基于单片机铅酸电池的充电电源设计

常凯

摘要：铅酸蓄电池的优点有使用的范围广、价格便宜、技术比较成熟、性能较稳定、安全性相对来说比较高。由于铅酸蓄电池的自身性能原因，倘若不正确使用会缩短电池的寿命，铅酸蓄电池的充电方式对其寿命的影响很大。为了达到提高工作效率，消除偏振同时还能够缩短充电时间的目的，因此在分析铅酸蓄电池充电特性的基础上，采用了恒压充电和恒流充电两种相互结合的方法。

关键词：铅酸蓄电池

1.引 言

电池作为一类根据能量守恒定律用化学能转换为电能的元器件，在生活中应用的非常的广泛。铅酸蓄电池在中国的发展历史悠久，到目前为止有二百多年的历史。铅酸蓄电池在世界上发展前景好，它被世界广泛应用，因此铅酸蓄电池的生产和销量很高，况且中国在世界排名上名列前茅。铅酸蓄电池占据中国蓄电池市场的九成以上。铅酸蓄电池是一种发展动力系统电源。它拥有着价格比较便宜、电池原料容易选取、良好的可靠性和应用的技术和范围特别广泛等的优点因为铅酸蓄电池容易维护、性能可靠、价格便宜、寿命相对于其他的电池来说比较长，所以被广泛应用在机动车辆或发电机组的启动电源。

对于铅酸蓄电池来说一直有个最大的问题就是放电之后如何有效的充电。目前国内的多数充电机会让蓄电池提前损坏，主要因为国内对充电装置的性能分析技术发展的不完善。

2.充电方法的选择

2.1  恒流充电

到目前为止，市场上大部分的电池充电器都是电压波动，基本采用交流供电电压。铅酸蓄电池充电时，应使用直流恒流电源。采用恒流充电时，充电效率高，充电时间由单片机控制。

2.2  恒压充电

恒压充电方式是指充电电源随着电压的变化而变化，初始阶段电流比较大，到后面阶段电流逐渐变小，充电时电流会有一个最大值，这个最大值时的电压值设为电路的最大电压值，防止电池因为过度充电而损坏。

使用恒定电压方式充电时，末尾阶段电压达到最大值后开始降低。充电的时候电压增大导致电流也会增大，电池会上升到一定的温度。而电压下降时可能会导致电池因为发热失去控制损坏电池性能。所以，一般情况下不采用此种方法充电。

2.3  涓充方式

铅酸蓄电池与充电电源相连的同时和负载并联。负载的工作电源在一般的情况下是蓄电池，直流电源对电池充电的方式是涓流充电，负载电压增大，电池在以下两种情况会对负载停止放电，一是铅酸蓄电池的两端电压高于直流电源的端电压，二是直流电源直接对负载停止供电。由于涓流充电方式的特点，所以该方式一般应用在不允许负载断电的场所例如紧急电源或备用电源。

2.4  分阶段充电方式

铅酸蓄电池在分阶段充电的开始阶段充电电流会比较大，当充电电压达到最大值，电池就会从恒压充电方式转换成为涓流充电方式。目前来说该充电模式是现在最好的一种充电方式，美中不足的是上述的电路过于复杂导致需要的成本很高。另外还需要设计一种随时随地检测电压的装置。

3.设计方案

电源充电装置有单片机、辅助电源、检测电路、驱动电路、变换电路组成的。

单片机选用的是AT89C51单片机作为此结构的核心，它在收到检测电路的信号后控制着斩波器开关和IGBT调节整个电路的导通比，维持电路中的电流或者电压稳定。

3.1  充电控制电路

电路主要包括振荡电路、复位电路、控制芯片。振荡电路是由电容和晶体振荡器组成，复位电路包括发光二极管、电阻和电容，控制芯片是AT89C51。

3.2  开关电路

利用频率高，效率高，功率密度高，可靠性高的脉冲宽度调制。使用微控制器的数字输出来控制模拟电路的有效的方法是利用PWM技术来改变与其对应的相关负载，然后调节晶体管的基极来改变晶体管的导通时间，这样可以保持充电电源的电压稳定性。脉冲宽度调制是改变PWM的开关电源的占空比此时的输出电压不跟随负载变化。

3.3  滤波电路

在设计该电路时，会产生一种电磁噪声，电磁噪声有差模干扰和共模干扰。消除这两种干扰最好的方法是将滤波器产生的干扰抑制在其他的传输通道里，从而达到最佳的效果。

3.4  辅助电路

辅助电路是由三端稳压集成电路、滤波元件、变压器、整流元件组成。这种辅助电路有两种优点一是可靠性高，二是可以加强主电路中抗干扰的能力。同时还能够作为一个固定的电源电压为单片机供电。

3.5  顯示电路

显示电路选用的元器件是LM016L液晶显示屏。LM016液晶显示屏功能比较齐全价格比较低廉。内部结构选用的是控制器是HD44780，该控制器指令集的功能多，有着移动字符和字符闪烁的功能。LM016L有14个引脚的LCD线。

4.软件设计

基于单片机铅酸电池充电的程序需要满足实现三段式充电和检测进行的什么阶段两种功能。

5.结束语

在这次的毕业论文中，通过寻找相关的资料使我了解了铅酸蓄电池的充电特性和各种充电方式分析，结合恒流充电。恒压充电和涓流充电三种方式的优点，用单片机AT89C51作为控制核心，选用了TL494脉冲宽度调制器作为开关电源的芯片，根据电路中的电流电压检测电路对铅酸蓄电池进行检测，之后根据反馈的信号调节脉冲宽度，改变电流。使最后的充电方式分为快充、慢充和涓流充电三阶段，实现了对铅酸蓄电池的最好的保护。

参考文献

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