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1、摘要本文主要介绍了一种铅酸蓄电池智能充电系统的设计过程,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。在本充电系统的设计过程当中,采用了高频开关电源,主回路由三相整流电路、改进型全桥移相控制的零电压PWM变换电路和能量回馈电路组成,控制回路由SOC196KB单片机最小系统、模拟量检测电路、键盘和显示电路、执行
2、电路组成。功率开关管选用IGBT,驱动芯片选用EXB841,移相控制芯片选用UC3879。通过采集蓄电池的端电压、充电电流等参数,送入80C196KB单片机进行分析和处理,得到相应的控制信号,控制主回路IGBT的通断,从而实现蓄电池的智能充电。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,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 电机车;铅酸蓄电池;智能充电 ;80C196KB单片机AbstractThis pape
3、r mainly introduces a kind of lead-acid batteries intelligent charging system design process, including the battery charging method of research and charging system design. In the battery principle and charging methods on the basis of study, the paper proposes the constant pressure and pulse current
4、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 timely adopted remove battery polarization measures. Theoretical an
5、d experimental data shows that this model can greatly shorten charging charging time and improve charging efficiency. In this charging system design process, adopts the high frequency switching power supply, the main circuit by three-phase rectifier circuit, improved the whole bridge phase shifting
6、control ZVS PWM transform circuit and energy feedback circuit, control circuit 80C196KB composed by single chip minimize system, analogue detection circuit, keyboard and display circuit, executive circuit composed. The power switch tube choose IGBT, drive chip choose EXB841, phase shifting control c
7、hip choose UC3879. By collecting and analyzing the battery voltage, charging current parameters such as 80C196KB microcontroller, to analyze and processing, obtained the corresponding control signal, the control of main loop IGBT hige, thus realize battery intelligent charging. Experimental results
8、show that the 80C196KB single-chip microcomputer control based on the intelligent charging 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 chargin
9、g request, has a good application prospect for improving battery performance and reliability provides a new and effective way. Keywords electric locomotive, Lead-acid batteries, Intelligent charging, 80C196KB single chip.connected microcontroller 1绪论 1.1课题背景目前,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
10、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。一方面,传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
11、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31。目前,我国工农业运输设备对蓄电池用量极大,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。1.2研究现状1.2.,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
12、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时变性和抗干扰等常规控制方法所难以解决的问题。1.2.2充电电源的发展状况目前,常用的充电电源主要有以下三种:相控电源
13、、线性电源、开关电源。相控电源是比较传统的电源,它是将市电直接经过整流滤波后输出直流,再通过改变晶闸管的导通相位角,来控制整流器的输出电压。相控电源所用的变压器是工频电源变压器,它的体积比较庞大,由此造成相控电源本身的体积庞大、效率低下,并且该类电源动态响应差、可靠性能低。目前相控电源己经有逐步被淘汰的趋势。线性电源是另一种常见的电源,它是通过串联调整管可以进行连续控制的线性稳压电源。线性电源的功率调整管总是工作在放大区,流过的电流是连续的。由于调整管上损耗功率比较大,所以需要采用大功率调整管并且需要装配体积很大的散热器。表1一1是对开关电源与线性电源作了一定的比较。通过比较可以看出开关电源远
14、远优子线性电源。开关电源的功率调整管工作在开关状态,功率损耗小、效率高,由于开关电源工作频率高,使得变压器的体积大大减小,它的滤波电感、电容数值较小,使其性能优子线性电源。高频开关电源因其高效率、小型化等特点,近年来得到国内外的广泛研究与关注,特别在通信、电力等领域中,已经得到了普遍的研究与使用。表1。1开关电源与线性电源的参数比较 项目 线性电源 开关电源 功率转换频率 20%.40% 65%,90%发热(损耗) 大 小体积 大 小质量 重 轻电网电压、频率变化适应性 弱 强输出电压保持时间 短(5ms) 长(20ms)电路 简单 复杂射频干扰和电磁干扰 小 大电压调整率 0.02-0.05% 0.05-0.1%负载调整率 0.02-0.01% 0.1-1%输出电压范围 士10% 士50% 开关电源被誉为高效节能电源,它代表着稳压电源的发展方向,现己成为稳压电源的主流产品。近20多年来,开关电源沿着下述两个方向不断发展。第一个发展方向是对开关电源的核心单元-控制电路实现集成化。 19