基于单片机的铅酸蓄电池充电装置的设计设计

48V 铅酸储电池充电器设计方案第一章 总体设计方案1 系统设计根据课题的要求，系统采用开关电源，通过脉冲电流的方式来实现充电的目的。

由市电送来的220V 交流电经变压器降压、桥式整流、可控硅调频后送给蓄电池进行充电。

2 方案策略用单结晶体管触发电路实现触发信号频率的调制方案。

蓄电池充电时，先通过变压器将220V 市电降压为56V 交流电，然后通过桥式整流得到全波直流电、最后通过可控硅调频后的脉冲电流为蓄电池供电。

脉冲电流的频率主要取决于单节晶体管触发电路发出的触发信号的频率，通过调节RC 电路的R 值，使电容器的充电时间发生改变，单节晶体管的关断时间发生改变，从而改变了输出触发信号的占空比，这个触发信号送给可控硅，从而便调节可控硅在一个周期关断和导通的时间，从而实现控制可控硅输出脉冲电流大小。

这种方法技术简单、成熟、有多年的实用经验、所需的元器件少、成本低，安全可靠，适应市电输入围宽都是其主要的优点。

如下图1.1方框图图1.1 总体方框图第二章 蓄电池的选择蓄电池是电瓶式扫地车上主要能源装置，其作用包括:向驱动系统、滚扫系统和仪表供电。

1 蓄电池的种类、特点蓄电池的种类一般可分为铅酸电池、铅酸免维护电池及镍镉电池等，它们各自的特点如下:铅酸电池:也称为汽车用电池(需加水维护)，充放电时会产生氢气，安置地点必须设置在通风处以免造成危险;电解液呈酸性，会腐蚀金属;价格低廉。

铅酸免维护电池:密封式充电不会产生任何有害气体，摆设容易，不需考虑安置地点通风问题，免保养，免维护;放电率高，特性稳定，价格较高。

镍镉电池:用于特殊场合及特殊设备上，水为介质，充放电不会产生.有害气体;失水率低，但需要固定时间加水及保养;放电特性最佳;可放置于任何恶劣环境。

2 蓄电池的选择电机是电瓶式扫地车主要消耗源，其次是继电器和仪表车，根据驱动组和电器控制组提供的资料，电机总功率为1600W ，额定电压为48V;继电器和仪表总功率为5W,额定电压为48V 。

福建电脑2010年第2期基于MSP430单片机的智能充电器设计郭伟（石家庄经济学院信息工程学院河北石家庄050031）【摘要】：针对铅酸蓄电池充电器，在充电过程中，不能对电流、电压实时性监测，交互能力和控制能力弱等问题，设计了一种基于MSP430F169单片机能够实时显示电流、电压大小，并且可以调节电流大小的智能充电器。

这种充电器具有硬件电路简单，功耗低等特点。

【关键词】：铅酸蓄电池；MSP430F169;智能充电器1、引言随着人们生活水平的提高，汽车，电动车在人们的生活中日益普遍，汽车的电瓶作为储存电能的主要设备,如启动马达,大灯,雨刷器,车载电脑等等，都离不开汽车电瓶；作为电动车的主要动力来源的铅酸蓄电池也需要不断的及时充电，才能满足日常生活的需要。

普通的汽车电瓶充电器，不能够对充电器的电流大小进行控制，往往以恒压的方式进行充电，这种充电的方式的特点是控制简单，但是在开始充电时，充电电流过大，由于待充电电池的初始电压与设定的恒压值之间电压差值较大，容易在接触端发生电火花，过大的电流容易使电池发热，使两极电解水，析出气体，影响电池的寿命。

所以在开始充电阶段，一定要加保护措施，限制电流的最大值[1]。

因此，设计一种智能的汽车电瓶充电器，能够控制充电电流的大小是非常有意义的。

2、智能充电的系统结构MSP430F169是美国TI公司生产的16位超低功耗单片机，它具有超低功耗的结构体系（0.1～400微安的额定工作电流，1. 8～3.6伏的工作电压），丰富的存储器和外设，编程相对简单，良好的可扩展性。

且其ADC12是高精度的12位A/D转换模块,具有高速、通用的特点[2]。

如果采用传统的微处理器8051，则需要在外部扩展A/D转换模块，电路复杂，且很难达到较高的精度。

在此使用MSP430F169多功能超低功耗混合信号处理器则可以解决以上问题。

其内置8通道12bit A/D，电路简单且精度高。

MSP430F169内置256B Flash存储器能够方便的保存重要数据，且掉电不失。

岳敏中国矿业大学 信息与电气工程学院 江苏徐州 （221008)E-mail:chenning_101@摘 要：介绍了一种通用电池充电器的智能充电软件控制方法，利用这种充电方法根据电池的充电特性进行不同充电模式的转换。

采用AT89C51单片机芯片作为充电过程的控制芯片进行电路设计，实现A/D 转换和显示电路，并根据外部电路检测到的电池电压信息选择正确的充电模式，实现在涓流、恒流、恒压及浮充电模式之间的智能转换。

关键词：单片机；智能充电器；A/D 转换；显示电路中图分类号：TP368.11．引言一个好的充电器对蓄电池的使用寿命具有举足轻重的作用，智能充电器具有操作简单、可靠性高和通用性强等优点，是充电器家族中的一个重要的组成部分，也是未来充电器发展的主要方向。

所谓智能充电器是指能根据用户的需要自主选择充电方式、对不同类型的充电电池进行充电、并且在充电过程中能对被充电电池进行保护从而防止过电压和温度过高的一种智能化充电器[1]。

充电控制器需要长时间控制并要进行电压检测，若用传统电路实现则电路复杂，采用单片机控制可大大减化电路，降低成本。

本充电器用AT89C51单片机进行充电定时控制。

在定时充电期间若电池电压高于另一值则停止充电。

采用从涓流充电、恒流充电、恒压充电到浮充电的方法,充电完成后,自动转为浮充电,以防止电池放电,并有显示电路。

适合对镍镉、镍氢电池进行充电。

该充电器采用单片机控制，充电效果更佳。

2. 智能充电器硬件设计由单片机和充电器芯片组成的通用充电器原理框图如图1所示，图中AT89C51与ADC0809一起构成充电器的核心。

ADC0809随时检测充电电池两端电压，当放入电池时，ADC0809即通过数据口向AT89C51传送检测到的电池两端电压信息，经过数据处理后，AT89C51根据所接收到的电压信息选择合适的充电模式。

由于芯片只能接收0V～5V的电压信息，因此在充电电池的两端并联两个串联电阻(阻值相等且很大)，这样检测到的电压即为电池电压的一半，乘以二即可得出电池电压。

基于PIC单片机的智能充电器的设计与实现1 引言铅酸蓄电池是目前大容量电池的主要品种，其制造成本低、容量大、价格低廉，使用范围非常广泛。

铅酸蓄电池的基本充电方式有两种：恒压充电和恒流充电。

如果单独采用一种方法，比如恒流法，则在充电后期由于充电电流不变，容易使容量下降而提前报废。

单独采用恒压法，充电初期电流过大，可能致使电极活性物质脱落，后期电流又过小，形成长期充电不足，影响蓄电池的使用寿命[1]。

因此，充电器大部分都是综合采用两种方法的多阶段充电方式。

近年来，先恒流、再恒压、最后恒压浮充的三阶段充电方式被逐渐接受。

目前，三阶段充电方式主要采用模拟控制的方案。

虽然具有实时性好、带宽高的优点，但其硬件电路复杂，控制不灵活。

为此，本文设计了一种数字控制的充电器，采用单片机作为控制回路的核心，通过电压、电流实时采样，从而控制输出电压和输出电流，实现了三阶段充电策略，可智能灵活的控制蓄电池的充电，提高蓄电池的利用效率，并有助于提高蓄电池的使用寿命和性能。

2 充电器电源结构系统的总体设计框图如图1所示。

主要由3部分组成：第一部分为开关电源部分，采用反激DC/DC变换器；第二部分为电压、电流采样电路；第三部分为单片机核心的PWM 输出，再经驱动电路驱动反激电路。

图1 充电器电路总体设计框图系统由电压采样电路、电流采样电路实时分别采样电压、电流，将采样的电压、电流各自送单片机的RA0、RA1,经过单片机内部的A/D转换模块转化为数值，然后根据编写的软件进行对应操作，由PWM模块得到相应的占空比，再由RC2将占空比送到驱动电路，用于驱动反激电路的开关管，从而在输出端得到相应的电压或电流对铅酸蓄电池进行充电。

3 数字控制电路结构数字控制电路通过相应信号的获取和输出，监测和控制充电器对应的工作过程，使其能自适应工作。

然而，主电路输出是模拟信号，单片机能够处理的却是数字信号，因此在处理信号之前，必须先通过模数转换器(ADC)将模拟信号转变为数字信号。

一种基于MSP430单片机的光伏充电装置设计【摘要】设计了一种光伏充电装置，实现了对48V20Ah 铅酸电池的光伏充电。

设计的主电路基于分离元件的BOOST 升压电路，控制器选用MSP430F5529单片机。

设计中考虑到光伏电池的功率输出问题，研究了爬坡算法的实现方式，可使光伏电池能够以最大的功率提供给后端变换电路。

同时，依据铅酸电池的物理特性，充电装置在给蓄电池充电过程中采用了常用的三段充电策略，保证了充电安全和充电可靠性。

该装置可用于日常48V20Ah铅酸电池的辅助充电，能够延长电池组使用寿命，具有良好的应用前景。

在实验室对系统进行了测试和评估，从测试测试结果来看，该系统恒压输出满足目标要求，充电效率维持在一个较高水平。

【关键词】430单片机；BOOST升压；光伏充电0 引言铅酸电池常在无法提供充电电源的环境下工作，因此如何让铅酸电池在使用过程中进行小电流充电维护以期延长电池寿命是一个亟待解决的问题。

针对这个问题，设计了基于MSP430单片机的光伏充电装置，该装置采用太阳能绿色能源对铅酸电池进行连续小电流充电，解决了电池因长期亏电而损害铅酸电池使用寿问题，实现了太阳能的有效利用，可用于日常48V20Ah铅酸电池的辅助充电。

设计主电路采用BOOST DC-DC升压电路，以MSP430F5529作为控制核心。

控制策略中，研究了爬坡算法的实现方式，可使光伏电池能够以最大的功率提供给后端变换电路。

为了防止对铅酸电池的过充和实现快速充电，采用了最大功率充电、稳压充电和浮充的三段充电控制。

设计中对BOOST升压电路中用到的功率MOSFET、储能电感、MOSFET驱动等元件进行选型，完成了硬件电路设计，并制作了一台光伏充电装置样机。

1 总体设计光伏充电装置的核心是基于分离元件的BOOST升压电路，控制器选用MSP430F5529单片机。

对单片机编程实现爬坡算法和PI调节算法，实现铅酸电池的最佳充电。

外围电路中，由运放构成电流、电压的信号调理和检测电路，输出信号送单片机AD采样接口。

铅酸蓄电池充电装置的设计方案1 概述1.1 课题研究的背景电池是一种化学电源，是通过能量转换而获得电能的设备。

也被称为可再充电电池或蓄电池被激活的充电电池的放电后的活性物质继续使用的二次电池。

当对电池充电时，电能转变为化学能，实现向负荷供电，伴随吸热过程。

应用过程中的可充电电池，充电器是使用的设备，是其成功的关键，可充电电池一问世，充电器设计就是一个关键问题，因为直接影响充电电池的两个重要方面：充电电池的使用容量及循环寿命。

因此，直到二十世纪中叶，充电器的技术都没有取得大的进展，常用的恒流或恒压充电方法，效果比较差。

这种情况一直持续，直到六十年代MASCC博士基于最低出气率曲线原理，发现可接受的电池充电电流的大小随时间而减少这一规律，证实恒流或恒压充电是不是最合适的方法。

根据MASCC 的曲线，提出了两阶段，三阶段的多段充电方式。

所谓的两阶段的第一阶段以恒定电流或恒定电压对电池进行充电，当电池电压达到一定的水平，然后涓流充电；所谓的三阶段充电先以恒定电流充电，直到电池电压达到一定值时，转入第二阶段，即恒定电压充电阶段，当电流降到某种程度时，进入第三阶段涓流充电。

经过几十年的发展，铅酸蓄电池充电技术已较为成熟。

由于使用这种电池的性能接近镍镉电池，而且不需要维护，国内铅酸电池使用量逐渐增加。

充电器在近几年的进步已经取得明显进步的标志就是世界上最的半导体制造商纷纷推出自己的充电芯片，其中一些还带有中央处理器。

本文也将应用单片机PIC16C54，设计一款智能型铅酸蓄电池充电器。

1.2 课题研究的意义由于铅酸电池有许多因素影响电池的寿命和容量，为了提高效率，消除偏振，缩短充电时间，在分析铅酸电池的充电特性的基础上，集合涓流充电和恒定电流，恒定电压充电，PIC16C54微控制器，脉宽调制技术的优点，根据电压、电流反馈自动调节充电脉冲宽度，设计一个可以在系统控制下进行三阶段充电的铅酸蓄电池智能充电器。

该充电器根据设计的充电方法对12V、4AH蓄电池充电。

摘要铅酸动力蓄电池至今已有一百多年的历史，以动力蓄电池为能源的电动车被认为是21世纪的绿色工程，它的出现将汽车工业的发展带入了一个全新的领域。

目前，电动车核心部件中的电动机、控制器和车体三大部件在理论和技术上已较为成熟，而另两大部件蓄电池、充电器的发展还不能满足电动车的要求，有一些理论和技术问题还有待攻关，现已成为影响电动交通工具发展的瓶颈。

自铅酸蓄电池问世以来，由于各种技术条件的限制，所采用的充电方法均未能遵从电池内部的物理化学规律，使整个充电过程存在着严重的过充电和析气等现象，充电效率低。

电动车用动力蓄电池与一般蓄电池还有所不同，它以较长时间中等电流持续放电为主，间或以大电流放电，用于起动、加速或爬坡。

一般来说，电动车用蓄电池多工作在深度充放电工作状态。

因此，对电动车用动力蓄电池的充电提出了不同于常规电池的要求，它必须对蓄电池使用寿命影响小以及充满电判断准确的特点。

本文介绍了铅酸动力电池的充电系统是可以随着电池电量的变化而改变系统的充电方法，本系统通过几个简单的电路组合来实现了这个充电方法，其中没有复杂的元器件，节约了制造成本，有很强的实用价值。

关键词：铅酸动力电池，充电系统，开关电源AbstractThe storage battery has already had the history of more than 100 years up to now. Electric cars, with power storage cells as their energies, are considered as a green project in the 21st century, whose appearance has led the automobile industry into a brand-new domain. At present, three parts of the core assemblies, including the electric motors, controllers and bodyworks, have been mature both in the theory and the technology, but other two major ones such as storage cells and chargers cannot satisfy the requirement of electric cars. Especially, there are some theoretical and technical problems to solve, which has become the bottleneck to the development of electric transportation vehicles.Since lead-acid battery being published, as a result of each kind of engineering factor limit, has used the charge method has not been able to comply with the battery internal physical chemistry rule, makes the entire charging-up to have the serious surcharge and to analyze was mad and so on the phenomena, the charge efficiency is low. The electric car also differs from with the power accumulator cell and the common accumulator cell, it discharges continually by the long time medium electric current primarily, once in a while by the big electric current electric discharge, uses in starting, the acceleration or the hill climbing. Generally speaking, the electric car works with the accumulator cell in the depth charging and discharging active status. Therefore, proposed to the electric car with the power accumulator cell charge is different in the conventional battery request, it must affect small as well as the fill electricity judgment accurate characteristic to the accumulator cell service life.This article introduces the charging system of the plumbous-acid power battery. The charging system is a charging method that can change the system along with the change of battery capacity. The system in this article can realize this charging method by combining several simple electric circuits but includes no complex components, saving the production cost and having an important practical value.Key words：Plumbous acid power battery，Charge system，Switch power目录第一章 前言 (1)1.1 铅酸动力电池的发展历史 (1)1.2 研究铅酸动力电池的背景及意义 (2)1.3 铅酸动力电池充电系统的设计任务与要求 (4)第二章 总体设计方案的选择 (5)2.1概述 (5)2.2铅酸动力电池 (8)2.3 KA1M0880B (12)2.4 LM358双运算放大器 (15)2.5 TL431 (17)第三章 设计步骤 (18)3.1 总体介绍 (18)3.2 具体设计步骤和参数计算 (18)3.2 系统工作流程 (30)第四章 设计总结与展望 (31)4.1 结论 (31)4.2 对进一步研究的展望 (31)参考文献 (33)致 谢 (34)附 录 (35)第一章 前 言1.1 铅酸动力电池的发展历史铅酸蓄电池是1859年由普兰特(Plante)发明的，至今已有一百多年的历史。

一种基于单片机的智能充电器的设计与实现作者：黄福明来源：《科学家》2016年第17期摘要本文设计实现了一种以单片机AT89C51为核心的智能电池充电器，可方便地实现多模式充电，包括涓流充电、大电流充电、预充电和均衡充电，具有较强的智能性，并具有良好的充电性能，实验结果表明，本充电器的充电效率高，调节时间快，可使蓄电池具有较长的循环寿命和较高的使用价值，能够满足不同类型的动力电池复杂充电的要求，具有良好的应用前景。

关键词单片机；铅酸蓄电池；智能充电中图分类号 TM91 文献标识码 A 文章编号 2095—6363（2016）17—0054—01随着能源缺乏和空气污染的加剧，目前新的研究越来越重视交通电动车，电池和充电器作为电动车的核心部件，研究具有良好性能的智能充电器，将会给经济和社会带来良好的效益。

电动车对电池的要求也高，为了研究性能更好的充电器，我们要找到一种最优的充电模式。

理论和实践表明，浮充电、均衡充电、预充电、大电流充电4种充电模式组合起来的充电方式可以达到较为良好的效果。

该课题研究单片机中的智能充电器，基于STC89C51基础的智能型快速充电器开发。

1智能充电过程分析智能充电作为目前较为先进的电池充电技术，其原理为使电池在充电过程中能够适应电流的动态变化，核心是引入了du/dt技术。

本文以传统充电方法作为基础，然后利用预充电的过程来对电池的初始状态进行判断，接着通过PWM软件控制技术，对多个阶段的充电进行控制，对充电电压、充电电流以及充电的时间来进行实时显示。

其主要的充电过程有预充电过程、大电流充电过程以及均衡充电过程和涓流充电过程。

1）预充电过程。

对于一个在很长的时间内都没有进行过充电的电池，如果在一开始的时候就进行快速充电，那么就会对电池的使用寿命带来影响，因此，我们在这里引入了一个预充电的过程，具体实现方法是：在充电之前，先用一个较小的电流对电池充电，待充电达到某一个要求时才进行下一阶段的充电。

基于单片机的电动车蓄电池智能管理系统设计的无(低)污染优点,使其成为当代汽车进展的主要方向。

电动汽车的进展需要解决两大难题，即能量存储和动力驱动。

因为短期内动力电池储能不足的问题难以解决，使能量管理技术成为电动汽车进展的关键。

在传统充电技术中，常用的恒压充电、恒压限流充电、恒流充电等模式，都是由人工控制充电过程,大多存在着严峻的过充电现象。

充电质量的好坏，挺直影响蓄电池的用法寿命。

而新型蓄电池智能管理系统的设计，就是为了在线检测动力电池状态，提高充电质量和效率，使操作人员只担任辅助性工作。

图1系统原理框图
管理系统的组成及硬件设计
本文设计的智能化管理系统是一种分布式、模块化的车载电池监控系统，它主要由主控模块、可控充电系统模块、采集子模块、温度采集子模块、测量子模块及显示模块构成，通过LIN实现互相通信。

该管理系统原理框图1所示。

图2 LIN总线通信
LIN总线通信
LIN总线的通信容易，便利，使智能系统与汽车的各系统之间既互相联系又相对自立，从而克服了目前电池管理的漏洞，能使汽车和汽车蓄电池的平安性和可控性得到大大的提高。

图2为其详细电路，本设计中各个模块均包含该电路，以此实现信息分享和传输，本设计中实际通信波特率为1200bps。

其中，pc817起到隔离作用，max1487保证收发信号在时光上错开。

电压检测电路设计
对多个蓄电池串联的电压测量办法主要有变阻分压，开关切换，分布式电压测量3种计划。

本设计的检测对象是4组并联、每组为40节串
第1页共4页。