智能充电器设计说明

智能充电器设计

目录

第一章绪论 (1)

1.1引言 (1)

1.2蓄电池充电理论 (1)

1.3蓄电池种类 (4)

1.4设计要求 (5)

第二章系统设计思路分析 (7)

2.1智能化的实现 (7)

2.2充电方式分析 (8)

2.3芯片选用及介绍 (10)

第三章系统硬件设计 (14)

3.1主要器件 (14)

3.2原理图及说明 (17)

第四章系统软件设计 (19)

4.1程序流程图 (19)

4.2程序设计及说明 (20)

结论与体会 (24)

主要参考材料： (26)

附录1：系统原理图 (27)

第一章绪论

1.1 引言

中国是全球蓄电池的产销大国，蓄电池已有200多年的历史，是一种应用广泛的动力电源。具有原材料易得、价格低廉、可靠性好等优点，目前约有95%的市场占有率。蓄电池作为稳定电源和主要的直流电源，需求广泛，用量巨大，与我们的社会生活息息相关。

由于蓄电池维护简单、价格低廉、供电可靠、使用寿命长，广泛作为汽车、飞机、轮船等机动车辆或发电机组的启动电源。随着经济的发展，大容量蓄电池的应用迅速增加，人们希望能快捷、安全的对蓄电池进行充电。因此，为了适应市场需求，我们需要设计一种对于蓄电池的只能充电器。

首先，目前市面上的充电器有许多的不足和缺陷，由于充电器多采用大电流的快速充电法，在电池充满后如果不及时停止会使电池发烫，过度的充电会严重损害电池的寿命。而且，流行的铅酸密封蓄电池充电器大多采用三段式充电方法，充电时间长，效率低，对电池保护差，容易发生过充电或者充电不足的现象。过充电，可使蓄电池发热，电解液失水；充电不足，可使蓄电池内化学反应不充分，并且长期充电不足会导致容量下降。以上两种情况都会降低蓄电池的使用寿命。由此可见，充电气性能的好坏都会直接影响到蓄电池的使用效果和使用寿命。

1.2 蓄电池充电理论

上世纪60年代中期，美国科学家马斯开口对蓄电池的充电过程做了大量的试验研究，并提出了以最低出气率为前提的蓄电池可接受充电曲线，如图所示。

实验表明，如果充电电流按这条曲线变化，就可以大大缩短充电时间，并且对电池的容量和寿命也没有影响。原则上把这条曲线成为最佳充电曲线，如图1.1所示，从而奠定了智能充电方法的研究方向。

图1.1 最佳充电曲线

由图1.1可以看出：初始充电电流很大，但衰减很快。主要原因是充电过程中产生了极化现象，在密封式蓄电池充电过程中，内部产生氧气和氢气，当氧气不能被及时吸收时，便堆积在正极板（正极板产生氧气），是电池内部压力增大，电池温度上升，同时缩小了正极板的面积，表现为内阻上升，出现了所谓的极化现象。

蓄电池是可逆的，其放电及充电的化学反应式如下

Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O

很显然，充电过程和放电过程互为逆反应。可逆过程就是热力学的平衡过程，

为保障电池能够始终维持在平衡状态之下充电，必须尽量使通过电池的电流小一些。理想条件是外加电压等于电池本身的电动势。但是实践表明，蓄电池充电时，外加电压必须增大到一定数值才行，这个数值又因为电极材料、溶液浓度等各种因素的差别而在不同程度上超过了蓄电池的平衡电动势值。在化学反应中，这种电动势超过热力学平衡值的现象就是极化现象。

一般来说，产生极化现象有3个方面的原因。

1）欧姆极化：充电过程中，正负离子向两极迁移，在离子迁移过程中不可避免的受到一定的阻力，成为欧姆内阻。为了克服这个内阻，外加电压必须额外施加一定的电压，以克服阻力推动离子迁移。该电压以热的方式转化给环境，出现所谓的欧姆极化。随着充电电流急剧加大，欧姆极化将造成蓄电池在充电过程中的高温。

2）浓度极化：电流流过蓄电池时为维持正常的反应，最亮想的情况是电极表面反应物及时得到补充，生成物能及时离去。实际上，生成物和反应物的扩散速度远远比不上化学反应速度，从而造成极板附近电解质溶液浓度发生变化。也就是说，从电极表面到中部溶液电解液浓度分布不均匀，这种现象称为浓度极化。

3）电化学极化：这种极化是由于电极上进行的电化学反应的速度，落后于电极上电子运动的速度造成的。例如：电池的负极放电前，电极表面带有负电荷，其附近溶液带有正电荷，两者处于平衡状态。放电时，立即有电子释放给外电路。电极表面负电荷减少，而金属溶解的氧化反应进行缓慢Me-eMe+，不能及时补充电极表面电子的减少，电极表面带电状态发生变化。这种表面负电荷减少的状态促进金属中电子离开电极，金属表面M+转入溶液，加速Me-eMe+反应进行。总有一个时刻，达到新的动态平衡。但与放电前相比，电极表面所带负电荷数目

减少了，于此对应的电极电势变正。也就是电化学极化电压变高，从而严重阻碍了正常的充电电流。同理，电池正极放电时，电极表面所带正电荷数目减少，电极电势变负。

这3种极化现象都是随着充电电流的增大而严重。

1.3 蓄电池种类

目前常用的四种化学电池是铅酸电池(PbSO4)、锂离子电池(Li+)、镍铬电池(NiCd)和镍氢电池(NiMH)。由于环保问题和对电池的要求越来越高等综合因素,推动了新电池技术的发展。

镍铬电池的容量比镍氢电池或锂离子电池低,具有低阻抗特性,对于需要短时间大电流的应用场合很具吸引力。但镍铬电池如果未经充分放电又进行充电,或者长时间处于小电流放电状态,就会产生枝状晶体,引起“记忆效应”,从而导致电池内阻变大,容量变小,缩短了电池寿命。如果在充电前进行完全放电,使每节电池的电压降到1·0V左右,就能消除引起“记忆效应”的枝状晶体,恢复电池的性能。镍氢电池具有较高的容量,但其自放电率也较高,约为镍铬电池的二倍。在初始阶段其放电率尤高(每天放掉1%)。所以镍氢电池不宜用于需要长时间保持电池容量的场合就充电方式而言,两种电池非常相似,都是以恒流的方式进行充电,可采用快速、标准或者涓流的方式进行充电。它们都能以超过2C(C为电池容量,单位为安培)的速率进行充电(但一般采用C/2速率)。由于存在内部损耗,充电效率一般小于100%,所以,在采用C/2的速率充电时,通常需要两个多小时才能把电池充满。充电过程中的损耗随着充电速率和电池的不同而不同。在恒流充电时,电池电压会缓慢达到峰值(ΔV/Δt变为0),镍氢电池需在这个峰值点终止快速充电,镍铬电池的充电须在峰值点后当电池电压开始