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1、铅酸蓄电池智能充电系统的设计学生：XXX 指导老师:XXX内容摘要：本文所设计的铅酸蓄电池智能充电系统，内容主要包括对蓄电池充电方法的研究和充电系统的设计。在通过对蓄电池充电原理和充电方法研究的基础上，提出采用恒压限流充电和脉冲充电相结合的充电方法。这种充电方法可以始终地使充电电流在总体上逼近蓄电池的可接受充电电流曲线，并且在整个充电期间内适时地采取了去除蓄电池极化的措施。理论研究和实验数据表明，这种充电模式可以大大缩短充电时间，提高充电效率。实验结果表明，基于80196KB单片机控制的智能充电系统，其效率高、调节时间快的良好充电特性可得到充分发挥，使得蓄电池具有较高的使用容量和较长的循环寿命
2、，可满足电机车动力蓄电池的充电要求，具有良好的应用前景，为提高蓄电池的性能和可靠性提供一条新的、有效的途径。关键词：铅酸蓄电池 智能充电 80C196KB 单片机 Design for intelligent charging system of Lead-acid batteriesAbstract：In this paper the design of lead-acid batteries intelligent charging system, content mainly includes to battery charging method of research and char
3、ging system design. In the battery principle and charging methods on the basis of study, the paper proposes the constant pressure and pulse current limiting charging charging combination of charging methods. This kind of charging methods can always to recharge current in overall approximation batter
4、y acceptable charging electric current curve, and throughout the charging period timely adopted remove battery polarization measures. Theoretical and experimental data shows that this model can greatly shorten charging charging time and improve charging efficiency. Experimental results show that bas
5、ed on the intelligent charging 80196KB single-chip microcomputer control system, its high efficiency, regulating time quick good charging characteristics can get fully, make battery has higher use capacity and long cycle life, can meet the electric locomotive motive battery charging request, has a g
6、ood application prospect for improving battery performance and reliability provides a new and effective way.Keywords: Lead-acid batteries Intelligent charging 80C196KB singlechip目 录前言11 总体设计方案11.1系统的设计要求11.2智能充电方法的选择21.3系统的结构原理框图21.4充放电方法的控制与实现32 课题的研究现状32.1充电技术的发展状况32.2充电电源的发展状况42.3传统的充电方式43 铅酸蓄电池智
7、能充电的基本原理63.1蓄电池的基本概念和工作原理63.1.1电池的种类和特性63.1.2铅酸蓄电池的基本概念73.1.3铅酸蓄电池的工作原理103.2铅酸蓄电池的充电特性113.3 J.A.马斯(J.A.Mas)三定律123.4极化电压143.5智能充电的基本原理和控制方法153.5.1智能充电的基本原理153.5.2智能充电的几种控制方法154 系统的硬件设计174.1开关电源原理174.2充电系统的主电路原理与设计184.2.1全桥变换电路的设计184.2.2能量回馈电路的设计204.2.3主回路中建波与抗干扰电路的设计214.2.4移相控制电路的设计224.3充电回路控制系统的设计28
8、4.3.1 80Cl96KB单片机最小系统的设计284.3.2模拟量检测电路304.3.3键盘电路304.3.4显示电路304.3.5执行电路314.4系统保护措施的设计314.4.1过流保护314.4.2软启动保护325 系统的软件设计325.1充电系统的主程序设计325.2实时时钟中断服务程序设计345.3去极化子程序设计356 结论36参考文献37铅酸蓄电池智能充电系统的设计前言目前，大多数电机车使用的电源都是铅酸蓄电池组。铅酸蓄电池因其可循环再充电的特性，以及成本低廉、使用安全、无污染等优点，在目前的工农业生产中的需求正日益增大。相应的，蓄电池的充电技术也引起了普遍地关注1。一方面，传
9、统的充电方法正常充电时，以10h或20h率电流进行充电。这时需要时间一般为10多个小时，甚至20多个小时，充电时间长，而且使用不便。另一方面，充电技术不能适应铅酸蓄电池的特殊要求，会严重影响蓄电池的寿命。国内外多年来的实践证明，铅酸蓄电池浮充电压偏差5%，电池的浮充寿命将减少一半。在其他方面，由于充电方法不正确，铅酸蓄电池也很难达到规定的循环寿命。智能充电是使实际充电电流能够动态地跟踪电池可接受的充电电流。充电系统根据电池的状态确定充电工艺参数，使充电电流自始至终处于电池的可接受充电电流曲线附近，使电池几乎在无气体析出的条件下充电，做到既节约用电又对电池无损害2。如今，我国工农业运输设备对蓄电
10、池用量极大，但是其充电设备很落后，充电方法也很不科学，急需设计出一种新型智能充电系统以满足工农业生产的需要。1 总体设计方案1.1系统的设计要求A.系统的基本功能a.可以在系统的控制下快速地完成充电过程; b.充电过程中，实时监测并且随时显示电池的充电状态;c.充电系统按照设定的充电方法给电池充电，并能根据电池电压和充电电流自动转换充电状态，在蓄电池充满电后，自动转入浮充状态。B.系统的理想技术指标根据本课题面向的对象，对本充电系统的充电电源提出下面的理想技术指标:a.充电电源输出直流电压可在 0V-180V范围内调整工农业生产使用的电机车所用的蓄电池组一般由48节铅酸蓄电池构成，每节电池的充
11、电极限状态或高阻抗电池的充电饱和电压均假设为3V，则48节电池的极限端电压为144V。因此充电电源开路电压必须在144V以上。根据实际情况，要求充电系统输出的充电电压在 0V-180V范围内调整。b.充电电源输出直流电流可在0-60A范围内调整充电系统工作时，应能够根据使用者的需要来改变充电电流的大小。例如:对一个5Ah的电池组，当采用1倍速率充电时，充电电流应为5A;当采用2倍速率充电时，充电电流应为10A。根据实际情况，要求充电系统输出的充电电流在0-60A范围内调整。1.2智能充电方法的选择充电方法的选择是十分重要的，不同的充电方法，其充电速度的差别可能很大，导致充电效果的差距也会很大。
12、系统所要求的充电方法，一方面要求能够最大程度地加快蓄电池的化学反应速度，缩短蓄电池达到满充状态的时间，使充电速度得到最大的提高;另一方面，又要保证蓄电池负极的吸收能力，使负极能够跟得上正极氧气产生的速度，以避免电池的极化现象。根据上面的标准和实际的对象，在分析了传统的充电方法和几种快速充电方法的基础上，本充电系统采用恒压限流充电和脉冲充电相结合的充电方法，将充电过程分成几个子充电过程，充电电流总体上呈逐级递减的趋势并保持恒定电压，而每个子充电过程按“正脉冲充电一停充一负脉冲放电一停充一再正脉冲充电”这种循环过程进行，直至电池的容量达到额定容量的80%以上。之后转入浮充状态，使电池电量完全恢复，
13、即达到额定容量。1.3系统的结构原理框图本充电系统的结构原理框图如图1.3-1所示，它包括提供充电的电源和作为管理中心的控制系统。在系统设计中，充电电源采用开关电源。通常把采用“交流一直流一交流一直流”这种电路的装置称为开关电源。从输入输出关系来看，开关电源是一种“交流一直流”的变流装置，然而由于开关电源采用了工作频率较高的交流环节，变压器和滤波器都大大减小，因此同样功率条件下其体积和重量远远小于传统的相控电源。除此之外，工作频率的提高还有利于控制性能的提高。系统的主回路由充电电路、放电电路及控制电路组成，其中充电电路采用整流桥式电路。铅酸蓄电池组充电电源充电控制系统CPUI/O设备图1.3-
14、1 系统的结构原理框图控制电路部分实际上是一个实时监测和控制系统，包括对电池温度、蓄电池端电压、充电电流等参数的监测，对收集信息的分析和计算处理，对充电机工作参数的设置和显示等。其控制过程主要是通过采集蓄电池的相关参数，送入80C196KB单片机进行预定的分析和计算，得出相应的控制数据，从而控制输出电压、电流，完成对蓄电池的智能充电。其中控制电路的核心采用80C196KB单片机芯片，具有高度的集成度。1.4充放电方法的控制与实现在充电方法的实现上，我们设计了以80C196KB单片机控制为主的控制方法，将采集到的电池温度、电池端电压、充电电流等状态信息，送入CPU后要进行必要的处理和判断，以此来
15、改变充电方式，实现智能充电。其优点是结构简单、便于操作、维修方便、成本低。在放电方法的实现上，采用大功率IGBT管进行PWM控制，以控制放电电流大小，保持其高稳定性。2 课题的研究现状2.1充电技术的发展状况对于铅酸蓄电池来讲，传统的充电方法主要有恒流充电、恒压充电和恒压限流充电。这些传统的充电方法，一方面控制电路简单，实现起来比较容易;另一方面充电时间比较长，充电方法过于单一，会对蓄电池本身造成损害，以至影响蓄电池本身的使用寿命。针对传统的充电方法充电缓慢、安全性能不好等缺点，目前国内外陆续提出了一些新型的充电方法，如定化学反应状态法、脉冲式充电法、变电流间歇/定电压充电法、分级定流充电法、变电压间歇充电法等。对铅酸蓄电池来讲，其中的分级定流充电法己经得到了广泛的应用。这些充电方法的原理绝大多数都是在传统方法的基础上加以改进，以便使其充电电流能够更好地逼近蓄电池的可接受充电电流曲线。近几年开始有人采用一些更加新颖的充电方法，例如模糊控制充电法。这种充电方法开始摆脱传统充电方法的束缚，将模糊控制技术引入充电方法，利用模糊控制本身适合处理多输入多输出非线性系统的优势，能够更好的处理蓄电池充电过程中的
