常凱

摘要：鉛酸蓄電池的優(yōu)點(diǎn)有使用的范圍廣、價(jià)格便宜、技術(shù)比較成熟、性能較穩(wěn)定、安全性相對(duì)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(huì)縮短電池的壽命，鉛酸蓄電池的充電方式對(duì)其壽命的影響很大。為了達(dá)到提高工作效率，消除偏振同時(shí)還能夠縮短充電時(shí)間的目的，因此在分析鉛酸蓄電池充電特性的基礎(chǔ)上，采用了恒壓充電和恒流充電兩種相互結(jié)合的方法。

關(guān)鍵詞：鉛酸蓄電池

1.引 言

電池作為一類根據(jù)能量守恒定律用化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的元器件，在生活中應(yīng)用的非常的廣泛。鉛酸蓄電池在中國(guó)的發(fā)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(fā)展前景好，它被世界廣泛應(yīng)用，因此鉛酸蓄電池的生產(chǎn)和銷量很高，況且中國(guó)在世界排名上名列前茅。鉛酸蓄電池占據(jù)中國(guó)蓄電池市場(chǎng)的九成以上。鉛酸蓄電池是一種發(fā)展動(dòng)力系統(tǒng)電源。它擁有著價(jià)格比較便宜、電池原料容易選取、良好的可靠性和應(yīng)用的技術(shù)和范圍特別廣泛等的優(yōu)點(diǎn)因?yàn)殂U酸蓄電池容易維護(hù)、性能可靠、價(jià)格便宜、壽命相對(duì)于其他的電池來說比較長(zhǎng)，所以被廣泛應(yīng)用在機(jī)動(dòng)車輛或發(fā)電機(jī)組的啟動(dòng)電源。

對(duì)于鉛酸蓄電池來說一直有個(gè)最大的問題就是放電之后如何有效的充電。目前國(guó)內(nèi)的多數(shù)充電機(jī)會(huì)讓蓄電池提前損壞，主要因?yàn)閲?guó)內(nèi)對(duì)充電裝置的性能分析技術(shù)發(fā)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(chǎng)上大部分的電池充電器都是電壓波動(dòng)，基本采用交流供電電壓。鉛酸蓄電池充電時(shí)，應(yīng)使用直流恒流電源。采用恒流充電時(shí)，充電效率高，充電時(shí)間由單片機(jī)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(shí)電流會(huì)有一個(gè)最大值，這個(gè)最大值時(shí)的電壓值設(shè)為電路的最大電壓值，防止電池因?yàn)檫^度充電而損壞。

使用恒定電壓方式充電時(shí)，末尾階段電壓達(dá)到最大值后開始降低。充電的時(shí)候電壓增大導(dǎo)致電流也會(huì)增大，電池會(huì)上升到一定的溫度。而電壓下降時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致電池因?yàn)榘l(fā)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(shí)和負(fù)載并聯(lián)。負(fù)載的工作電源在一般的情況下是蓄電池，直流電源對(duì)電池充電的方式是涓流充電，負(fù)載電壓增大，電池在以下兩種情況會(huì)對(duì)負(fù)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(duì)負(fù)載停止供電。由于涓流充電方式的特點(diǎn)，所以該方式一般應(yīng)用在不允許負(fù)載斷電的場(chǎng)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(huì)比較大，當(dāng)充電電壓達(dá)到最大值，電池就會(huì)從恒壓充電方式轉(zhuǎn)換成為涓流充電方式。目前來說該充電模式是現(xiàn)在最好的一種充電方式，美中不足的是上述的電路過于復(fù)雜導(dǎo)致需要的成本很高。另外還需要設(shè)計(jì)一種隨時(shí)隨地檢測(cè)電壓的裝置。

3.設(shè)計(jì)方案

電源充電裝置有單片機(jī)、輔助電源、檢測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)電路、變換電路組成的。

單片機(jī)選用的是AT89C51單片機(jī)作為此結(jié)構(gòu)的核心，它在收到檢測(cè)電路的信號(hào)后控制著斬波器開關(guān)和IGBT調(diào)節(jié)整個(gè)電路的導(dǎo)通比，維持電路中的電流或者電壓穩(wěn)定。

3.1 ?充電控制電路

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

3.2 ?開關(guān)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(diào)制。使用微控制器的數(shù)字輸出來控制模擬電路的有效的方法是利用PWM技術(shù)來改變與其對(duì)應(yīng)的相關(guān)負(fù)載，然后調(diào)節(jié)晶體管的基極來改變晶體管的導(dǎo)通時(shí)間，這樣可以保持充電電源的電壓穩(wěn)定性。脈沖寬度調(diào)制是改變PWM的開關(guān)電源的占空比此時(shí)的輸出電壓不跟隨負(fù)載變化。

3.3 ?濾波電路

在設(shè)計(jì)該電路時(shí)，會(huì)產(chǎn)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(chǎn)生的干擾抑制在其他的傳輸通道里，從而達(dá)到最佳的效果。

3.4 ?輔助電路

輔助電路是由三端穩(wěn)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(yōu)點(diǎn)一是可靠性高，二是可以加強(qiáng)主電路中抗干擾的能力。同時(shí)還能夠作為一個(gè)固定的電源電壓為單片機(jī)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(jià)格比較低廉。內(nèi)部結(jié)構(gòu)選用的是控制器是HD44780，該控制器指令集的功能多，有著移動(dòng)字符和字符閃爍的功能。LM016L有14個(gè)引腳的LCD線。

4.軟件設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)鉛酸電池充電的程序需要滿足實(shí)現(xiàn)三段式充電和檢測(cè)進(jìn)行的什么階段兩種功能。

5.結(jié)束語

在這次的畢業(yè)論文中，通過尋找相關(guān)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(jié)合恒流充電。恒壓充電和涓流充電三種方式的優(yōu)點(diǎn)，用單片機(jī)AT89C51作為控制核心，選用了TL494脈沖寬度調(diào)制器作為開關(guān)電源的芯片，根據(jù)電路中的電流電壓檢測(cè)電路對(duì)鉛酸蓄電池進(jìn)行檢測(cè)，之后根據(jù)反饋的信號(hào)調(diào)節(jié)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(shí)現(xiàn)了對(duì)鉛酸蓄電池的最好的保護(hù)。

參考文獻(xiàn)

[1]Ali Al Zyoud ，Ahmad Harb. Cycle recovery charging （CRC） methods for single used lead-acid batteries[J]. Electrical Engineering，2017，99（3）.

[2]Bsb Power Company Ltd.; Patent Issued for Collecting Module， New Lead-Acid Battery， Charge and Discharge Control Device and Intelligent Battery （USPTO 9837838）[J]. Journal of Engineering，2017.

[3] 呂忠芮，張湧濤.基于模糊自適應(yīng)PID控制的鉛酸蓄電池智能充電系統(tǒng)的研究[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2017，30（12）：155-156.

[4] 呂忠芮. 鉛酸蓄電池充電器設(shè)計(jì)及充電控制方法研究[D].華北理工大學(xué)，2018.

[5] PAVLOVD. 鉛酸蓄電池科學(xué)與技術(shù) [M].1 版 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.