基于P89LPC933的大功率智能充電器的設計

鉛酸蓄電池因為其維護簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、供電可靠、使用壽命長(cháng)而被廣泛用作汽車(chē)、飛機、輪船等機動(dòng)車(chē)輛或發(fā)電機組的啟動(dòng)電源,同時(shí)也在各類(lèi)需要不間斷供電的電子設備和便攜式儀器儀表中被用作一些電器及控制回路的工作電源。然而，由于充電方法的不正確，存在嚴重的過(guò)充、欠充現象，直接影響了蓄電池的技術(shù)狀態(tài)和循環(huán)使用壽命。Power Smart公司根據多次試驗結果得出結論：若采用合適的充電方式，電池的使用壽命大約可提高30%?；诖?，本文提出一款基于P89LPC933單片機的智能充電器的設計方案，采用先進(jìn)的四階段充電控制方法。該充電器可以實(shí)時(shí)采集電池的電壓、電流，對充電過(guò)程進(jìn)行智能控制和全面管理，使充電過(guò)程按理想的充電曲線(xiàn)進(jìn)行，解決了普通充電器對蓄電池充電的技術(shù)難題，并且充電電流可在0～50A范圍內任意設定，具有完善的過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)熱保護功能，并以聲光形式進(jìn)行提示，既能快速充電又能對蓄電池進(jìn)行有效的保護。
1 智能充電器的充電技術(shù)
國內外鉛酸蓄電池的充電方法目前主要有恒流、恒壓、恒壓限流充電法。恒流充電方法隨著(zhù)充電的進(jìn)行，電壓會(huì )慢慢上升，到充電后期電壓上升到13.8V時(shí)，如果不對充電電壓進(jìn)行限制，容易使電池處于過(guò)充電狀態(tài)，導致電池有大量的水發(fā)生分解以及活性物質(zhì)容易脫落，縮短電池壽命。恒壓充電法存在的缺點(diǎn)主要是：由于電壓恒定，在充電初期電池電動(dòng)勢小，所以充電電流很大，容易造成極板的彎曲和活性物質(zhì)的脫落，而且設備必須適應充電初期的大電流；充電末期電流過(guò)小，使充電時(shí)間延長(cháng)，且容易充電不足。
恒壓限流充電法則避免了以上兩種充電方法的不足，充電初期為避免電流過(guò)大，采用限流充電，后期為避免電壓過(guò)大而采用恒壓充電。因此恒壓限流充電是一種比較有效的充電方式，再加上采用智能化的過(guò)充判斷、浮充控制、溫度補償等措施，形成一個(gè)簡(jiǎn)單的充電管理系統，蓄電池可以在這個(gè)系統下更好地工作。恒壓限流充電方式是目前大多數電池廠(chǎng)商推薦的充電方式。
目前，大多數充電器采用的恒壓限流充電方式都是三階段充電^[1-2]，即恒流充電、恒壓充電和涓流浮充電。事實(shí)上，在實(shí)際的使用過(guò)程中，閑置的蓄電池常常會(huì )過(guò)度放電，如果一開(kāi)始就采用較大的電流恒流充電，容易造成熱失控，不利于激活電池內的化學(xué)物質(zhì)以最大優(yōu)化電池的性能。所以在開(kāi)始的時(shí)候采用較小電流激活充電，能使極板表層充分激活而不過(guò)量脫粉，深層各處也能得到充分激活，經(jīng)過(guò)激活修復后的蓄電池更能經(jīng)久耐用。根據充電電池的原理，同種工藝的電池理想的充電曲線(xiàn)大致相似，只是具體的電壓數值有所差別。針對這些特點(diǎn)，應用信息技術(shù)進(jìn)行控制，能有效地使實(shí)際充電曲線(xiàn)擬合鉛酸蓄電池的最佳充電曲線(xiàn)，控制電池在正常溫升范圍之內，提高充電的效率，達到最佳充電效果。綜合經(jīng)典的充電理論和前人的成果以及大量實(shí)驗數據，筆者在對鉛酸蓄電池的充電控制中設計了四階段充電曲線(xiàn)，如圖1所示(以12V/200Ah電池組的充電過(guò)程為例)。
1.1 激活充電
充電器開(kāi)始工作后，通過(guò)單片機采集蓄電池的端電壓進(jìn)行檢測，若電池電壓低于9.5V，充電器不工作。若電池電壓高于9.5V而低于10.5V，說(shuō)明蓄電池曾經(jīng)過(guò)度放電。為避免對蓄電池充電電流過(guò)大,造成熱失控,對蓄電池實(shí)行穩定小電流激活充電，激活蓄電池，隨著(zhù)激活充電的進(jìn)行,電池電壓開(kāi)始上升,當電池電壓上升到能接受大電流充電的閥值電壓10.5V時(shí),則轉入恒流充電階段。反之視為激活充電失敗，重復3次激活充電后，電池端電壓依然不能升到指定值，則認為電池失效。
1.2 恒流充電
大電流恒流充電,這里電流值為50A,因蓄電池容量而異,一般為0.4c(c為蓄電池組的容量)。在恒流充電狀態(tài)下，電池電壓不斷上升，單片機不斷檢測電池端電壓，當電池電壓達到飽和電壓14.7V時(shí)，恒流充電狀態(tài)終止并轉為恒壓充電。