.22充电电路电源部份.22操纵电路.22检测电路.254智能充电器的软件设计.28主程序软

6、件设计.29子程序软件设计.305结论.32致谢.33参考文献.34附录.35附录1总电路图.35附录2源程序.361绪论研究背景早在六、七十年代，西方经济发达国家为了爱惜环境就已经开始研制各类各样的绿色能源来代替汽油和柴油，可是，受到蓄电池，电控等关键部件的性能、寿命和高性能的充放电设备等的制约，一直未取得长足的进展。到了八、九十年代，由于大容量、长寿命蓄电池的大量量的生产及大功率晶体管的研制成功和计算机应用技术的普遍应用，使绿色能源取得长足的进展，近期一些公司声明他们将第一实现绿色能源打算，其中就包括大量电动汽车。随着国际、国内对环保要求的愈来愈高，对内燃车辆的排放要求也愈来愈高，如此对绿

7、色能源的需求愈来愈迫切，必将会蓄电池电动车辆的利用量大幅度增加。充电技术的进展概述关于铅酸蓄电池来讲，传统的充电方式有恒流限压充电和恒压限流充电。这两种充电方式的特点及存在的问题如下：（1）恒流限压充电充电时自始至终以恒定不变的电流进行充电，该电流能够通过PWM来调整，这种方式实现起来比较简单方便，易于做到。专门适合由许多电池串联起来的蓄电池组。蓄电池组中个别掉队电池进行完全充电，恢复其容量，这时最好用小电流长时刻的充电模式。恒流充电方式的不足的地方在于：开始充电时期电流过小，在充电中后期电流又过大，析出气体多，对危害较大，能耗高。铅酸蓄电池不宜采纳这种方式。因此，人们在恒流充电方式的基础上进

8、行了改良，即采纳恒流限压充电方式。为幸免过充电，在充电后期采纳限压方法，减小充电电流，幸免损坏电池。（2）恒压限流充电恒压充电初期充电电流专门大，随着充电进行，电流慢慢减小，在充电终期只有很小的电流通过，如此，在充电进程中就没必要要调整电流。随着蓄电池端电压升高，充电电流会自动下降，因此析气量少，充电时刻较长，能耗较低。它的缺点是：充电初期，若是蓄电池放电深度过大，充电电流会很低，后期充电电流又过小，充电时刻长；另外蓄电池端电压的转变也很难补偿，充电进程中对掉队的电池完全充电也很难完成，为了弥补恒压充电的不足，在恒压充电的基础上进行了改良，当充电电流较高的时候（如电池严峻亏电，漏电，负荷过重等

9、）这时应采取限流方法，维持电流不超过某一设定值而使电压降低，待电流降低，电压升起后再稳压，这确实是恒压限流的含义。单独采纳恒流充电限压充电和恒压限流充电等模式对铅酸蓄电池进行充电，蓄电池的充电成效不是很理想。一方面这些充电方式充电时刻太长，不能适应现代生产和生活的需要。另一方面，充电技术不能适应蓄电池的特殊要求，会严峻阻碍蓄电池的利用寿命。国内外连年来的实践证明，铅酸蓄电池浮充电压误差5%，电池的浮充寿命将减少一半。统计数据声明，国内蓄电池的平均寿命为年（可充400次），国外同型号蓄电池寿命一样为四年（可充1000次）若是充电质量不行和用户利用保护保养跟不上，许多电池在利用一年后即报废，造成专

10、门大的经济损失，蓄电池价钱占整机价钱的20%，国外同容量电池价钱那么为国产蓄电池价钱的23倍。因此，充电质量的好坏，直接阻碍到蓄电池的技术状态及利用寿命。充电器的技术水平、现状及进展趋势随着蓄电池电动车的迅猛进展，对充电器的要求愈来愈高，从开始的单纯充沛，到目前的延长蓄电池寿命，减少能源消耗，充电器的功能已发生了质的飞越。此刻国外已研制成功只要用一小时就能够够充满蓄电池的大功率充电器，在体积上也愈来愈小，此刻最小的大功率充电器只有一个书包大小。在我国的研究进展比较晚，因其体积小，动态响应速度快，输出纹波小，效率高等特点，最近几年来取得国内外的普遍研究与关注，专门在通信，电力等领域中，已经取得了

11、普遍的研究和利用，但关于相控电源来讲，它的价钱比较高，而且功率器件的发烧量也较高，因此，在电力系统中的大功率场合，相控式的充电器仍然占有较大比重。而国外市场大部份充电器均采纳Wa，WaWo，U&U等充电曲线方式更科学，额定容量（C）是在设计和生产蓄电池时，规定或保证在指定的放电条件合理，从而大大提高了蓄电池的利用寿命，大大降低了利用和保护本钱，简化了充电进程，解放了操作人员的劳动强度，市场前景超级广漠。最近几年来，国内外人士正致力于充电器的智能化研究，智能化程度较高的充电器解决了动态跟踪电池可同意充电电流曲线的技术关键，使充电电流始终与可同意充电电流维持良好的匹配关系，使充电进程始终在最正确状

12、态下进行，比常规充电模式可节约电能30%-50%左右，提高了充电质量和效率，充电工人只担任辅助性工作，为充电技术和充电设备的智能化进展闯出了一条新路。随着铅酸蓄电池在人们生活中的应用愈来愈普遍，智能型充电器的智能要求也愈来愈高，本次的课题确实是对智能电池充电器的设计和研究。2铅酸蓄电池的工作原理及充放电进程铅酸蓄电池的大体概念由于蓄电池的充放电本身涉及到许多相关的专业知识，为了能够更好的明白得本课题，本节将要简单介绍有关的铅酸蓄电池一些知识。（1）蓄电池容量蓄电池容量是指在必然条件下能够从蓄电池取得的电量（用C表示），单位经常使用安培小时(Ah)表示，是蓄电池性能的重要指标。容量分为理论容量、

13、实际容量和额定容量。理论容量（Co）是假设活性物质全数参加放电反映给出的容量。实际容量（C）是在必然放电条件下蓄电池实际放出的容量。额下蓄电池应放出的最低限度的电量。蓄电池容量除与极板表面进行的电化学反映的物质数量有关外，还与极板表面活性物质的利用率、孔率、极板厚度、极板的表面积有关。另外还受电解液密度、温度、放电条件（即：充电程度、放电率等）、蓄电池新旧程度等阻碍。在利用进程中，容量受放电率、电解液温度的阻碍是要紧的。当放电率较小，电压下降缓慢，蓄电池实际放出的电量较高，当放电率变大时，电压下降变快，蓄电池实际放出的电量较低。在必然范围内，电解液温度高，蓄电池的活性增加，内阻变小，容量变高，

14、电解液温度低时，蓄电池的活性降低，内阻变大，容量降低。（2）蓄电池的内阻（R）内内阻（R）又称全内阻，是指电流通过蓄电池时所受到得阻力，包括欧姆内电阻和电化学反映中电极极化产生的电阻，即：R=R+R内f（）欧姆电阻（R）：包括电极材料、电解液、隔板等组成的电阻，还与电池的尺寸、装配、结构等因素有关。极化电阻（R）：包括蓄电池利用进程中浓差极化和电化学极化产生的电阻f之和。要紧与电极材料的本性、电极的结构和制造工艺和利用条件等因素有关。内阻越小，在一样的放电条件能够消耗较少的电能，输出较多的电能，提高电能利用率，从而提高蓄电池性能。（3）充电速度和放电速度为了对不同容量的电池加以比较，蓄电池的充

15、电电流不用电流的绝对值来表示，而是用电池的额定容量C额和放电时刻T的比来表示，称为电池的充电速度或放电速度。国家标准规定，铅酸蓄电池的额定容量按5小时持续放电来表示，即C5，例如一个额定容量C5为10Ah的电池，充电5小时后，电池完全充满，那么它的充电电流为：IC50.2C55（）即它的充电速度为C5；假设用10小时就达到充满状态，那么它的充电电流为IC100.1C55（）即它的充电速度为C5。（4）充电终止电压和放电终止电压蓄电池充沛电时，极板上的活性物质已达到饱和状态，再继续充电，蓄电池的电压也可不能上升，现在的电压称为充电终止电压。放电终止电压是指蓄电池可放电的最低电压，若是电压低于放电

16、终止电压后继续放电，电池两头电压会迅速下降，形成过放电。这极易对电池造成永久性损害，阻碍蓄电池的利用寿命。放电终止电压和放电率有关。（5）电池的过充电当高速度充电而又不能及时地在满充电后终止充电进程，电池那么很容易存在大电流过充的问题。过充电会使电池内部的温度和电压都急剧上升，造成对电池的损害。这是因为在过充电时期电池内部所进行的反映为消耗反映，它会增大电池内部的压力，同时，由于氧气的产生和吸收都是放热反映，这就使电池温度迅速上升。因此在电池充电接近满充电时，只能采纳低速度充电。这是因为电池在低电流过充电时所产生的极化现象较轻，同时电池的热量能够及时地向空中散发，大体上可不能对电池造成损害。（

17、6）电池的极化现象由于蓄电池内阻并非是纯电阻，因此蓄电池的端电压也与其他电源有所不同。该值与蓄电池的工作状态有关，它一样有三种状态的值：当蓄电池为开路状态时，所测得的电池两极间的电压称为电池的开路电压；当蓄电池充电时所测得的电压称为电池的充电电压；电池放电时测得的电压称为放电电压。这三种状态的电压具有下述特点：充电电压高于开路电压，而且随着充电时刻的增加而略有升高，放电电压那么低于开路电压，而且随着放电时刻的增加而略有降低，这种现象称为电池的极化。这种现象的产生，主若是因为一样的密封式蓄电池在充电进程中，内部会产生氧气和氢气，其中主若是氧气，氢气只占一小部份，当产生的氧气不能被及时吸收时，它便

18、堆积在正极板上，使得电池内部压力增大，电池温度上升，同时缩小了电池正极板的板面积，表现为电池内阻上升，即便得电池显现了所谓的极化现象。上面提到的蓄电池的极化电阻正是由于电池的极化现象所表现出来的。当充电速度较低时，充电时所产生的氧气能够被及时吸收，因此电池的极化现象很轻，一样可不能对电池造成专门大的损害，当高速度恒流充电时，这一现象那么不容轻忽。蓄电池的极化现象对蓄电池的工作是不利的。它不仅使电池发烧，而且降低了电池的效率，同时也加速了电池的老化。（7）电池的老化电池的老化是指另外一种现象：电池在开始利用的一段时刻内，电池容量增加大约5%-10%，接下来的一段时刻，电池的容量大约不变，然后开始

19、慢慢减少，即开始了电池的老化进程。当电池的老化达到必然程度时，那个电池就报废了。一样体会来讲，当电池的容量达到额定容量的80%时，就能够够以为电池的寿命大体终止了。（8）利用寿命利用寿命是指在其实际容量降低至某一规定值之前所经历的充放电的次数，通经常使用来概念蓄电池的利用寿命，利用寿命是铅酸蓄电池的重要指标之一，与利用中的放电深度、温度、充放电等条件有关。减少放电深度或采纳浅放电可大大延长蓄电池的利用寿命。充电时采纳大电流充电，会造成蓄电池温度高，损害蓄电池的寿命。阻碍利用寿命的缘故有以下几方面：正极板的板栅变形、板栅侵蚀、活性物质在利用进程中发生钝化或产生不可逆硫酸盐化等问题，都会造成利用寿

20、命缩短。（9）自放电现象当电池处于闲置不用（非工作状态）时，尽管没有电流流过蓄电池，但电池内的活性物质与电解液间自发的反映却一直在进行，这造成了电池内的化学能量无益的损耗，使电池的容量下降，通常将这种现象称为电池的自放电。自放电的大小一样用单位时刻的电池容量下降得百分比来表示，见公式：0f0自放电QQQ100%（）其中，QO为蓄电池在规定条件下的容量，Qf为电池存储一段时刻后，在一样规定条件下的容量。自放电通常与环境温度有紧密联系。当环境温度较高时，电池的自放电现象比较明显，因此电池应在适宜的温度和湿度下保留，自放电一样可不能损伤电池，只要从头充沛电量，还能够照常利用。铅酸蓄电池的自放电相对镍

21、铬电池来讲比较严峻，体会说明，铅酸蓄电池在闲置一个月后，自放电达30%左右。考虑到这一点，在设计蓄电池充电器时，应能在电池长时刻不用的情形下对电池进行补充充电。铅酸蓄电池的工作原理铅酸蓄电池电动势的产生铅酸蓄电池充电后，正极板二氧化铅（PbO2），在硫酸溶液中水分子的作用下，少量二氧化铅与水生成可离解的不稳固物质-氢氧化铅（Pb(OH)4），氢氧根离子在溶液中，铅离子留在正极板上，故正极板上缺少电子。铅酸蓄电池充电后，负极板是铅（Pb），与电解液中的硫酸（H2SO4）发生反映，变成铅离子（Pb2+），铅离子转移到电解液中，负极板上留下多余的两个电子（2e）。可见，在未接通外电路时（电池开路）由

22、于化学作用，正极板上缺少电子，负极板上多余电子，两极板间就产生了必然的电位差，这确实是电池的电动势。2铅酸蓄电池放电进程的电化反映铅酸蓄电池放电时，在蓄电池的电位差作用下，负极板上的电子经负载进入正极板形成电流I。同时在电池内部进行化学反映。负极板上每一个铅原子放出两个电子后，生成的铅离子（Pb2+）与电解液中的硫酸根离子（SO42-）反映，在极板上生成难溶的硫酸铅（PbSO4）。正极板的铅离子（Pb4+）取得来自大极的两个电子（2e）后，变成二价铅离子（Pb2+），与电解液中的硫酸根离子（SO42-）反映，在极板上生成难溶的硫酸铅（PbSO4）。正极板水解出的氧离子（O2-）与电解液中的氢离

23、子（H）反映，生成稳固物质水。电解液中存在的硫酸根离子和氢离子在电力场的作用下别离移向电池的正负极，在电池内部形成电流，整个回路形成，蓄电池向外持续放电。放电时H2SO4浓度不断下降，正负极上的硫酸铅（PbSO4）增加，电池内阻增大（硫酸铅不导电），电解液浓度下降，电池电动势降低。2.2.3铅酸蓄电池充电进程的电化反映充电时，应在外接一直流电源（充电极或整流器），使正、负极板在放电后生成的物质恢复成原先的活性物质，并把外界的电能转变成化学能贮存起来。在正极板上，在外界电流的作用下，硫酸铅被离解为二价铅离子（Pb2+）和硫酸根负离子（SO42-），由于外电源不断从正极吸取电子，那么正极板周围游离

24、的二价铅离子（Pb2+）不断放出两个电子来补充，变成四价铅离子（Pb4+），并与水继续反映，最终在正极极板上生成二氧化铅（PbO2）。在负极板上，在外界电流的作用下，硫酸铅被离解为二价铅离子（Pb2+）和硫酸根负离子（SO42-），由于负极不断从外电源取得电子，那么负极板周围游离的二价铅离子（Pb2+）被中和为铅（Pb），并以绒状铅附着在负极板上。电解液中，正极不断产生游离的氢离子和硫酸根离子（SO42-），负极不断产生硫酸根离子（SO42-），在电场的作用下，氢离子向负极移动，硫酸根离子向正极移动，形成电流。充电后期，在外电流的作用下，溶液中还会发生水的电解反映。2.2.4铅酸蓄电池充放电后

25、电解液的转变从上面能够看出，铅酸蓄电池放电时，电解液中的硫酸不断减少，水慢慢增多，溶液比重下降。铅酸蓄电池充电时，电解液中的硫酸不断增多，水慢慢减少，溶液比重上升。实际工作中，能够依照电解液比重的转变来判定铅酸蓄电池的充电程度5。蓄电池的充电工作特性上世纪60年代中期，美国科学家马斯对开口蓄电池的充电进程作了大量的实验研究，并提出了以最低出气率为前提的，蓄电池可同意的充电曲线，如图2-1所示。实验说明，若是充电电流按这条曲线转变，就能够够大大缩短充电时刻，而且对电池的容量和寿命也没有阻碍。原那么上把这条曲线称为最正确充电曲线，从而奠定了快速充电方式的研究方向。由图2-1能够看出：初始充电电流专

26、门大，可是衰减专门快。要紧缘故是充电进程中产生了极化现象。在密封式蓄电池充电进程中，内部产生氧气和氢气，当氧气不能被及时吸收时，便堆积在正极板（正极板产生氧气），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，表现为内阻上升，显现所谓的极化现象。ii=I0e-t0t图2-1最正确充电曲线(1)常规充电技术常规充电制度是依据1940年前国际公认的体会法那么设计的。其中最闻名的确实是“安培小时规那么”：充电电流安培数，不该超过蓄电池待充电的安时数。事实上，常规充电的速度被蓄电池在充电进程中的温升和气体的产生所限制。那个现象对蓄电池充电所必需的最短时刻具有重要意义。一样来讲，常规充电有以下

27、3种。恒流充电法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式，维持充电电流强度不变的充电方式，如图2-2所示。操纵方式简单，但由于电池的可同意电流能力是随着充电进程的进行而慢慢下降的，到充电后期，充电电流多用于电解水，产动气体，使出气过甚，因此，经常使用于时期充电法中。u,i充充充充充充充充0t图2-2恒流充电曲线时期充电法此方式包括二时期充电法和三时期充电法。二时期法采纳恒电流和恒电压相结合的快速充电方式，如图2-3所示。第一，以恒电流充电至预定的电压值，然后，改成恒电压完成剩余的充电。一样两时期之间的转换电压确实是第二时期的恒电压。u,i充充充充充充充充0t图2-3二时期

28、法曲线三时期充电法在充电开始和终止时采纳恒电流充电，中间用恒电压充电。当电流衰减到预定值时，由第二时期转换到第三时期。这种方式能够将出气量减到最少，但作为一种快速充电方式利用，受到必然的限制。恒压充电法充电电源的电压在全数充电时刻里维持恒定的数值，随着蓄电池端电压的慢慢升高，电流慢慢减少。与恒流充电法相较，其充电进程更接近于最正确充电曲线。用恒定电压快速充电，如图2-4所示。由于充电初期蓄电池电动势较低，充电电流专门大，随着充电的进行，电流将慢慢减少，因此，只需简易操纵系统。u,i充充充充充充充充0t图2-4恒压充电法曲线这种充电方式电解水很少，幸免了蓄电池过充。但在充电初期电流过大，对蓄电池

29、寿命造成专门大阻碍，且容易使蓄电池极板弯曲，造成电池报废。鉴于这种缺点，恒压充电很少利用，只有在充电电源电压低而电流大时采纳。例如，汽车运行进程中，蓄电池确实是以恒压充电法充电的。(2)快速充电技术为了能够最大限度地加速蓄电池的化学反映速度，缩短蓄电池达到满充状态的时刻，同时，保证蓄电池正负极板的极化现象尽可能地少或轻，提高蓄电池利用效率。快速充电技术最近几年来取得了迅速进展。下面介绍目前比较流行的几种快速充电方式。这些方式都是围绕着最正确充电曲线进行设计的，目的确实是使其充电曲线尽可能地逼进最佳充电曲线2。脉冲式充电法这种充电法不仅遵循蓄电池固有的充电同意率，而且能够提高蓄电池充电同意率，从

30、而打破了蓄电池指数充电同意曲线的限制，这也是蓄电池充电理论的新进展。脉冲充电方式第一是用脉冲电流对电池充电，然后让电池停充一段时刻，如此循环，如图2-5所示。充电脉冲使蓄电池充满电量，而间歇期使蓄电池经化学反映产生的氧气和氢气有时刻从头化合而被吸收掉，使浓差极化和欧姆极化自但是然地取得排除，从而减轻了蓄电池的内压，使下一轮的恒流充电能够加倍顺利地进行，使蓄电池能够吸收更多的电量。间歇脉冲使蓄电池有较充分的反映时刻，减少了析气量，提高了蓄电池的充电电流同意率。i0tT图2-5脉冲式充电曲线REFLEXTM快速充电法这种技术是美国的一项专利技术，它要紧面对的充电对象是镍镉电池。由于它采纳了新型的充

31、电方式，解决了镍镉电池的经历效应，因此，大大降低了蓄电池的快速充电的时刻。铅酸蓄电池的充电方式和对充电状态的检测方式与镍镉电池有专门大的不同，但它们之间能够彼此借鉴。如图2-6所示，REFLEXTM充电法的一个工作周期包括正向充电脉冲，反向刹时放电脉冲，停充维持3个时期2141516。iI10t0t1t2TtI2图2-6REFLEXTM快速充电法变电流间歇充电法这种充电方式成立在恒流充电和脉冲充电的基础上。其特点是将恒流充电段改成限压变电流间歇充电段。充电前期的各段采纳变电流间歇充电的方式，保证加大充电电流，取得绝大部份充电量。充电后期采纳定电压充电段，取得过充电量，将电池恢复至完全充电态。通

32、过间歇停充，使蓄电池经化学反映产生的氧气和氢气有时刻从头化合而被吸收掉，使浓差极化和欧姆极化自但是然地取得排除，从而减轻了蓄电池的内压，使下一轮的恒流充电能够加倍顺利地进行，使蓄电池能够吸收更多的电量。变电压间歇充电法在变电流间歇充电法的基础上又有人提出了变电压间歇充电法。与变电流间歇充电方式不同的地方在于第一时期的不是间歇恒流，而是间歇恒压。比较和两种方式，能够看出：方式加倍符合最正确充电的充电曲线。在每一个恒电压充电时期，由于是恒压充电，充电电流自然依照指数规律下降，符合电池电流可同意率随着充电的进行慢慢下降的特点。变电压变电流波浪式间歇正负零脉冲快速充电法综合脉冲充电法、REFLEXTM

33、快速充电法、变电流间歇充电法及变电压间歇充电法的优势，变电压变电流波浪式正负零脉冲间歇快速充电法取得进展应用。脉冲充电法充电电路的操纵一样有两种：其一为脉冲电流的幅值可变，而PWM（驱动充放电开关管）信号的频率是固定的；其二为脉冲电流幅值固定不变，PWM信号的频率可调。方式采纳了一种不同于这二者的操纵模式，脉冲电流幅值和PWM信号的频率均固定，PWM占空比可调，在此基础上加入间歇停充时期，能够在较短的时刻内充进更多的电量，提高蓄电池的充电同意能力。2512充电终止条件操纵方式蓄电池在充沛电后，电池的温度和内压都会快速的上升，同时电池的端电压开始下降显现电压负增量，若是现在继续进行快速大电流充电

34、，对蓄电池的损害是显然的。因此，为了保证电池能充电又只是充电，必需采纳必然的方式来操纵充电的停充问题。现时期采纳的操纵方式很多，通常利用的有按时操纵，电压操纵，温度操纵及最小终止电流等方式进行充电终止操纵。在铅酸蓄电池充电器中，通常采纳电压操纵，最长充电时刻（按时操纵），蓄电池温度等操纵，本文采纳电压操纵，温度操纵和电流操纵相结合的方式。2.4.1电压操纵在电压操纵法中，最容易检测的是电池的最高电压。经常使用的电压操纵法有：最高电压操纵，电压负增量操纵，电压二次导数操纵。（1）最高电压操纵从充电特性曲线能够看出，电池电压达到最大值时，电池即充沛电。充电进程中，当电池电压达到规定值后，应当即停止

35、充电。这种操纵方式的缺点是：电池充电的最高电压随环境温度，充电速度而变化，因此，最高检测电压必需采纳必然的温度补偿，而且还必需依照充电速度加以适当修正，假设最高检测电压不能随温度转变而自动调整，那么低温时，电池充不足电，高温时，电池充沛电后仍会继续大电流过充。如此，可能降低电池寿命，也可能损坏电池。另外，蓄电池组中各单体电池的最高充电电压也会有不同，因此采纳这种方式不可能超级准确地判定电池已充沛电。（2）电压负增量操纵由于电池电压的负增量与电池组的绝对电压有关，而且不受环境温度，充电速度等因素的阻碍，因此，能够比较准确地判定电池已充沛电。采纳这种检测法的快速充电器，能够对电池数不同的电池组充电

36、。负增量检测法的缺点是：电池电压显现负增量后，电池已通过充电，因此电池温度较高。另外，镍氢电池充沛电后，电池电压要通过较长时刻才显现负增量，过充电较严峻。因此，这种操纵方式要紧应用于镍铬电池。为了幸免环境温度太高时损坏电池，最好与其他操纵方式配合利用。（3）电压二次导数操纵这种操纵方式是通过检测电池电压的二次导数来实现操纵的，实验证明，当电池在充沛电时，电压的二次导数将达到某一个确信的值，现在终止充电即可。这种方式适用于恒流充电模式。2.4.2按时操纵通经常使用在恒流充电模式中。例如，关于10Ah的蓄电池，采纳5充电速度，电池5h可充沛；采纳C5充电速度，电池可充沛，因此依照电池的容量和充电电

37、流，能够很容易地确信所需要的充电时刻。充电进程中，达到预定的充电时刻后，按时器发出信号，使充电器迅速停止充电或充电电流迅速降低到浮充电电流。如此能够幸免电池长时刻大电流过充电。这种操纵方式比较简单，可是由于电池的起始充电状态不完全相同，有的电池充不足，有的电池过充电，但是充电时刻是固定的，因此不能依照电池充电前的状态来自动调整。因此，只有充电速度小于C5时采纳这种操纵方式才最有成效。2.4.3温度操纵为了幸免损坏电池，电池温度太低时不能当即开始快速充电进程，电池充沛电后，充入的电量都消耗在电池中，电池的温度专门快上升，电池温度上升到规定数值后，必需当即停止充电进程。电池的温度能够通过与电池在一

38、路的温度传感器件来检测，当电池温度超过规定值时（一样为50），充电器能自动转入浮充电模式。当环境温度较低时，规定的最高温度值相对太高（50），如此容易造成过充电，容易损坏电池。为幸免损坏电池，又常采纳温升操纵法，即当温升达到必然值时，充电器便自动转入浮充电模式。上述各类操纵方式各有优缺点。为了保证在任何情形下，均能准确靠得住地操纵电池的充电状态，目前快速充电器中通常采纳包括时刻操纵，电压操纵和温度操纵的综合操纵法。智能充电器的充电进程关于铅酸蓄电池来讲，经常使用的充电方式有恒流限压和恒压限流两种充电方式，但是，单独采纳其中的一种充电方式，没有动态跟踪电池的实际状态和可同意充电电流大小的技术，对

39、铅酸蓄电池的充电成效不是很理想。依照铅酸蓄电池的利历时期及蓄电池的特性，为了进一步延长蓄电池的利用寿命，在长期利用和体会总结的基础上，对蓄电池进行了四个时期的充电以达到最优的成效。（1）预充时期即涓流充电时期当系统检测到蓄电池亏电时，第一以小电流充电，主充电流一样采纳倍率：I0.05C预5式中C：蓄电池的电池容量5当电池电压升至接近额定电压（一样取单体）时，进入主充电时期。（2）主充时期主充时期以恒流方式充电。主充时的充电电流一样采纳倍率：（）I0.3C主5（）式中C：蓄电池的电池容量5当电池电压升至均充电压（一样取单体）时，进行限压充电，充电进程进入下一时期。（3）均充时期即恒压充电时期随着

40、限压充电的进行，电池电流也随之慢慢降低。当充电电流降低到浮充电流时，电池已大体充满，其中：I0.02C浮5（）（4）浮充时期低压小电流充电时期，以补充电池的自然放电浮充时，须将充电电压稳固在蓄电池的额定电压周围（比主充最高限压V要低）。因此，充电电流与主充时相较很小，可是，由于工作情形的复杂性，浮充时也有电流较高的可能（如电池严峻亏电，漏电，负荷过重等）。这时应采取限流方法，维持电流不超过某一设定值而使电压降低，待电流降低，电压升高后再稳压，这确实是恒压限流的含义31011。3智能充电器的硬件设计智能充电器的整体设计要求及设计方案铅酸蓄电池充电器性能的好坏直接阻碍充电电池的利用寿命，用户对充电

41、器的要求要紧有两个方面：其一是要有较高的性能指标，如由平均无端障运行时刻所表达的靠得住性，由稳压稳流精度，动态调整速度及纹波系数等所表达的动、静态特性，其二是要有较为完善的自我检测与操纵功能，有较高的智能水平，能对充电电压，电流进行检测等。智能充电器的大体功能如下：（1）通过对铅酸蓄电池的电压，电流进行按时的检测，输入到单片机，单片机依照取得的数值进行一系列的处置后输出到八段码中，用来告知用户充电进行到哪个时期。直到充电终止蜂鸣器发声，提示用户充电已完成。（2）单片机将检测到的数据通过必然的处置输出到硬件上，通过PWM脉冲宽度来调整充电的时期的电流和电压，以达到更好的充电成效。同时还进一步设置

42、了避免电池过充以损害电池的装置。针对上述功能，它的硬件结构框图如图3-1所示：充充充充充PWM充充充充充充充充充充充充充充充充ADuC824充充充充充充充充充充充充充充充充图3-1智能充电器的硬件结构框图其中单片机采纳了由AD公司生产的ADuc824，它内含有两个独立的A/D转换通道和一个D/A转换通道，而且内部还有一个温度传感器，为设计外围电路接口提供了方便。PWM电路是通过TL494芯片通过数据的搜集输出必然宽度的脉冲波来操纵电池的充电时期，从而实现充电电池的智能型充电。电压检测电路和电流检测电路别离采纳将检测到的电压和电流通过放大器和光电藕隔离器进行转换使得输出的电压和电流能够知足单片机

43、的+5V电压范围。显示和报警电路是通过单片机操纵来显示电池组当前的充电状态，提示用户当前进入的状态。单片机部份3.2.1ADuC824的介绍单片机选用性价比较高的AD公司生产的ADuC824.ADuC824是AD公司新推出的高性能单片机，它在内部集成了高分辨率的A/D转换器，是目前片内资源最丰硕的单片机之一。它将8051内核、两路24位+16位eqoac(,-)A/D、12位D/A、FLASH、WDT、P监控电路、温度传感器、SPI和I2C总线接口等丰硕资源集成于一体，体积小、功耗低、超级适合用于各类智能仪表、智能传感器、变送器和便携式仪器等领域。（1）ADuC824的性能特点ADuC824是

44、一个片内资源超级丰硕的单片机，各类片内资源都有其独自的特点，要紧表现如下：高分辨率eqoac(,-)ADCS有两个独立的通道(24位+16位分辨率)；内含可编程增益放大器；在20Hz/20mV范围内有13位有效分辨率；在20Hz/范围内有18位有效分辨率。存储器8K字节片内Flash/EE程序存储器；640字节片内Flash/EE数据存储器；256字节片内RAM。8051内核可与8051指令系统兼容(最高时钟频率；具有32kHz外部晶振和片内PLL；有3个16位按时/计数器；内含12个中断源、2个优先级。电源可用于3V或5V操作；一样情形下为3mA/3V(核心时钟频率为；掉电维持电流为20A(

45、32kHz的晶振运行频率)。内含的其它外围设备有：片内温度传感器；12位电压输出DAC；双鼓励恒流源；时刻距离计数器；2线(I2C可兼容)和SPI串行I/O；看门狗按时监视器(WDT)；电源供电监视器(PSM)。（3）ADuc824的结构ADuc824的内部功能结构如图3-2所示。图3-2ADuC824的内部功能结构双通道eqoac(,-)型A/DADuC824包括两个带有数字滤波器的-ADC通道(主通道和辅助通道)。主通道用于测量主传感器的输入，那个通道具有缓冲器，能够接收来自输入管脚Ain1/2和Ain3/4的差分信号。在缓冲器意味着可处置较高内阻的信号源，而且可在输入通道前加入模拟RC滤

46、波器。主通道可通过调剂编程放大器的增益而接收20mV，40mV，等几种量程的输入。辅助通道用于接收辅助信号的输入，例如冷端二极管或热敏电阻的输入，此通道无缓冲器，只有一个固定为的输入范围。AD通道的设置和操纵是通过专用寄放器块(SFR)中的一组寄放器来实现的。其名称和在SFR中的地址和功能如下：ADSTAT(D8H)：状态寄放器，包括数据预备就绪、校准状态和一些犯错信息ADMODE(D1H)：模式寄放器，操纵主通道和辅助通道的操作模式AD0CON(D2H)：主通道操纵寄放器AD1CON(D3H)：辅助通道操纵寄放器SF(D4H)：数字滤波器寄放器，通过调剂滤波器参数来操纵主、辅通道数据的更新速

47、度ICON(D5H)：恒流源操纵寄放器，用于操纵片内恒流源(片内有两个200A恒汉源，可缎带外接变送器提供鼓励电流)AD0L/M/H(D9/DA/DBH)：三字节，用于寄存主通道24位转换结果AD1L/H(DC/DDH)：两字节，用于存入辅助通道16位转换结果OF0L/M/H(E1/E2/E3H)：三字节，用于寄存主通道偏移校准系数OF1L/H(E4/E5H)：两字节，用于存入辅助通道偏移校准系数GN0L/M/H(E9/EA/EBH)：三字节，用于寄存主通道增益校准系数GN1LH(EC/EDH)：两字节，用于寄存辅助通道增益校准系数ADuC824的存储器结构ADuC824的片内存储器包括8K字

48、节片内Flash/EE程序存储器、640字节片内Flash/EE数据存储器和256字节片内RAM。图3-3内部数据存储器中的配置图ADuC824的程序和数据存储器有分开的寻址空间。如用户在EA置0时上电或复位，那么芯片执行外部程序空间的指令而不能执行内部8KFlash/EE程序存储器空间的指令。假设EA被置0，那么从内部8KFlash/EE开始执行程序。附加的640字节Flash/EE数据存储器是通过专用寄放器块(SFR)中的一组操纵寄放器来间接访问的。ADuC824的片内Flash/EE程序存储器可用两种模式进行编程：即在线串行下载和并行编程。另外，ADuC824还可通过标准的UART串行端

49、口下载源代码。假设管脚PSEN通过一个下拉电阻被下拉，芯片那么自动进入串行下载模式。当设备连接正确时源代码将自动载入到程序存储器，并可通过这种方式进行在线编程。其它外设a.DACADuC824上集成了一个12位电压输出的数据转换器。它有一个轨对轨的电压输出缓冲，可驱动10k/100pF的负载。它有两个输出范围：0到VREF和0到AVDD，能以8位或12位模式工作。DAC有一个操纵存储器DACCON和两个数据寄放器DACL/H。b.片内PLL一样eqoac(,-)型AD都需外接一个晶振，CPU工作也需要外部晶振。ADuC824利用一个的外部晶振同时为AD和CPU提供时钟信号。片内PLL以倍速锁存

50、(3216倍)方式为系统提供稳固的的时钟信号。CPU核心能够用那个频率工作，也能够以该频率分频后的频率工作，以降低功耗，减少干扰。AD时钟也来源于PLL时钟，其调制速度和晶振频率相同。以上的频率选择保证了AD调制器和CPU核心的时钟同步。PLL的操纵寄放器是PLLCON。c.时刻距离计数器(TIC)时刻距离计数器可用于计量较长的时刻距离，而标准8051的按时/计数器却不能。有六个SFR寄放器与TIC有关，TIMECON是它的操纵寄放器，INTVAL是用户按时设置寄放器，当TIC的计时器达到INTCVAL的设置值时，TIC将有一个主动的输出，此输出可引发一个中断或使TIMEON中的TII位置位。

51、HOUR、MIN、SEC、HTHSEC别离是时、分、秒、1/128秒的寄放器。DADuC824的外设还包括片内温度传感器、门狗按时器(WDT)、电源供电监视器(PSM)、SPI串行接口和I2C串行接口等6。3.2.2单片机电路部份本次设计采纳ADuC824，其连接电路图如图3-4。C+5U3+5AVDDDVDDP0.0P0.145P1.5P1.6P0.3P0.428P2.040abdfgDACURRENT/AIN1VOLTAGE/AIN3100n5391011121822P1.2P1.4P1.7P3.2P3.42034DVDDDVDD484344P0.24849P0.55051P0.652P0

52、.7EARESET15220X812345678+5DPYacfbgeecddpdpDPY_7-SEG_DPC1210uDVDDXTAL1XTAL212P32.766KHZ12PGNDVREF+87VREF-XTAL132XTAL233R1810KP2.0B100n6AGND21DGND35DGND47DGNDR172KBUZZERQ1GNDGNDADUC824NPNPLLCON图进行软件设计来实现Sheetof的晶振频DrawnBy:12MHzCS9013图3-4单片机连接电路由于本单片机采纳的是ADuC824，其利用的是一个外部晶振为频率的时钟Title为CPU提供时钟周期，片内PLL以倍

53、速锁存(3216倍)方式为系统提供稳固的SizeNumberRevision的时钟信号。为了与平常学的80C51的12MHz的晶振频率一致,且易编程，咱们A4能够对片内PLL的操纵寄放器Date:5-Jun-2009File:J:PREVIO13.DDB率。34当电压检测量VOLTAGE/AIN3和电流检测量CURRENT/AIN1送入到单片机的两个独立的模数转换通道，单片机将模拟量转化为数字量，进而进行必然的数据分析，确信充电进入充电四个时期的哪个时期，同时将转化的数字量通过数模转换送到TL494的放大器的同相输入端DTC，单片机在确信充电进入哪个时AMOSFET导通，上述进程重复发生。电感

54、L2的作用是滑腻充电电流17。期后，将通过P0口输出给8段码显示，用来告知用户当前电池的充电的状态，而且当充电终止时，单片机将驱动蜂鸣器发声，提示用户充电已终止61317。充电电路设计部份3充电电路电源部份该电路属于降压扼流圈电路，输出电压比输入电压低时利用，如图3-5所示的电路中，220伏市电经变压器降压后，由整流器整流和大电容C1滑腻滤波，作为直流充电电源。PWM操纵信号的高电平脉冲显现，使MOSFET导通以后，L电感L1的电流不断增大，电容C2充电，该电路不断存储能量，同时通过电感L2对电池充电，现在，续流二极管因反向偏置而截止。通过PWM高电平脉冲持续时刻后，PWM信号变低，MOSFE

55、T截止，电感L1中的电流减小，L1两头的感应电动势使续流二极管导通，1中的存储电流和电容C2存储电荷向电池充电。通过PWM信号的低电平持续时刻后，PWM信号的又一高电平到来，再度使12MOSFETPL1L2Vo+1IRF9540DT142C1D1IN4001C22500u/25V蓄电池2500u/25V220VBRIDGE1R13+12Vo-R23K100CPWMU1GNDR310GND图3-5充电电源电路3操纵电路I2+12操纵电路用来产生PWM波，在那个地址采纳了TL494来实现。TL494是美国德州仪器公司生产的一种电压驱动型脉宽调制操纵集成电路，要紧应用在各类开关电源中，TL494价钱

56、低廉，易购得，和分立单元系统相较，在一个芯片内，同时解决了电流和电压调剂器，脉宽调制，最大电路限制。芯片内还设有附加监控爱惜功能，使得它可取得更优良的工作性能，提高了抗干扰能力和靠得住性，系统结构更简练，缩小了空间。由TL494、单片机组成的充电操纵回路，组成闭环操纵系统。（1）TL494管脚配置及其功能TL494的内部电路由基准电压产生电路、振荡电路、间歇期调整电路、两个误差放大器、脉宽调制比较器和输出电路等组成。图3-6是它的管脚图和内部结构原理图，其中1，2脚是误差放大器I的同相和反相输入端；3脚是相位校正和增益操纵；4脚为间歇期调整，其上加电压时可使截止时刻从2%线性转变到100%；5

57、，6脚别离用于外接振荡电阻和振荡电容；7脚为接地端；8，9脚和11，10脚别离为TL494内部两个末级输出三极管集电极和发射极；12脚为电源供电端；13脚为输出操纵端，该脚接地时为并联单端输出方式，接14脚时为推挽输出方式；14脚为5V基准电压输出端，最大输出电流10mA；15，16脚是误差放大器II的反相和同相输入端。图3-6TL494的管脚图和内部结构(2)TL494回路操纵原理TL494内部振荡器产生的锯齿波送到PWM比较器的反相输入端，脉冲调宽电压由ADuc824检测到电池电压、电流及温度等参数经处置做出判定，确信当前的充电时期，经D/A转换器输出电压信号送到比较器的同相输入端DTC，

58、TL494内部PWM比较器比较后输出必然宽度的脉冲波。当调宽电压转变时，TL494输出的脉冲宽度也随之改变，从而改变MOSFET的导通时刻，达到调剂、稳固输出电压的目的，使电池电压与设定值维持一致，形成闭环回路操纵。本次设计只采纳一组PWM输出，故TL494采纳单端输出方式。单端输出时TL494的Q1和Q2并在一路输出PWM波，如图3-7所示。C1QCQ1E1OutputControlSingle-EndedC2Q2E2QE图3-7单端输出连接图检测到的电池电流转换为0-5V的电信号，通过简单滤波电路进行滑腻、去除杂波干扰后的CURRENT/AIN1送给TL494的误差放大器的V1+同相输入端

59、。设定输入信号是由TL494的+5V基准电压源经一周密多圈电位器分压，由电位器滑动端通过滤波电路接入TL494的误差放大器的V1-一反相输入端。反馈信号和设定信号通过TL494的误差放大器后进行比较放大，进而操纵停止PWM输出，避免过充电。在这次的设计中只用到了TL494的误差放大器，故将误差放大器的V2+（16脚）接地、V2-（15脚）接高电平89。TL494的操纵回路电路图如图3-8所示。34RW4GND33KGND+5U2C9109E2E1PWMGNDR155K0.1u14131186C10540.1u3VREFOCC2C1RTCTDTCCOMP-V2+V2-V1+V1151621CUR

60、RENT/AIN1GNDDATL494GNDC111uGND图3-8TL494操纵回路电路3.3.3检测电路检测电路包括电压检测电路、电流检测电路、温度检测电路，由于ADuc824自带内部温度传感器，本节着重介绍电压和电流检测电路。（1）电压检测电压检测电路的设计要紧考虑的问题是:在正常充电的进程中，电池端电压Ubat的转变范围是0V到15V，要使单片机检测Ubat的转变映射到0V到5V的范围内，在测量中，需要用低压器件去测量高压、强电流模拟量，若是模拟量与数字量之间没有电气隔离，那么，高电压、强电流很容易串入低压器件，并将其烧毁。本设计采纳周密电阻进行比例衰减，把输入电压量程范围转化为AD转