安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）
目 录
引 言 ...................................................................................................................................................................1 第1章 基本理论介绍 .......................................................................................................................................2
1.1 铅蓄电池充电理论基础 .......................................................................................................................2 1.2 充电方法的研究 ...................................................................................................................................3
1.2.1 快速充电技术 ...........................................................................................................................4 1.2.2 脉冲快速充电法的理论基础 ...................................................................................................6 1.4 充电方法设计 .......................................................................................................................................7
1.4.1 预充电 .......................................................................................................................................7 1.4.2 脉冲快速充电 ...........................................................................................................................7 1.4.3 补足充电 ...................................................................................................................................8 1.4.4 浮充电 .......................................................................................................................................8
第2章 设计方案论证 .......................................................................................................................................9
2.1 论证方案 ...............................................................................................................................................9 2.2 控制方式 ...............................................................................................................................................9 第3章 硬件电路设计 .....................................................................................................................................10
3.1 充电器主电路设计 .............................................................................................................................10
3.1.1 整流电路设计 .........................................................................................................................10 3.1.2 半桥逆变电路 ......................................................................................................................... 11 3.1.3 开关变压器的设计计算 .........................................................................................................12 3.1.4 变频整流电路 .........................................................................................................................13 3.2 控制电路的设计 .................................................................................................................................14
3.2.1 传感检测电路 .........................................................................................................................14 3.2.2 单片机电路 .............................................................................................................................17 3.3 整体电路设计 .....................................................................................................................................18 3.4 程序流程图 .........................................................................................................................................20 结 论 .................................................................................................................................................................21 致 谢 .................................................................................................................................................................22 参考文献 .............................................................................................................................................................23
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引 言
电瓶，也就是蓄电池，它是电池的一种，它的工作原理就是利用化学能转变为电能。 通常，日常生活中的电瓶就是指铅酸蓄电池。它主要是由铅及其氧化物制成的，电解液为硫酸溶液的蓄电池。
一般它用填满了海绵状的铅的铅板作负极，填满了二氧化铅的铅板作正极，并用22～28％的稀硫酸作电解质。充电时，电能转化为化学能，放电时化学能又转化为电能。电池在放电时，金属铅是负极，发生氧化反应，被氧化为硫酸铅；二氧化铅是正极，发生还原反应，被还原为硫酸铅。电池内部发生氧化和还原反应。在用直流电给电池充电时，两极分别生成了铅和二氧化铅。除去电源后，它就会恢复到之前放电前的状态，即化学电池。铅蓄电池可以反复充电、放电，所以也叫二次电池。日常生活中家用小电器中通常都是把铅蓄电池串联起来使用，这样就可以得到符合用电器的正常电压。
由于铅酸蓄电池维护简单、价格低廉、供电可靠、使用寿命长，广泛作为汽车、飞机、船等机动车辆或发电机组的启动电源，也在各类需要不间断供电的电子设备和便携式仪器仪表中用作一些电器及控制回路的工作电源。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、安全地对蓄电池进行充电，而现有市场销售的充电器充电电流多为20A。为了满足人们对大功率充电器的需求，设计了一款基于LPC933 充电电流50A、充电功率740W、功能完善、可扩充的智能充电器。铅酸蓄电池的制造成本低、容量大、价格低廉，使用十分广泛。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，采用正确的充电方式，能有效延长蓄电池的使用寿命。因此，设计一种全新的智能型铅酸蓄电池充电器是十分必要的。
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第一章 基本理论介绍
1.1 铅蓄电池充电理论基础 上世纪60年代中期，美国科学家马斯对蓄电池的充电过程作了大量的试验研究，并提出了以最低出气率为前提的，蓄电池可接受的充电曲线，如图1-1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。原则上把这条曲线称为最佳充电曲线，从而奠定了智能充电方法的研究方向。
i
i=i·e 0
图1-1 最佳充电曲线
t
由图1-1可以看出：在初始充电时的电流很大，但是随时间的增加电流变小的很快。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，正极板产生氧气，当氧气不能被及时吸收时，便堆积在正极板，使电池内部压力加大，电池温度上升 ，同时缩小了正极板的面积，其内阻就会变大，会导致电池内部出现极化现象。一般来说，产生极化现象有3个方面的原因。
（1）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地受到一定的阻力，称为欧姆内阻。为了克服这个内阻，外加电压就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中的高温。
（2）极化 电流流过蓄电池时，为维持正常的反应，最理想的情况是电极表面反应物能及时得到补充，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。
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（3）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，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，金属离子M＋转入溶液，加速反应进行。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，与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。
1.2 充电方法的研究 常规充电制度是依据1940年前国际公认的经验法则设计的。其中最著名的就是“安培小时规则”：充电电流安培数，不应超过蓄电池待充电的安时数。实际上，常规充电的速度被蓄电池在充电过程中的温升和气体的产生所限制。这个现象对蓄电池充电所必须的最短时间具有重要意义。一般来说，常规充电有以下3种。
恒流充电法是用调整充电装置输出电压或改变与蓄电池串联电阻的方法，保持充电电流强度不变的充电方法。控制方法简单，但由于电池的可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降的，到充电后期，充电电流多用于电解水，产生气体，使出气过甚，因此，常选用阶段充电法。此方法包括二阶段充电法和三阶段充电法。
二阶段法：采用恒电流和恒电压相结合的快速充电方法，如图3所示。首先，以恒电流充电至预定的电压值，然后，改为恒电压完成剩余的充电。一般两阶段之间的转换电压就是第二阶段的恒电压。
三阶段充电法：在充电开始和结束时采用恒电流充电，中间用恒电压充电。当电流衰减到预定值时，由第二阶段转换到第三阶段。这种方法可以将出气量减到最少，但作为一种快速充电方法使用，受到一定的限制 。
恒压充电法:这种方法电解水很少，避免了蓄电池过充。但在充电初期电流过大，对蓄电池寿命造成很大影响，且容易使蓄电池极板弯曲，造成电池报废。
鉴于这种缺点，恒压充电很少使用，只有在充电电源电压低而电流大时采用。例如，汽车运行过程中，蓄电池就是以恒压充电法充电的。
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1.2.1 快速充电技术
为了能够最大限度地加快蓄电池的化学反应速度，缩短蓄电池达到满充状态的时间，同时，保证蓄电池正负极板的极化现象尽量地少或轻，提高蓄电池使用效率。快速充电技术近年来得到了迅速发展。
下面介绍目前比较流行的几种快速充电方法。这些方法都是围绕着最佳充电曲线进行设计的，目的就是使其充电曲线尽可能地逼进最佳充电曲线。 （1) 脉冲式充电法
这种充电法不仅遵循蓄电池固有的充电接受率，而且能够提高蓄电池充电接受率，从而打破了蓄电池指数充电接受曲线的限制，这也是蓄电池充电理论的新发展。
脉冲充电方式首先是用脉冲电流对电池充电，然后让电池停充一段时间，如此循环，如图1-2所示。充电脉冲使蓄电池充满电量，而间歇期使蓄电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉，使浓差极化和欧姆极化自然而然地得到消除，从而减轻了蓄电池的内压，使下一轮的恒流充电能够更加顺利地进行，使蓄电池可以吸收更多的电量。间歇脉冲使蓄电池有较充分的反应时间，减少了析气量，提高了蓄电池的充电电流接受率 。
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1-2 脉冲式充电曲线
I（2) Reflex快速充电法
这种技术是美国的一项专利技术，它主要面对的充电对象是镍镉电池。由于它采用了新型的充电方法，解决了镍镉电池的记忆效应，因此，大大降低了蓄电池的快速充电的时间。铅酸蓄电池的充电方法和对充电状态的检测方法与镍镉电池有很大的不同，但它们之间可以相互借鉴。
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