基于單片機鉛酸電池的充電電源設計

常凱

摘要：鉛酸蓄電池的優點有使用的范圍廣、價格便宜、技術比較成熟、性能較穩定、安全性相對來說比較高。由于鉛酸蓄電池的自身性能原因，倘若不正確使用會縮短電池的壽命，鉛酸蓄電池的充電方式對其壽命的影響很大。為了達到提高工作效率，消除偏振同時還能夠縮短充電時間的目的，因此在分析鉛酸蓄電池充電特性的基礎上，采用了恒壓充電和恒流充電兩種相互結合的方法。

關鍵詞：鉛酸蓄電池

1.引 言

電池作為一類根據能量守恒定律用化學能轉換為電能的元器件，在生活中應用的非常的廣泛。鉛酸蓄電池在中國的發展歷史悠久，到目前為止有二百多年的歷史。鉛酸蓄電池在世界上發展前景好，它被世界廣泛應用，因此鉛酸蓄電池的生產和銷量很高，況且中國在世界排名上名列前茅。鉛酸蓄電池占據中國蓄電池市場的九成以上。鉛酸蓄電池是一種發展動力系統電源。它擁有著價格比較便宜、電池原料容易選取、良好的可靠性和應用的技術和范圍特別廣泛等的優點因為鉛酸蓄電池容易維護、性能可靠、價格便宜、壽命相對于其他的電池來說比較長，所以被廣泛應用在機動車輛或發電機組的啟動電源。

對于鉛酸蓄電池來說一直有個最大的問題就是放電之后如何有效的充電。目前國內的多數充電機會讓蓄電池提前損壞，主要因為國內對充電裝置的性能分析技術發展的不完善。

2.充電方法的選擇

2.1 ?恒流充電

到目前為止，市場上大部分的電池充電器都是電壓波動，基本采用交流供電電壓。鉛酸蓄電池充電時，應使用直流恒流電源。采用恒流充電時，充電效率高，充電時間由單片機控制。

2.2 ?恒壓充電

恒壓充電方式是指充電電源隨著電壓的變化而變化，初始階段電流比較大，到后面階段電流逐漸變小，充電時電流會有一個最大值，這個最大值時的電壓值設為電路的最大電壓值，防止電池因為過度充電而損壞。

使用恒定電壓方式充電時，末尾階段電壓達到最大值后開始降低。充電的時候電壓增大導致電流也會增大，電池會上升到一定的溫度。而電壓下降時可能會導致電池因為發熱失去控制損壞電池性能。所以，一般情況下不采用此種方法充電。

2.3 ?涓充方式

鉛酸蓄電池與充電電源相連的同時和負載并聯。負載的工作電源在一般的情況下是蓄電池，直流電源對電池充電的方式是涓流充電，負載電壓增大，電池在以下兩種情況會對負載停止放電，一是鉛酸蓄電池的兩端電壓高于直流電源的端電壓，二是直流電源直接對負載停止供電。由于涓流充電方式的特點，所以該方式一般應用在不允許負載斷電的場所例如緊急電源或備用電源。

2.4 ?分階段充電方式

鉛酸蓄電池在分階段充電的開始階段充電電流會比較大，當充電電壓達到最大值，電池就會從恒壓充電方式轉換成為涓流充電方式。目前來說該充電模式是現在最好的一種充電方式，美中不足的是上述的電路過于復雜導致需要的成本很高。另外還需要設計一種隨時隨地檢測電壓的裝置。

3.設計方案

電源充電裝置有單片機、輔助電源、檢測電路、驅動電路、變換電路組成的。

單片機選用的是AT89C51單片機作為此結構的核心，它在收到檢測電路的信號后控制著斬波器開關和IGBT調節整個電路的導通比，維持電路中的電流或者電壓穩定。

3.1 ?充電控制電路

電路主要包括振蕩電路、復位電路、控制芯片。振蕩電路是由電容和晶體振蕩器組成，復位電路包括發光二極管、電阻和電容，控制芯片是AT89C51。

3.2 ?開關電路

利用頻率高，效率高，功率密度高，可靠性高的脈沖寬度調制。使用微控制器的數字輸出來控制模擬電路的有效的方法是利用PWM技術來改變與其對應的相關負載，然后調節晶體管的基極來改變晶體管的導通時間，這樣可以保持充電電源的電壓穩定性。脈沖寬度調制是改變PWM的開關電源的占空比此時的輸出電壓不跟隨負載變化。

3.3 ?濾波電路

在設計該電路時，會產生一種電磁噪聲，電磁噪聲有差模干擾和共模干擾。消除這兩種干擾最好的方法是將濾波器產生的干擾抑制在其他的傳輸通道里，從而達到最佳的效果。

3.4 ?輔助電路

輔助電路是由三端穩壓集成電路、濾波元件、變壓器、整流元件組成。這種輔助電路有兩種優點一是可靠性高，二是可以加強主電路中抗干擾的能力。同時還能夠作為一個固定的電源電壓為單片機供電。

3.5 ?顯示電路

顯示電路選用的元器件是LM016L液晶顯示屏。LM016液晶顯示屏功能比較齊全價格比較低廉。內部結構選用的是控制器是HD44780，該控制器指令集的功能多，有著移動字符和字符閃爍的功能。LM016L有14個引腳的LCD線。

4.軟件設計

基于單片機鉛酸電池充電的程序需要滿足實現三段式充電和檢測進行的什么階段兩種功能。

5.結束語

在這次的畢業論文中，通過尋找相關的資料使我了解了鉛酸蓄電池的充電特性和各種充電方式分析，結合恒流充電。恒壓充電和涓流充電三種方式的優點，用單片機AT89C51作為控制核心，選用了TL494脈沖寬度調制器作為開關電源的芯片，根據電路中的電流電壓檢測電路對鉛酸蓄電池進行檢測，之后根據反饋的信號調節脈沖寬度，改變電流。使最后的充電方式分為快充、慢充和涓流充電三階段，實現了對鉛酸蓄電池的最好的保護。

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