高春燕

辽宁锦州渤海大学工学院

基于单片机的快速充电器设计

高春燕

辽宁锦州渤海大学工学院

铅酸蓄电池的特点是容量大、工作温度的变化范围广以及相关制作材料充足，蓄电池中发展最成熟，技术最领先的要属铅酸蓄电池。随着铅酸蓄电池的广泛应用，现实中电池的充电方式没有得到很好的改善，所以导致了铅酸蓄电池的容量不断地降低，电池寿命也大大地缩短，废弃电池的电解液残留会给资源带来很大的浪费，给环境带来很大的污染，因此，实现蓄电池的充电方式的可靠、安全，这是目前亟需解决的难题。本文设计实现了快速充电器，论文中包括的设计有软件实现部分和硬件实现部分，硬件实现部分中有涉及到铅酸主充电开关的电源电路，软件部分设计了中断子程序。

充电器 铅酸蓄电池 单片机

1 铅酸蓄电池快速充电理论

铅酸蓄电池充电方法的原理可以分为传统充电法以及快速充电法，其中的传统充电法采用的是小电流慢充，而快速充电法指的是提高充电电压或者充电电流，并且延长蓄电池的使用寿命。然而，考虑到蓄电池的一些重要特点，比如离散性、多变量以及非线性等，充电系统并没有在很多的应用数学模型实现极大的推广。日常生活中我们通常所接触的是传统的充电法，从铅酸蓄电池的角度出发，传统的充电法无法满足高效率的充电，同时蓄电池的寿命无法得到延长。

2 铅酸蓄电池快速充电概述

现今关于铅酸蓄电池快速充电的相关研究取得了很大的发展与进步。20世纪60年代，来自美国科学家就蓄电池充电的整个过程进行了研究，分析了产生气现象的规律以及产生的原因，得出了充电电流曲线，该曲线产生的前提是吸气率是最低的。铅酸蓄电池充电特性曲线如图1所示。

图1 蓄电池充当电流接受曲线

从图1中能够知道，在整个电池充电时，当充电电流是小于蓄电池蓄就能够满足最大充电电流的曲线图，而且蓄电池的本身气泡是不可能出现的；当充电电流如果很大的时候，从充电接受曲线中能够得出多出的那部分是无法变为蓄电池的化学能，所以也不可以储存，而是该过程加速了蓄电池内部水电解，从而出现了析气现象。当充电进入开始阶段的时候充电电流比能够充电的电流小很多，因此充电的时间相应也会增加，当对蓄充电电流比能够充电的电流大很多时，造成蓄电池中的析气现象十分严重。

3 铅酸蓄电池快速充电器系统硬件设计

铅酸蓄电池快速充电器系统主要的对象是多种型号，多种容量的铅酸蓄电池，系统的组成部分主要包括了型号为PIC16F877A的单片机，以及其他的应用软件。铅酸蓄电池快速充电器的充电的实现方法选用的是间歇式的变电流正负脉冲，从而一方面防止了盐化，另一方面还能够减小极化，增高充电率，最终实现铅酸蓄电池寿命的增强。

3.1 系统结构

快速充电器的设计模块中主要包括的部分有硬件设计、软件设计以及电路的显示等，系统设计总体框图如图2所示。

图2 系统设计总体框架图

输入层：在开关电源中输入220V交流，该充电电源的主要功能是给蓄电池提供所需的电压以及电流。辅助电源的作用主要产生工作电压，在放大器以及模拟开关中都会用到辅助电源，电池的相关参数是通过键盘进行输入。

硬件设计层：在快速充电器的系统中有着重要的角色是硬件层，单片机的主要任务是控制充电中的整个过程，其中涉及到的有检测环境温度以及采样充电电流，软件设计层：软件设计层作为系统的核心部分，主要的作用是实现充电以及放电的软件设计。

显示部分：显示部分中显示的内容包括了蓄电池中荷电所处的状态，以及充电的电压和电流的值，这样能够让用户更加深入了解电池充电。

3.2 主充电开关电源电路的设计系统

半桥开关电源工作原理：交替导通VT1和VT2，变压器T一次侧产生了正负交变矩形脉冲电压，该电压的幅值是Vi/2。开关管的占空比发生变化的时候，意味着二次侧整流电压的均值也相应地发生了变化，输出电压Uo此时也会出现变化，KA7500B芯片特性如表1所示。

表1 KA7500B芯片特性

3.3 放电电路

放电电流的选择是和充电所处的阶段以及电池型号有直接的关系的。放电电流中需要遵循的要求，在放电电路中需要做的就是进行连续地放电，电流是0A到4A之间变化。所以从单片机中获得的放电信号再经过了数字模拟信号的相应转换以后，可以得到相应的直流信号，NE555芯片中会保存该直流信号。随着NE555-5脚中直流电压的输入值的不同，会导致从3脚输出的脉冲信号相应的占空比也会发生改变，而且成正比的关系，同时占空比将会从0%变化到100%。此外，3脚输出的脉冲信号通过模拟开关的控制之后，可以成功加载到TM30N50的栅极。放电控制电路如图3所示。

图3 放电控制电路

3.4 显示电路

LCD的显示电路中选择的釆用LCD1602，液晶模块中显示的2行，每行16个字符。由于功率损耗低、体积小，而且内容显示丰富，所以有着广泛的应用。液晶里面有存储器，主要是存储不同的点阵字符，字符与代码之间是一一地对应的关系。

4 充电系统的软件设计

本文设计的基于单片机的快速充电器主要是围绕着硬件以及软件两方面进行的，系统的稳定性以及可靠性是和软件的质量有着直接的影响关系，在整个系统的设计中，系统的软件设计占据着很重要的成分。本文釆用的编程语言是汇编语言以及C语言的相互结合。系统的设计中的设计选择的思路的是模块化。

4.1 中断子程序设计

当设计中断子程序的整个过程中，首先需要做的就是对铅酸蓄电池的充电状况同时检查是否是完好的，假如铅酸蓄电池的充电状况是充满的，这就充分表明了就铅酸蓄电池损坏了，并且铅酸蓄电池是不可以充电的，当选择的铅酸蓄电池没有根据具体的要求标准进行选择的话，就需要马上停止充电程序，并且会出现警报的提示；如果在整个充电的过程中有断电的现象产生。此时就要重新设置蓄电池的相关充电参数，其中的参数主要包括了充电之前的起始电压，另外在充电过程中相关的铅酸蓄电池参数采集中涉及的参数为充电电压以及温度等。温度的检查主要是检查温度是在系统的条件温度的范围以内，如果温度是在条件温度的范围以为的话，保护程序从而会启动，而与此同时充电的过程就暂停了就会马上停止，接着进行电压的检查以及电流的变化量，当电压超过了终止程序中的条件电压时，故障保护程序就会执行。

结语：电池充电器在日常生活中充当着很重要的角色。本文设计的铅酸蓄电池充电器所应用的技术是通过微电脑进行控制。本文具体介绍了充电器的硬件设计，以及软件设计，其中的硬件部分涉及到了电源电路、人机交互界面以及采样电路，而且详细介绍了单片机。编程语言采用的是汇编，运用面向对象的相关技术和原理。

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