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铅酸蓄电池充电器铅酸蓄电池充电器的设计与实现

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来源: 作者: 2019-05-17 13:33:58

1 : 铅酸蓄电池充电器的设计与实现

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铅酸蓄电池的制造本钱低、容量大、价格低廉,使用10分广泛。(www.loach.net.cn]由于其固有的特性,若使用不当,寿命将大大缩短。影响铅酸蓄电池寿命的因素很多,采取正确的充电方式,能有效延长蓄电池的使用寿命。因此,设计1种全新的智能型铅酸蓄电池充电器是10分必要的。 1常规充电方式

铅酸蓄电池的常规充电方式有两种:浮充(又称恒压充电)和循环充电。

浮充时要严格掌握充电电压,如额定电压为12V的蓄电池,其充电电压应在13.5~13.8V之间。浮充电压太低,蓄电池会充不满,太高则会造成过量充电。电压的调定,应以早期充电电流不超过0.3C(C为蓄电池的额定容量)为原则。

循环充电,其早期充电电流也不宜超过0.3C,充电的安培小时数要略大于放电安培小时数。也可先以0.1C的充电速率恒流充电数小时,当充电安培小时数到达放电安培小时数的90%时,再改用浮充电压充电,直至充满。

以上为目前经常使用的铅酸蓄电池充电方式,但这两种方式存在着1些不足的地方。在充电进程中,电池电压逐步增高,充电电流逐步下降。由于恒压充电不管电池电压的实际状态,充电电压总是恒定的,充电电流刚开始比较大,然后按指数规律降落;采取快速充电可能使蓄电池过量充电,易致使电池破坏。对循环充电而言,采取较小电流充电,充电效果较好。但对大容量的蓄电池,充电时间就会拖得很长,时效低,造成诸多不便。

2智能型充电器的充电进程分析

通过对上述两种充电方式的分析比较,综合其优点设计出具有快充和慢充的智能型铅酸蓄电池充电器。该充电器采取单片机控制,充电进程分为快充、慢充及涓流充3个阶段,充电效果更佳。图1所示为该充电器的充电电流、电压曲线。

从图1可以看出:在快充阶段(0~t1),充电器以恒定电流1C对蓄电池充电,由单片机控制快充时间,避免过量充电;在慢充阶段(t1~t2),单片机输出PWM控制信号,控制斩波开关通断,以恒定电压对蓄电池进行充电,此时充电电流按指数规律降落,当电池电压上升到规定值时,结束慢充,进入涓流充阶段;在涓流充阶段(t2~t3),单片机输出的PWM控制信号,使充电器以约0.09C的充电电流对蓄电池充电,在这类状态下,可长时间对蓄电池充电,从而能最大限度地延长蓄电池寿命。

3智能型充电器的工作原理

根据上述分析而设计的智能型铅酸蓄电池充电器,主要由开关稳压电源、斩波开关、控制器和辅助电源等4个部份组成,并具有过流保护、过压保护和超温保护功能。图2为充电器原理框图,图3为充电器电路原理图。

3.1开关稳压电源

铅酸蓄电池充电器 铅酸蓄电池充电器的设计与实现

图3所示电路中,开关稳压电源采取半桥式PWM变换电路。(www.loach.net.cn]其工作原理是:由IC1(TL494)开关电源集成控制器的8脚和11脚输出反相的PWM信号,经3极管Q3、Q4互补放大,通过驱动变压器T2,为3极管Q1和Q2基极提供驱动信号。使Q1和Q2交替通断,高频变压器T1的低级绕组N1就会产生约320V峰峰值方波,在T1的次级绕组N2、N3中就有感应电压产生,这个电压经D9(MUR1620)整流,C22滤波后,变成直流电压,通过斩波开关对蓄电池充电。T1次级绕组N4、N5为辅助绕组,其感应电压经D10、D11整流,C21滤波后,接至IC1的12脚,作为其工作电压。

图3中,电阻R28串接在T1次级绕组N2和N3的中间抽头与输出地之间,作用是监控快充充电电流和过流保护。恒流控制进程为:当充电电流超过恒定值1C时,R28上的压降增大,该压降经并联电阻R24、R25反馈到IC1的15脚(内部电流误差放大器反相输入端),使其电位变负,低于IC1的16脚(内部电流误差放大器同相输入端),则内部电流误差放大器输出电压升高,使IC1的8脚和11脚输出的PWM信号的脉冲变窄,从而缩短Q1和Q2的导通时间,使输出电压降落,保持充电电流恒定;随着充电时间的延长,电池电压逐步升高,充电电流按指数规律降落,IC1的15脚电位按指数规律上升,则IC1的8脚和11脚输出的PWM信号脉冲变宽,从而延长Q1和Q2的导通时间,使输出电压升高,充电电流保持恒定。在慢充阶段,通过电阻R15、R16、R17、R18、C16、C17组成电压取样电路和IC1内部电压误差放大器,使输出电压恒定。其恒压控制进程为:取样电压输入到IC1的1脚(内部电压误差放大器同相输入端),与IC1的2脚(内部电压误差放大器反相输入端)的基准电压比较,其误差信号放大后,经内部电路处理,使IC1的8脚和11脚输出的PWM信号的脉宽改变,从而使Q1、Q2的导通时间改变,保持输出电压恒定。

图3中交换220V进线端,电容C1、C2、C3、C4和电感LF组成1个LC滤波器,用于差模——共模方式的RFI(无线频率干扰)的抑制,避免电源产生的噪声泄漏到电网,造成电网污染。

3.2斩波开关

斩波开关电路由3极管Q5、Q6、Q7和电阻R29、R30、R31、R32等组成。工作进程为:IC3(PIC16C54)的6脚输出的PWM控制信号经电阻R32接至Q7的基极,控制Q7通断,从而使Q5和Q6亦导通或截止,充电电流流过Q6对蓄电池(BAT)充电。改变PWM控制信号的脉宽,使得充电电压可调。

3.3控制器

如图3所示,控制器是由IC2(LM358)和IC3(PIC16C54)和电阻电容等组成。其中IC3采取Microchip公司生产的PIC16C54单片机。它是18引脚封装的8位单片机,有12条I/O(输入/输出)线,每条I/O线吸收电流为25mA,驱动电流为20mA,内部EPROM为512×12,RAM为25×8,有可编程代码保护。

控制进程为:快充阶段,IC3的6脚输出高电平,经电阻R32接至Q7的基极,使斩波开关导通,通过电流监控电路,以恒定电流对蓄电池充电。到达快充时间时,IC3的6脚输出低电平,关断斩波开关,停止充电,快充阶段结束。慢充阶段,IC3的6脚输出PWM控制信号,使斩波开关以固定的占空比导通,充电器以恒定电压对蓄电池充电,此时充电电流随着蓄电池电压的上升,按指数规律降落。当蓄电池电压上升到规定值时,由电阻R33、R34、

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R35对蓄电池电压取样后,送至比较器IC2的3脚(同相输入端),与2脚(反相输入端)的基准电压比较,则1脚输出高电平,IC3的17脚输入高电平,经软件滤波和延时,判断检测无误后,结束慢充。(www.loach.net.cn]涓流充阶段,IC3的6脚输出PWM控制信号,使斩波开关以较小的占空比导通,将充电电流保持在0.09C左右,对蓄电池充电。网聚知识提示您本文地址:

超温保护是通过附加在蓄电池上的正温度特性热敏电阻RT2、R36、R37实现的。当电池温度升高时,热敏电阻RT2的阻值增大,则IC2的5脚(同相输入端)电位上升;若电池温度升高到规定值时,5脚电位高于6脚(反相输入端)电位,则7脚输出高电平,IC3的18脚输入高电平,则IC3的6脚输出PWM信号,使充电器以浮充电压对蓄电池充电,有效地保护了蓄电池。

本充电器用发光2极管表示充电状态。即快充和慢充阶段,绿色发光2极管G点亮;涓流充阶段,黄色发光2极管Y点亮。图4所示为程序流程。

3.4辅助电源

辅助电源由工频变压器T3、整流元件B2、滤波元件C27、C28和3端稳压集成电路IC4(7805)组成,为单片机提供(+5V)电源电压。采取这类为单片机单独供电方式,可以增强抗干扰能力,提高可靠性。同时为单片机提供50Hz计时脉冲信号。

4综合实验

图2所示电路可给12V/4Ah的铅酸蓄电池充电,最大充电电流限制为4A,最大输出电压为18V。充电开始时,充电器以4A电流对蓄电池快速充电约25分钟;然后以14.7V的恒定电压对蓄电池进行慢充,直至蓄电池电压上升到12.8V,结束慢充;最后充电器以14.1V电压对蓄电池涓流充电。温度保护点为45C°;当蓄电池温度升高到45C°时,单片机控制充电电压降落到14.1V,随着温度的回落,充电电压恢复到保护前的状态继续充电。该充电器对上述蓄电池充电比普通充电器缩短了约2/5的时间。

铅酸蓄电池的型号不同,充电要求不完全相同,在设定快充时间和最大充电电流等参数时,要经过反复实验,才能到达最好充电效果,使电池寿命得到延长。本充电器经过量种综合实验,充电效果良好,适用于对多种蓄电池充电。

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2 : 1种铅酸蓄电池充电器的设计与制作

随着各种电动汽车的发展,动力电池充电器的需求将愈来愈多。[www.loach.net.cn)充电器质量的优劣关系到电池性能的发挥及寿命、充电器本身的智能化关系到用户的使用方便及电力系统电力计费等管理问题。不同电池,特点不同,充电策略也不相同。如将1种电池的冲电器做好了,就容易将技术向其他电池类型拓展。本选题具有实用性,对电赛方向人材培养也有针对性。

主要功能指标:

输入电压单相50HZ ±10%,电压有效值波动范围220V ±20%,即有效值为176V⑵64V;

输出直流额定电压50V;

输入端加功率因数校订,功率因数90 %;

充电早期效力大于80%;

输入电流失真度小于4%;

充电进程分为激,快充和浮充;

具有温度检测功能,可根据电池和环境温度改变充电策略;

具有友好的人机界面,可对充电策略进行调剂;

散热方式:风冷。

主电路的整体框图:

EMI滤波电路:

C1和L1组成第1级EMI滤波

C2、C3、C4与L2组成第2级滤波。

L1,L2为共模电感

整流及功率因数校订电路:

整流桥:

流经2级管电流ID=3.55A

2极管反向电压V=373V

斟酌实际工作情况故选BR601(35A/1000V);

功率因数校订:

方案:BOOST型拓扑结构具有输出电阻低,硬件电路及控制简单,技术成熟,故选用BOOST结构;

芯片选择:TI公司的UCC28019可控制功率输出为100W⑵KW,功率因数可提高到0.95,符合设计要求,故此次设计选用该款芯片;

电路图

DC-DC主拓扑结构:

方案选择:

在开关管承受峰值电流和电压的情况下,全桥输出功率为半桥的两倍,并切在功率大于500W时,全桥相对半桥更适合,故本次设计采取全桥拓扑。

功率开关管选择:

经过整流滤波后电压最大值为373V,最大低级电流为3.5A 斟酌实际工作情况选择FQA24N50

(24A/500V/0.2Ω)

输出整流2极管:

整流2极管要承受的最大反相电压为100V,电流为10A,斟酌实际工作情况,我们选用MUR3060(600V/30A)

全桥电路图:

整流滤波输出电路:

驱动电路:

PWM信号通过光耦隔离,经过反相器进入半桥驱动芯片IR2110 ,如图所示的Q1、Q2半桥驱动电路,Q3、Q4驱动电路与此电路相同。

辅助电源供电:

本设计系统供电采取另制辅助电源,系统框图以下:

本供电系统可提供稳定的12V,5V,⑴2V电压,且效力较高。

智能控制电路设计:

电源PWM控制部份

本设计采取的电源核心控制部份的芯片为美国通用公司芯片SG3525.控制电路如图:

采样电路

热保护电路

本设计系统可以检测电池温度,充电器温度,当电池过温时会关闭PWM的输出波形,使电路停止工作,同时单片机会报警提示,当充电器过温时,风冷系统会开启,如果温度继续升高,则充电器会停止工作。

过流,短路保护电路

当电流过大,超过12A,电路会限流报警提示,在充电器启动之前会进行短路检测,当电阻小于0.5Ω时认为电路故障,并报警提示。

系统软件结构

4阶段充电控制策略:

4阶段充电策略解析:

激活充电:充电器开始工作后单片机收集收集蓄电池端电压检测,若电压太低说明曾过度放电,为避免充电电流过大,实行小电流激活。

恒流充电:恒流充电为10A.

恒压充电:恒压充电电压为59V.

涓流浮充:当充电电流降落到恒流下的0.1倍式,即1A时,采取涓流浮充。

4阶段充电策略保证充电早期能激活修复蓄电池,使蓄电池更经久耐用,末期不过充,又能到达充满的目的。

电源系统抗干扰

硬件抗干扰技术

电源EMC设计:整流2极管采取肖特基2级管做整流管,开关管回路加RCD网络,输入端加EMI滤波电路,优化变压器设计。网聚知识提示您本文地址:

优化PCB板布局和走线。

软件抗干扰技术

采取程序模块间远程拦截技术。

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3 : 新买的铅酸蓄电池怎样充电?

新买的铅酸蓄电池怎样充电?

新买的铅酸蓄电池怎样充电?的参考答案1.擦净,电池外充及电极柱头,拧开加液孔盖,打开通气孔.2.将比重1.28的电解液徐徐加人电池中,液面高度应保持高出极板10⑴5毫米为准.3.注人电解液后的铅酸蓄电池,辞放6小时,让电解液渗透极板.4.充电分两个阶段进行:1阶段.充电电流为容I的718%,充电到铅酸蓄电池电压升至2.4伏为止,开始产生气泡时间为26⑶0小时.2阶段,充电电流为,阶段的1半,充电时间为22130小时,充电结束后发现单极铅酸蓄电池电压为2.512.75伏,充电213小时内电量沸腾,电压与电解液比重保持不变.

5.充电后要进行2⑶次充放电处理.放电时申联电阻器,放电电池按电容盆的10%,当放电电压降至1.7伏时,再按上述充电法充电.如此反复,使其容到达80%以上. 6.充电终了,调剂各单格电解液的比重使之相等,如液面下降,补充电解液至规定高度.在充电中,若沮度超过45℃应下降充电电流,温度继续升高超过55℃时暂停充电.待沮度降落到3590以下再进行充电.

4 : 铅酸蓄电池充电器参数解读 铅酸蓄电池充电器认识误区

铅酸蓄电池充电器参数解读 铅酸蓄电池充电器认识误区

电动车铅酸蓄电池组充电时,有几个关键参数:最高充电电压、浮充电压、浮充转换电流、最大充电电流。它们应当是多少?如何制定?其中最主要的是最高充电电压,多少为好?与析气量、充入电容量和环境温度又是甚么关系?对此众说不1,各电池生产厂家的要求也不1样。最高充电电压值相对误差范围是多少?我们不能脱离实际的工作对象,盲目制定出超凡规的精度要求。我们接到某电动车售后服务部通知:充电器比规定电压高0.1V,电池因此热失控而充胀了;也接到通知说:电压比规定定低0.1V,电池欠充,提早报废。1个千分之几的误差造成如此严重后果,真是失之毫厘,谬之千里以外,铅酸蓄电池果真有这么神秘吗?为了解开困扰电动车充电中的这个谜团,做以下实验。

(www.loach.net.cn”用1个水槽盛满水,电池放在水中,在电池上方有1个搜集气体用的倒扣的漏斗,漏斗顶端装有可以计量气体容量的注射针筒。充电用可调稳压电源,用两只4位半数字万用表丈量充电电流和充电电压。

实验时间是在冬季,水温5℃。实验条件是统1用2A电流充电,最充电电压分别用43V、44V、45V轮循环顺次进行,浮充转换电流1律400mA,记录下每次的充电时间,包括充电末期随时间电流降落各点数据、开始析气电压,按时间记录析气量。电池充完后,用万分之几精度的电量台记录放电容量。充入电量是在计算纸上读出时间电流曲线与坐标之间的面积(电容量就是充电电流对时间的定积分)。

备注:该电池组30℃时,放电容量为10Ah。

得到实验数据后,最感到惊异的是:充入电量的多少几近与充电电压无关。很多人认为充电电压低电池会充不满,电池会提早盐化报废,特别是在冬季气温较低的时候。而这次实验正好是在冬季,水温只有5℃,实验的中心电压值是44V,上下偏差1V,相对误差是2.3%。在用43V和45V充电的情况下,充入电量和放出电量相差无几,与大家公认的看法大相径庭,实验是用的同1组电池,一样的充、放电条件,轮番做一样的测试,实验数据重复一样的规律,可排除偶然因素干扰,实验数据是准确可信的。从电池充电原理上看,只要充电源电压高于电池端电压,都会给电池充电,1直到电池中的活性物资转换完成。充电最高电压,也就是充电电源开始由恒流区转变到恒压区,这类转变是由电池本身充入电量多少、活性物资反应了多少决定的,充电电压的高低,仅是能进行电化学反应的条件,只要高于电池开路电压就会给电池充电,多少物资能参与反应由电池本身决定。从这个思路理解,就不难得出,充电电压高低对电池容量没有多大影响。

电池在42.5V~43.5V时开始析气,而析气的速度与充电电压有关。到充电结束时,总析气量与充电最高电压有关,43V与45V总析气量相差10位(注:以单格允许极限失水10克,18格相当240公升气体,该电池45V时失水其实不大)。 在充电末期电流降落区时,只要下降电压到42.5V时,析气立即停止,这时候充电电流稍小1点,还会依着原来的规律降落。

这里对浮充电压、浮充电流讨论1下。对长时间处于浮充状态下的铅酸电池组,如后备电源上用的等,对浮充电压要求是严格的。据国处文献,浮充电压有-0.2%温度系数,浮充电压偏差太大会造成电池盐化。而电动车用的电池属循环使用,不是处于这类状态,不应当用套用浮充状态使用的条件,充电器设定浮充的目的仅是免于充电末期大量析气失水,只要把电压降到析气点电压以下,但也不能低于电池端电压而停止向电池充电。前面说过,在浮充电压下,充电电流的走势基本还是依着原曲线降落,1般还补足5%的容量。所以浮充电压应在的范围是低于析气电压(42.5V),高于电池充足电以后的开路端电压(约40V)。

浮充转换电流,只不过是选择在充电末期电池活性物资反应接近尾声,充电电流自动降落到某1点时,切换浮充电压的记号,很多人以为浮充电流高了电池会充不满是概念不清,充电电压只要高于电池端电压,都会对电池充电,只不过有用户看到唆使灯红转绿后提早去用电池,这类情况是不多的,1般都是夜间充电,到凌晨绿灯已亮了多时。有的厂家使用说明书上提示用户,在转绿灯后继续充电2小时,是很好很正确的。所以没有必要刻意去寻求浮充转换点的高低,1般新电池末期电流约为50mA,失水以后,酸比增高,那时可达500 mA以上。从析气速率与电压的关系上来看(上图),早点脱离析气区为好,1方面,1方面可以减少析气量,另外一方面,电池用了1段时间,末期电流增高,但还能低于我们设定的转换点电流,否则电池1直在最高电压充电下,大量失水,引发热控,充胀充坏电池。有人固执地强调,浮充转换点高电池会欠充,前面已讨论过,切换到浮充电压后,不是停止充电了,还会继续对电池充电的,转换电流适当高1点有益于避免过分失水和热失控。

至于充电电流的大小设定,先看1下电池制造厂家对10Ah(12Ah)吸附式小型密封电池对充电时的技术要求,通常规定充电速率不要大于0.3C,相当于4A电流,而充电器充电电流在2A左右,阔别极限充电电流。充电电流在1定范围内大1点、小1点,充电时间长1点、短1点,没有很高的要求,有10%的误差就好了,充电器中的电流取样电阻精度是5%,电流的精度不会高于此。

总而言之,不管哪家生产的铅酸阀控吸附式小密封电池,其基本结构是完全1样的,仅极板、框架、渗透的微量元素、浆料配方、硫酸浓度等有此微小差异,而在电化学方面都是1样的,也就是说它们单体的端电压、充电电压、充放电电流密度(动力型)、开始析气电压点等,不会有显著的差异。1个依照前面所讨论的充电器,可适应所有品牌的电池,不存在匹配问题。

结论:

1、最高充电电压与充入电量关系不大。

2、浮充电压与充入电量没关系,只要高于电池最大开路端电压,低于开始析气点电压就好了。

3、浮充转换电流,仅是切换最高充电电压到浮充电压的设定点,不宜太小或过大,与充电量也没关系。

4、充电电流只要不超过0.3C(对10Ah相应为4A)都是允许的,没必要要严格要求。

所以,对36V阀控式吸附式小密封电池组充电参数推荐以下:

最高电压:43.5V~44.8V

浮充转换电流:300mA~500Ma

浮充电压:41V~42V

充电电流:2A±20%

以上是对电动车铅酸蓄电池充电中1些认识误区进行的实验和分析,通过以上的实验和分析能使广大消费者知道铅酸蓄电池充电中应注意的1些问题,以更好地正确使用充电器。

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