基于单片机的铅酸电池智能充电系统设计方法【钜大锂电】

蓄电池是社会生产经营活动中不可缺少的产品，被广泛应用于特种、交通运输、通讯、电力等国民经济各个部门的重要能源装置。蓄电池的使用寿命是目前普遍关注的问题。蓄电池的寿命由多方面因素决定，其中最重要的是蓄电池本身的物理性能。除此之外，电池的管理技术、不合理的充放电模式也是造成电池寿命缩短的重要原因。

快速、高效地对蓄电池科学充电，是蓄电池使用和保养中的一项非常重要的内容，也一直是蓄电池界关注的问题，因此，研究先进的充电技术及充电装置是蓄电池领域重要的课题，它是涉及电力电子、自动测量与自动控制等技术的高端课题。

1智能充电器硬件部分

充电装置硬件总体结构设计框图如图1所示，由主电路和控制电路两部分组成。虚线框外部分为主电路，虚线框内部分为控制电路。主电路的功能是将输入的三相交流电转变成蓄电池负载要的直流电；控制电路用于实现电源各种功能。

图1系统原理框图

1）充电主电路

主电路采用的是AC-DC-DC变换电路，AC-DC部分的用途是通过整流变压器将三相交流电源U、V、w进行降压、隔离，经六个二极管所组成的三相不控桥整流后得到不可控制的直流电压U1,如图2所示。也就是说，对输入为AC380V的三相电压，U1的大小仅与整流变压器的变比有关，一旦电网电压和变压器的变比确定，U1也就恒定不变。

图2三相降压整流电路

DC-DC部分采用Buck电路，如图3所示。当对蓄电池进行充电时，全控器件VT2关断，直流电压U1经过全控开关器件VT1、续流二极管VD2和电感L（同时兼作滤波）组成的Buck电路，并通过控制VT通断来控制输出电压U2的大小，从而控制蓄电池的充电电流和充电电压。

图3Buck-Boost电路

2）主电路保护电路

（1）过电流保护。

二极管、晶闸管的热容量小，对5倍以上的过载要求在0.02秒内切断，否则元器件就会损坏，因此必须用快速熔断器。

（2）过电压保护。

晶闸管与整流二极管承受过电压的能力有限，即使电压超过元件反向电压击穿电压数值不多，时间不长（0.5~1us），都有可能使元件反向击穿，造成损坏。过压保护措施是接人阻容吸收回路，把它并接在交流侧、直流侧，或与整流元件并联，降低阻容电路两端的电压变化率，从而起过压保护用途。

3）控制电路。

控制电路包括电压反馈电路和电流反馈电路、pI调节器及反馈选择电路、D/A转换电路，CAN总线电路，单片机及其外围电路。其各模块框图如图4所示。

图4控制电路原理框图

2软件设计

软件设计总体框图如图5所示，其具体流程如下：首先调用初始化函数对所有设备进行初始化。之后判断关机是否正常，假如上次关机为正常关机则调用各种模式选择函数，选择充电模式；假如不正常，则读EEpROM,读取非正常关机时充电机的状态。然后进入循环，在5分钟之内，允许对充电机自动充电状态下的给定电压进行设定；每1O分钟，将充电机当前状态记人EEpROM.选择充电方式，用相应的子程序对数据进行处理，得出输出结果，并通过DA变换为所需的电压信号；每秒钟调用一次计时函数，记录并显示当时的充电总时间和所处阶段的充电时间；判断是否满足阶段转换的条件，控制阶段转换灯；根据关机条件判断充电是否完成。

图5主函数流程图

图5中，恒压恒流方式包括三种充电方式：①开始阶段恒电流的修正恒压充电，②最后阶段恒电流的修正恒压充电，③开始阶段和最后阶段恒电流的修正恒压充电。实际应用中可以根据要和充电效果在程序中进行调整。

3实验分析

本智能充电机分手动模式和自动模式两种充电方式。下面分别对其进行验证。

手动模式充电波形如图6所示，图中第一通道为电池端电压；第二通道为脉冲变压器原边的驱动信号；第三通道为模拟pI调节器的给定参考电压；第四通道为电流钳测得的实际充电电流信号。

可以看出，手动模式下，单片机能够正常地从电位器取出信号，并将其转换为相应的电压信号发送给模拟pI调节器作参考。电池端电压随充电电流波动，因此能够进行正常的手动充电。

手动模式充电波形如图7所示，充电机在电池单格大于等于2.35V时进行阶段转换，每次转换过后都将充电电流减小为上阶段充电电流的一半。

程序中设置进行三次阶段转换，第三阶段进行过充电。

图6手动模式充电波形

图7自动模式充电波形

第一通道为电池端电压，第二通道为电流反馈电路经第一级放大电路之后的信号，第三通道为模拟pI调节器的给定参考电压，第四通道为电流钳测得的实际充电电流信号。从图中可以看出充电机可以正常完成三阶段恒电流充电。

4结束语