汽车蓄电池智能充电系统

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1、摘 要 该文设计的是铅酸蓄电池智能充电控制系统,文中主要提及蓄电池充电方法的研究与充电控制系统的设计。在通过有关蓄电池充电原理与充电方法研究的基础上,提出使用恒压限流充电与脉冲充电相结合的充电方法。该充电方法能够一直保持对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使用了去除蓄电池极化的方法。理论研究与实验数据表明,该充电模式能够很大程度缩短充电时间,提升充电效率。实验结果表明,基于80196KB单片机控制的智能充电控制系统,其效率高、调节时间快的良好充电特性能得到充分发挥,使得蓄电池具有较高的使用容量与较长的循环寿命,可以满足电机车动力蓄电池的充电的要求,具有良

2、好的应用前景,为提高蓄电池的性能与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AbstractIn this paper the design of lead-acid batteries intelligent charging system, content mainly includes to battery charging method of research and charging system design. In the battery principle and charging methods on the basis of

3、 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 battery acceptable charging electric current curve, and throughout the charging period

4、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 based on the intelligent charging 80196KB single-chip microcomputer control system,

5、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 good application prospect for improving battery performance and reliability provid

6、es a new and effective way. Keywords: Lead-acid batteries ；Intelligent charging ；80C196KB ；singlechip目 录绪 论11 汽车蓄电池简介21.1 汽车蓄电池21.1.1 蓄电池的种类与选择21.1.2 铅酸蓄电池的工作原理31.1.3 传统的充电方式31.1.4 铅酸蓄电池充电的过程52 课题的研究现状62.1 项目开发的背景62.2 项目可行性62.3 充电技术的发展状况72.4 充电电源的发展状况83 基本方案103.1 总设计方案103.1.1 系统的设计要求103.1.2 智能充电方法的选

7、择103.1.3 系统的结构原理框图113.2 充放电方法的控制与实现113.2.1 单片机充电终止条件控制方法123.2.2 最高电压控制123.2.3 定时控制123.2.4 温度控制134 系统硬件介绍及设计144.1 开关电源原理144.2 充电系统的主电路原理与设计154.2.1 全桥变换电路的设计154.2.2 能量反馈电路的设计174.2.3 主回路滤波与抗干扰电路的设计184.2.4 移相控制电路的设计194.3 充电系统的控制回路原理与设计244.3.1 80Cl96KB单片机最小系统的设计254.3.2 模 拟 量 检 测 电 路254.3.3 键盘电路254.3.4 显示

8、电路274.3.5 执行电路274.4 系统保护措施的设计284.4.1 过流保护284.4.2 软启动保护285 系统软件设计305.1 充电系统的主程序设计305.2 实 时 时 钟 中 断 服 务 程 序315.3 去极化子程序32总 结34参考文献35致 谢36附录一 移相控制电路的设计图37附录二 系统电路的设计图38绪 论如今以动力蓄电池作为能源的电动车被称作二十一世纪的绿色工程,它将汽车工业发展带入到一个全新的领域。电动车主要的部件中电动机、控制器与车体三大部件全部在理论与技术上已较为成熟,但是其他两大部件蓄电池和充电器的发展却不能满足电动车的需求,有许多理论与技术问题还有待攻关

9、,现在已成为影响电动交通工具发展的瓶颈。我国电动车所用动力蓄电池基本上是铅酸蓄电池,因为铅酸蓄电池具有技术成熟、成本低、电池容量大、跟随负荷输出特性好、无记忆效应等优点。当然,还有其他一些高性能电池,如锂电池、燃料电池等。铅酸蓄电池因为具有价格低廉、供电可靠、电压稳定等优点,被广泛应用于国防、通信、铁路、交通、工农业生产等部门。这些年来全密封免维护铅酸蓄电池其密封好、无泄漏且无污染等优点,不仅能够保证人体与各种用电设备的安全,而且在整个使用期间,无需要任何维护,因此揭开了铅酸蓄电池发展的新章程。通信设备通常都是使用免维护电池作为备用电源,许多电子设备必须的不间断电源系统（UPS）也无法离开免维

10、护电池,此外在应急灯、汽车、游艇中也越来越多的选用免维护电池。然而,因为充电方法的不正确,充电技术无法适应免维护电池的特殊需求,使电池很难达到规定的循环寿命。虽然近年来蓄电池本身的技术有了不错的进步,但作为其能量再次补充的充电器的发展太缓慢,传统的常规充电时间过于长,快速充电技术至今还未能完全解决,严重地阻碍了电动车的发展。目前,我国工农业的运输设备对蓄电池用量非常大,但是由于其充电设备太落后,充电的方法也很不科学,急需设计出一种新型的智能充电系统以满足工农业生产的需求。11 汽车蓄电池简介1.1 汽车蓄电池蓄电池是汽车必不可少的一部分,可分为传统的铅酸蓄电池与免维护型蓄电池 。 铅 酸 蓄

11、电 池 是 由 正 负 极 板 、 隔 板 、 壳 体 、 电 解 液 和 接线桩头等组成,其放电的化学反应是依靠正极板活性物质与负极板活性物质在电解液（稀释的硫酸溶液）作用下进行,其中极板的栅架是由铅锑合金制造。免维护型蓄电池是由铅钙合金制造,由于蓄电池使用铅钙合金做栅架,由此充电时产生的水分解量少,水分的蒸发量也低,再加上外壳使用密封结构,释放出来的硫酸气体也非常少,因此它和传统蓄电池相比,具有不需添加的任何液体,对接线桩头,电量储存时间长等优点1。1.1.1 蓄电池的种类与选择 蓄电池又称作二次电池,是化学龟池(所谓化学电池是指可以把化学能直挤变换为电能的装置)的一种,它既能将储备的化学

12、能转为电能(这一过程称作放电),还能够使参加反应的物质以电能的形式释放完毕之后,再用充电器对它输入直流电能(这一过程称作充电),又能将已损耗的活性物质复活。通常采用的化学电池分为原电池与蓄电池2种。原电池只可以使用1次,就是我们所生活里的干电池,蓄电池便能多次反复的使用2。蓄电池主要由3个部分组成:发生氧化反应的阳极、发生还原反应的阴极、还有将阳极反应与阴极反应统一在一起的介质电解液。在电极里发生氧化反应与还原反应的物质被称作活性物质。根据使用场所的不同,蓄电池也有不同类型: 固定型(供室内装置使用)、移动型 (便于携带用)。移动型电池分为电动机车型与启动型蓄电池。根据蓄电池电解质的状态不同分

13、类:分为电解质采用稀硫酸的称作铅酸蓄电池,使用硫酸电解质胶体的称作胶体铅蓄电池。又根据蓄电池电解质性质来区分:电解质使用稀硫酸的称作酸性蓄电池；使用碱性电解质的称作碱性蓄电池。如铅酸蓄电池是酸性蓄电池,但镍镉电池则是碱性蓄电池。依据蓄电池的结构又能够分为开口蓄电池与密封蓄电池2种形式。开口蓄电池有以下几点特点:能够进行大电流放电、自放电小等。但开口蓄的电池不便于维护,它要经常添加蒸馏水与更换电解液；而密封蓄电池在这一方面具有明显的优势: 密封好、无泄露、无污染、无需维护、易保存等特点,可以保障人体和各种设备的安全3。目前主要的蓄电池有以下4种: 铅酸蓄电池、镍镉蓄电池、镍金属氧化物蓄电池与锂离

14、子蓄电池。这4种蓄电池有一个共同的功能就是为最终产品提供可补充的电能,但不同的电池具有不同的特性,适用的对象与场合也是不同的。选择电池的根据主要是由电池的能量密度、电池的容量和内阻,它们直接判定了电池为负载提供电能的速度与大小。关于放电速率要求不高的产品,如便携式计算机、蜂窝电话机和手提式视频设备,能采用镍金属氧化物电池与锂离子电池。因为它们具有较大的内阻,从而限制了峰值放电电流,使得它们适合长期电流消耗要求较小的产品。而铅酸电池与镍福电池由于内阻较小,可以提供较大的电流,则适用于放电速率要求较高的产品,如某些由电池供电的电动工具: 锄草机。在这些电池当中,铅酸蓄电池具有价格低廉、供电可靠、电

15、压稳定等特点,在国内外得到了广泛应用。1.1.2 铅酸蓄电池的工作原理电池充电是通过逆向化学反应将能量存储至化学系统里实现的,由于使用的化学物质不同,电池有自己的特性,设计充电器时要仔细了解这些特性以防止过度充电而损坏电池。密封免维护蓄电池是一种将化学能和电能相互转化的装置,免维护蓄电池需要先用电源对其充电,将电能转化为化学能储存起来,蓄电池阳极的活性物质是二氧化铅,阴极的活性物质是铅,电解液是稀硫酸,其化反应式为放电反应式: （1）充电反应式: （2）即电池在充电时,正极板产生的氧气又复合为,重新回到系统中,实现电池内部氧的循环复合。而负极亦因生成、使极化电位降低,从而使负极不析氢,此时电池在充电的过程中负极生成了被再次还原成海绵状铅,这就是免维护电池特有的内部氧循环反应机理。理想情况下,在电池的充电过程中,电解液中的水几乎不损失,所以在电池的使用过程中可达到不需要加水的目的。1.1.3 传统的充电方式A.恒流充电在充电的过程中伴