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。
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。浮充电压过低,蓄电池会充不满,过高则会造成过量充电。电压的调定,应以初期充电电流不超过
循环充电,其初期充电电流也不宜超过
以上为目前常用的铅酸蓄电池充电方式,但这两种方式存在着一些不足之处。在充电过程中,电池电压逐渐增高,充电电流逐渐降低。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,然后按指数规律下降;采用快速充电可能使蓄电池过量充电,易导致电池损坏。对于循环充电而言,采用较小电流充电,充电效果较好。但对于大容量的蓄电池,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过程分析
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。该充电器采用单片机控制,充电过程分为快充、慢充及涓流充三个阶段,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
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四个部分组成,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
图3所示电路中,开关稳压电源采用半桥式PWM变换电路。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,经三极管Q3、Q4互补放大,通过驱动变压器T2,为三极管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的初级绕组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D9MUR1620 整流,C22滤波后,变为直流电压,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。恒流控制过程为:当充电电流超过恒定值
图3中交流220V进线端,电容C1、C2、C3、C4和电感LF组成一个LC滤波器,用于差模--共模方式的RFI(无线频率干扰)的抑制,防止电源产生的噪声泄漏到电网,造成电网污染。
3.2 斩波开关
斩波开关电路由三极管Q5、Q6、Q7和电阻R29、R30、R31、R32等组成。工作过程为:IC3(PIC
3.3 控制器
如图3所示,控制器是由IC2(LM358)和IC3(PIC
控制过程为: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,按指数规律下降。当蓄电池电压上升到规定值时,由电阻R33、R34、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。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,将充电电流维持在
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。
本充电器用发光二极管表示充电状态。即快充和慢充阶段,绿色发光二极管G点亮;涓流充阶段,黄色发光二极管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和三端稳压集成电路IC4(7805)组成,为单片机提供(+5V)电源电压。采用这种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
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,要经过反复试验,才能达到最佳充电效果,使电池寿命得到延长。本充电器经过多种综合试验,充电效果良好,适用于对多种蓄电池充电。