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1、本科毕业设计（论文）题目： 通用型蓄电池充电电源硬件设计硬件设计院（系） 电子信息工程学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 姓 名 学 号 导 师 2012年 6月通用型蓄电池充电电源硬件设计摘要本课题为了解决24V、36V、48V的铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池的充电快速、可靠性，设计了一种基于PWM的通用智能充电器。它以AT89S51为核心，介绍了智能充电器的工作原理、硬件体系结构设计、讨论硬件部分的组成、以及它是如何实现对电池数据的采集和两种充电模式的实现。由于采用了高分辨率的A/D转换电路，保证了充电器在浮充控制阶段有很高的精度。对于蓄电池的快速充电和延长其寿命有很大意义。关键词：单
2、片机 ；PWM；智能充电器；浮充电压The Design of an Electric Charge Power Supple of FlybackPopular Type-HardwareAbstractIn order to make the charged and the security of the lead-acid battery and the nickel cadmium battery with the 24 V,36 V,48 V better ,this task designed a kind of charger in general use intelligenc
3、e according to PWM .It takes AT89S51 as the core. This also realizes the accurate control with sharing the empty ratio by PWM in the aspects of the hardware . As adopting the A/D conversion electric circuit of the high resolution, this guarantees the very high accuracy of the charger at the float ch
4、arging stage. It has the great signification for the fast charging of the storage battery and prolonging its life.In the whole design process of system,this task mainly adopt the mold method , the design of each mold piece all adopts the method of the contrast comparison, making the whole system hav
5、e the useful meaning.KeyWord: Single chip microcomputer； PWM；Intelligence；Float charging1 绪论1.1蓄电池及其充电技术的发展与意义 当前电池特性a. 铅酸电池 （1）发展概况 铅酸蓄电池经过百余年的发展与完善以其成本低、电压高、原材料丰富、制造工艺简单在二次电池获得了最广泛的应用。而自70年代末始，VRLA(阀控式免维护铅酸蓄电池)电池在许多工业发达国家发展迅速。如日本1980年生产的小型VRLA电池为1800万只，而到1990年已达1.1亿只，年平均增长率达43%。90年代后，摩托车蓄电池已转向VRLA
6、，而大型的固定用VRLA也很快发展起来。1985年起，我国也拥有了一批工厂进行小批量VRLA电池的生产，而如今生产VRLA的工厂已不下200家，据估算，我国年需固定型蓄电池约35-40万KVAh，今已全部换成VRLA，其型号则从1Ah到3000Ah都齐备。VRLA具有较高的安全性和密封性，由于其正常运行时不存在对电解液的检测，以及调酸加水等传统的定期维护步骤，因而也被人们称为免维护蓄电池。其独特的气体再化合系统，能将产生的气体再化合成水；在蓄电池大充电、大放电而其内部的气压上升到超越正常水平时，安全阀会释放过量的气体后然后自动重新密封，在电池使用过程中不会产生气涨现象；安全阀和专用过滤器可防止
7、蓄电池爆炸，确保正常使用时安全可靠。VRLA寿命较长，一般正常运行具有10年以上的浮充使用寿命。（2）VRLA的特性 充电电压的范围 过充电开始的时间与充电的速率有关，当充电率大于C5时，电池容量恢复到额定容量的80以前，即开始发生过充电反应；浮充使用时电压一般控制在2.150.1V/单格，循环使用时电压一般控制在2.350.1V/单格，若说明书有要求时应按说明书操作。实践证明，实际的浮充电压与规定的浮充电压相差5时，免维护蓄电池的寿命将缩短一半，采用适当的浮充电压，密封铅酸蓄电池的寿命可达10年以上。充电电流 VRLA的充电电流不大于0.01C安培时，伴随充电过程产生的气体可以100%再化合
8、成水；当充电电流恒定在0.1C安培时，气体再化合效率仅约为35%，在蓄电池内部产生气体的速率大于气体再化合成水的速率。当电池电压上升到过充电压时，继续大电流过充将有导致电池失水。环境温度 一般不超过30度为宜。温度变化较大时应加强对电压的调节。铅酸电池的电压具有负温度系数，其单格值为3。在环境温度为时工作很理想的普通（无温度补偿）充电器，当环境温度降到时，电池就不能充足电，当环境温度上升到时，电池将因严重的过充电而缩短寿命。 铅酸电池的电压具有负温度系数，其单格值为3。在环境温度为25时工作很理想的普通（无温度补偿）充电器，当环境温度降到0时，电池就不能充足电，当环境温度上升到50时，电池将因
9、严重的过充电而缩短寿命。一般不超过30度为宜。温度变化较大时应加强对电压的调节。对于不同厂家的产品不可混用 同一厂家的产品新旧不可混用。b. 镍镉镍氢电池 （1） 发展概况 密封镍镉电池效率高、循环寿命长、能量密度大、体积小、重量轻、结构紧凑，并且不需要维护，因此在工业和消费产品中得到了广泛应用。随着技术的发展，人们对电源的要求越来越高。70年代中期，研制成功了功率大、重量轻、寿命长、成本低的镍氢电池，并且于1978年成功地将这种电池应用在导航卫星上，镍氢电池与同体积镍镉电池相比，容量可提高一倍，而且没有重金属镉带来的污染问题。它的工作电压与镍镉电池完全相同，工作寿命也大体相当，但它具有良好的
10、过充电和过放电性能。近年来，镍氢电池受到世界各国的重视，各种新技术层出不穷。镍氢电池刚问世时，要使用高压容器储存氢气，后来人们采用金属氢化物来储存氢气，从而制成了低压甚至常压镍氢电池。1992年，日本三洋公司每月可生产200万只镍氢电池。目前国内已有20多个单位研制生产镍氢电池，国产镍氢电池的综合性能已经达到国际先进水平。（2） 电池特性 镍镉电池使用过程中，如果电量没有全部放完就开始充电，下次再放电时，就不能放出全部电量。比如，镍镉电池只放出80%的电量后就开始充电，充足电后，该电池也只能放出80%的电量，这种现象称为记忆效应。 电池全部放完电后，极板上的结晶体很小。电池部分放电后，氢氧化亚
11、镍没有完全变为氢氧化镍，剩余的氢氧化亚镍将结合在一起，形成较大的结晶体。结晶体变大是镍镉电池产生记忆效应的主要原因。镍氢电池和同体积的镍镉电池相比，容量增加一倍，充放电循环寿命也较长，并且无记忆效应。镍氢电池正极的活性物质为NiOOH（放电时）和Ni(OH)2(充电时)，负极板的活性物质为H2（放电时）和H2O（充电时），电解液采用30%的氢氧化钾溶液。 当前电池充电技术 电池充电通常要完成两个任务，首先是尽可能快地使电池恢复额定容量，另一是使用小电流充电，补充电池因自放电而损失的能量，以维持电池的额定容量。解决这两个问题的方法就是初期用大电流恒流充电以满足充电的快速性；在充电末期以小且精确的
12、电流进行浮充以满足充电的可靠性。a. 酸蓄电池的充电技术 为了保证充电的快速性和可靠性，将充电过程分为三个阶段：a.大电流流阶段；b.限流恒压阶段；c.精确小电流浮充阶段。（1） 大电流恒流阶段 以0.1C至0.2C的充电率为佳，在此阶段可以迅速的将电池损失的电量补充，此时，电池内部气体产生的速率大于再化合成水的速率，但此阶段一般仅有数小时，不至于使电池内部气体压力累积到排放的压力值，所以在充电实际操作过程中，在限流充电阶段蓄电池电压已经达到该转入恒压充电电压值时应及时转入恒压充电方式。如果再继续长时间对蓄电池限流充电，蓄电池电压升高将对电池造成损害，而缩短其寿命，同时内部压力越来越大，安全阀
13、会排放气体使水分丧失，情况严重将导致蓄电池报废。（2） 限流恒压充电 在恒压期间若电流3小时保持一定的数值范围不变则转入浮充阶段（3） 小电流浮充阶段 此时的充电电流用以补充电池因自放电而损失的电量。蓄电池的浮充电有严格的要求，正确选取充电电流，电压，时间以及环境校正浮充电压等对延长电池的使用寿命确保满容量有极大的影响，可以说充电器的性能对蓄电池的使用寿命有直接的影响。浮充电运行时充电方式采用的是恒压方式，浮充电电压必须严格按照厂家对蓄电池的要求保持一个恒定的值，在该电压下充入的电量应足以补偿蓄电池由于资方点而瞬时的电量，使蓄电池长期处于充足电的状态，同时该电压的选择应使蓄电池长期处于过充点而
14、造成的损坏擦到最低的程度。浮充电压不能过高，以免因严重的过充电而缩短电池寿命。因此，为了保证在很宽的温度范围内，都能使电池刚好充足电，充电器的各种转换电压必须随电池电压的温度系数而变。（4） 温度对浮冲电压的影响 整组蓄电池浮充电压U=U+U式中整组蓄电池的单体电池数目；U常温下（2025）的单体蓄电池浮充电压，不同厂家给出的值不同，一般为2.23V2.27V；U温度校正系数，一般为-3mV/（只），即温度升高1应降低3mV，降低1应增加3mV。 b. 镍氢/镍镉电池的充电技术 （1） 四阶段的充电方式 即分为预充电、快速充电、补足充电、涓流充电四个阶段。 对长期不用的或新电池充电时，一开始就
15、采用快速充电，会影响电池的寿命。因此，这种电池应先用小电流充电，使其满足一定的充电条件，这个阶段称为预充电。快速充电就是用大电流充电，迅速恢复电池电能。快速充电速率一般在1C以上，快速充时间由电池容量和充电速率决定。 为了避免过充电，一些充电器采用小电流恒压充电。镍镉电池正常充电时，可以接受C/10或更低的充电速率，这样充电时间要10h以上。采用小电流充电，电池内不会产生过多的气体，电池温度也不会过高。只要电池接到充电器上，低速率恒流充电器就能对电池提供很小的涓流充电电流。电池采用小电流充电时，电池内产生的热量可以自然散去。 浮充充电器的主要问题是充电速度太慢，例如，容量为1Ah的电池，采用C/10充电速率时，充电时间要10h以上。此外，电池采用低充电速率
