蓄电池作为能量的转存装置或备用电源被广泛地应用于各种自动化设备中。使用普通的充电器对蓄电池充电容易发生过充电或充电不足的现象。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蓄电池容量下降。以上两种情况都会降低蓄电池的使用寿命。由此可见,充电器性能的好坏直接影响到蓄电池的使用效果和使用寿命。本文采用恒流限压、实时监测的智能控制充电方法设计了一种对讲机所使用的8.41V3Ah的镍镉智能充电器。同一原理完全可设计出用于其他不同类型、不同容量的蓄电池的充电器。
1 镍镉电池的发展及特点
1899年,Waldmar Jungner首先在开口型镍镉蓄电弛中使用了镍极板,同时,Thomos Edison发明了用于电动车的镍铁电池。但是.由于当时这些碱性蓄电池的极板材料比其他蓄电池的材料贵得多,其实际应用受到了极大的限制。直到1932年,镍镉电池经历了最重要的改进:科学家在镍电池中开始使用活性物质。1947年,密封型镰镉电池研制成功。
镍镉电池的特点是效率高、循环寿命长、能量密度大、体积小、重量轻、结构紧凑、不需要维护,因此在工业和消费产品中得到了广泛应用。
2 镍镉电池的充电方式及充电特性曲线
充电器能否达到最佳充电效果由所选择的充电方式和充电特性曲线共同决定。近年来,蓄电池充电器大致可以分为连续电流充电和脉冲电流充电两大类。
连续电流充电因放电容量受到电池接受能力的限制和受到在充电过程中电池极化所产生气体的阻力,使得在大电流充电的情况下,电池放电容量下降和电池发热;若用小电流充电,虽可克服这个缺点,但充电时间过长。
脉冲电流充电在充电过程中是断断续续的。采用这种充电方式可以提高电池的接受能力、消除电极化作用、缩短充电时间、增大放电容量、减少电池发热和提高充电效率。但是目前的脉冲充电器的充电脉冲宽度和间歇时间都是固定的,不能根据充电状态改变充、放电的时间参数以及适应快速充电的要求,因此充电效果受到了限制。
结合以上两点,本设计采用了一种更好、更优化的充电方式,即恒流限压与实时监测的智能控制充电方式。该充电方式对主回路开关电源进行数字控制输出电压和电流。
镍镉电池充电特性曲线如图1所示。当恒定电流充入刚放完电的电池时,由于电池内阻产生压降,电池电压很快上升至A点。此后,电池开始接受电荷,电池电压以较低的速率持续上升。在AB之间,电化学反应以一定的速率产生氧气,同时氧气也以同样的速率与氢气化台,使电池内部的温度和气体压力都很低。经过一定时间至C点,电解液中开始产生气泡,这些气泡聚集在极板表面,使极板的有效面积减小,电池的内阻抗增加。电池电压开始较快上升。这是接近充足电的信号。
充足电后,充入电池的电流不是转换为电池的储能,而是在正极板上产生氧气超电位。氧气是由氢氧化钾和水组成的电解液电解而产生的,不是由氢氧化镉还原为镉而产生的。由于从大量的氢氧离子中比从很少的氢氧化镉中更容易分解出氧气,所以电池内的温度急剧上升,使得电池电压下降。因此电池电压曲线出现峰值D点。电解液中,氧气的产生和复合是放热反应,电池过充电即E点,不停地产生氧气,从而使电池内的温度和压力升高。
3 硬件电路
该智能充电器采用单片机AT89C2051进行控制,使用了开关电源及A/D、D/A等技术。实现了镍镉电池的智能充电。其硬件电路如图2所示,整个电路分为开关电源部分和以单片机为主的控制电路部分。
此开关电源属于复合式开关电源,采用TL431的精密基准和PC817组成反馈电路。整个工作过程:交流输入经滤波、整流后成为直流高压,再由功率开关管斩波、高频变压器降压后得到高频矩形波电压,最后经过输出整流滤波器,获得所需要的直流输出电压。此开关电源达到了:交流输入电压范围为90~270V,能同时输出+5V(作为控制部分电源)及4.4~11.3V(主回路)的电压,输出电流为1A。其电路如图3所示。
控制电路部分主要由AT89C2051、ADC TLC0832、运放LM358及数字电位器X9C102、分压电阻、电流采样电阻组成。单片机对正在充电的电池进行实时电压、电流取样,经A/D转换后输入单片机。单片机根据电池不同的充电状态采取不同的充电算法,通过数字电位器对开关电源的输出电压进行控制,通过改变电池组端电压来达到控制充电过程的目的。
电路接上蓄电池后,充电过程开始,当检测到电池电压在正常范围内时,充电器软启动,充电电压、电流逐渐增加到额定恒定充电电流值,进行恒流充电,“正充电”LED灯闪烁,同时开始计时。此后不断检测电池电压,当电池电压大于或达到规定的最大值(该电池规定的最大值为10.5V)或充电时间等于5小时后,单片机发出指令,减小数控输出值大小,使充电电流减小,转为涓流充电(0.1A),“已充满”LED指示灯亮。这样就避免了因电池温升过快或严重极化,影响充电质量、降低蓄电池的使用寿命甚至产生事故,从而快速、安全、高质量地完成充电过程。
4 软件智能控制
在程序的初始阶段首先应对单片机进行初始化,然后判断电池是否连接正确,根据电池电压判断应该进入哪一个充电阶段,即恒流或者涓流充电方式。恒流方式:不断检测流过电池的电流是否达到恒定电流(1A),如果小于lA则抬高电池两端的电压使之达到lA(在电池两端电压小于电池的最大充电电压10.5V的前提下)。涓流方式:在电池两端电压达到最大值后进入涓流充电模式。程序结构图如图4所示。
本文提出一种恒流限压、智能控制的充电方案,能很好地解决镍镉蓄电池组在充电过程中存在的过充电、充电不足、发热等问题。该充电器已批量生产并投入使用,效果令人满意。同时,在已有的基础上针对不同种类的电池,只要根据不同电池的最佳充电曲线对控制器中的程序进行相应的调整,就能对不同类型的电池进行充电。
关键字:数控 电位 实时 数字
引用地址:镍镉电池智能充电器
1 镍镉电池的发展及特点
1899年,Waldmar Jungner首先在开口型镍镉蓄电弛中使用了镍极板,同时,Thomos Edison发明了用于电动车的镍铁电池。但是.由于当时这些碱性蓄电池的极板材料比其他蓄电池的材料贵得多,其实际应用受到了极大的限制。直到1932年,镍镉电池经历了最重要的改进:科学家在镍电池中开始使用活性物质。1947年,密封型镰镉电池研制成功。
镍镉电池的特点是效率高、循环寿命长、能量密度大、体积小、重量轻、结构紧凑、不需要维护,因此在工业和消费产品中得到了广泛应用。
2 镍镉电池的充电方式及充电特性曲线
充电器能否达到最佳充电效果由所选择的充电方式和充电特性曲线共同决定。近年来,蓄电池充电器大致可以分为连续电流充电和脉冲电流充电两大类。
连续电流充电因放电容量受到电池接受能力的限制和受到在充电过程中电池极化所产生气体的阻力,使得在大电流充电的情况下,电池放电容量下降和电池发热;若用小电流充电,虽可克服这个缺点,但充电时间过长。
脉冲电流充电在充电过程中是断断续续的。采用这种充电方式可以提高电池的接受能力、消除电极化作用、缩短充电时间、增大放电容量、减少电池发热和提高充电效率。但是目前的脉冲充电器的充电脉冲宽度和间歇时间都是固定的,不能根据充电状态改变充、放电的时间参数以及适应快速充电的要求,因此充电效果受到了限制。
结合以上两点,本设计采用了一种更好、更优化的充电方式,即恒流限压与实时监测的智能控制充电方式。该充电方式对主回路开关电源进行数字控制输出电压和电流。
镍镉电池充电特性曲线如图1所示。当恒定电流充入刚放完电的电池时,由于电池内阻产生压降,电池电压很快上升至A点。此后,电池开始接受电荷,电池电压以较低的速率持续上升。在AB之间,电化学反应以一定的速率产生氧气,同时氧气也以同样的速率与氢气化台,使电池内部的温度和气体压力都很低。经过一定时间至C点,电解液中开始产生气泡,这些气泡聚集在极板表面,使极板的有效面积减小,电池的内阻抗增加。电池电压开始较快上升。这是接近充足电的信号。
充足电后,充入电池的电流不是转换为电池的储能,而是在正极板上产生氧气超电位。氧气是由氢氧化钾和水组成的电解液电解而产生的,不是由氢氧化镉还原为镉而产生的。由于从大量的氢氧离子中比从很少的氢氧化镉中更容易分解出氧气,所以电池内的温度急剧上升,使得电池电压下降。因此电池电压曲线出现峰值D点。电解液中,氧气的产生和复合是放热反应,电池过充电即E点,不停地产生氧气,从而使电池内的温度和压力升高。
3 硬件电路
该智能充电器采用单片机AT89C2051进行控制,使用了开关电源及A/D、D/A等技术。实现了镍镉电池的智能充电。其硬件电路如图2所示,整个电路分为开关电源部分和以单片机为主的控制电路部分。
此开关电源属于复合式开关电源,采用TL431的精密基准和PC817组成反馈电路。整个工作过程:交流输入经滤波、整流后成为直流高压,再由功率开关管斩波、高频变压器降压后得到高频矩形波电压,最后经过输出整流滤波器,获得所需要的直流输出电压。此开关电源达到了:交流输入电压范围为90~270V,能同时输出+5V(作为控制部分电源)及4.4~11.3V(主回路)的电压,输出电流为1A。其电路如图3所示。
控制电路部分主要由AT89C2051、ADC TLC0832、运放LM358及数字电位器X9C102、分压电阻、电流采样电阻组成。单片机对正在充电的电池进行实时电压、电流取样,经A/D转换后输入单片机。单片机根据电池不同的充电状态采取不同的充电算法,通过数字电位器对开关电源的输出电压进行控制,通过改变电池组端电压来达到控制充电过程的目的。
电路接上蓄电池后,充电过程开始,当检测到电池电压在正常范围内时,充电器软启动,充电电压、电流逐渐增加到额定恒定充电电流值,进行恒流充电,“正充电”LED灯闪烁,同时开始计时。此后不断检测电池电压,当电池电压大于或达到规定的最大值(该电池规定的最大值为10.5V)或充电时间等于5小时后,单片机发出指令,减小数控输出值大小,使充电电流减小,转为涓流充电(0.1A),“已充满”LED指示灯亮。这样就避免了因电池温升过快或严重极化,影响充电质量、降低蓄电池的使用寿命甚至产生事故,从而快速、安全、高质量地完成充电过程。
4 软件智能控制
在程序的初始阶段首先应对单片机进行初始化,然后判断电池是否连接正确,根据电池电压判断应该进入哪一个充电阶段,即恒流或者涓流充电方式。恒流方式:不断检测流过电池的电流是否达到恒定电流(1A),如果小于lA则抬高电池两端的电压使之达到lA(在电池两端电压小于电池的最大充电电压10.5V的前提下)。涓流方式:在电池两端电压达到最大值后进入涓流充电模式。程序结构图如图4所示。
本文提出一种恒流限压、智能控制的充电方案,能很好地解决镍镉蓄电池组在充电过程中存在的过充电、充电不足、发热等问题。该充电器已批量生产并投入使用,效果令人满意。同时,在已有的基础上针对不同种类的电池,只要根据不同电池的最佳充电曲线对控制器中的程序进行相应的调整,就能对不同类型的电池进行充电。
上一篇:数字电源与模拟电源的区别
下一篇:FA5310开关电源控制IC及其应用
推荐阅读最新更新时间:2024-05-13 18:38
Launch-off-shift实时测试
通过 全面跳变样本 (broadside-transition-pattern)和 launch-off-shift 技术的比较,表明后者可以用于测试 90 nm 无线基带 器件。 在对 0.13mm以下工艺器件的制造进行实时(at-speed)测试时,Launch-off-shift(LOS)与全面跳变样本技术都有各自的用途。Broadside-transition-pattern 方法更常用,但我们将两种技术针对无线基带器件进行了测试,结果表明 LOS 更有优势。 实时扫描测试用于静态测试无法胜任的应用(参考文献 1)。实时扫描测试的基本步骤是,以低时钟速率装入扫描链,然后加上两个工作频率的时钟
[测试测量]
中国成为了全球数字医疗的创新中心之一
雨果说“没有什么能够阻止一个时代到来的想法。”在《经济学人》的眼里,这就是数字健康的时代。 上周,这家英国老牌出版和智库机构发布了一份讨论剖析全球数字健康创新的报告。在这份报告中,我们发现在老外眼里,中国已然成为了全球数字健康的创新中心之一,不仅如此,恒大健康、阿里健康、微医、新氧……他们说起这些国内的 数字医疗 创新企业简直就是如数家珍。 六大创新中心涌现 中国成为唯一一个入选发展中国家 在这份报告中,最有意思的当是对全球六大“数字健康创新中心”的论述。颇有“煮酒论英雄”的意味。 报告认为,当今世界,有六大数字健康的创新中心。分别是美国、比利时、芬兰、以色列、新加坡和中国。中国不仅是其中唯一一个发展中国家,也是报告着墨最多
[医疗电子]
LED全彩显示屏数字视频信号处理电路的设计
led视频显示屏由于亮度高、视角广、寿命长、性价比高,而且具有可与计算机同步显示各种文字、图形、图像,可实时播放电视、录像、影碟等视频信号,可即时输入、编辑各种多媒体数据等优点,使其在街头、广场、商业中心、运动场所、娱乐场所、控制中心许多公共场合得到了广泛的应用。但是由于技术的问题,特大视频显示屏还面临着严峻的挑战,主要表现在灰度级低,亮度损失严重,刷新速度低。另外,本文的视频信号源来自DVI(Digital Video InteRFace)接口,DVI接口输出的为数字视频信号,信息量大,一般是先经过外部RAM(Random Array Memory)缓存,然后由处理器对视频信号进行处理。可用于数字图像存储的外部存储器有很多种
[电源管理]
Teledyne e2v:利用微波数字转换器推动无线电软件化
过去的几十年里,无线电技术标准、相关应用和互联设备得到了爆炸式的发展,对数据带宽和吞吐量的要求越来越高。据统计,45亿因特网用户和迅速发展的物联网(IoT)变革对器件性能要求的年增长速度超过25%1,这是一个巨大的挑战。当今,随着在家办公日益普及,地面和空间通讯的关键基础设施已投入测试。 目前,关键的无线电频段资源短缺,无法满足需要。这意味着现代通讯网络需要找到更明智的方式以保持数据的流通。一种有效的方式是分隔和重用宝贵的射频频段,最大化其利用率。在过去的几年里,新建的基础设置已开始考虑到未来的需要。 目前因特网流量的增长量超过25%(CAGR),2020年每月超过200EB(EB=1018字节或106TB),2022年预
[模拟电子]
壹沓数字机器人,助力5A级综合物流企业「飞力达」打造智慧供应链
近日,壹沓科技宣布与5A级综合物流服务企业「飞力达」签约,基于RPA、、大数据等技术优势,通过为其提供个性化的壹沓数字、金识雀、运小宝等供应链超自动化产品,助力打造智慧供应链,加速企业数字化转型升级的进程。
江苏飞力达国际物流股份有限公司成立于1993年4月,是一家致力于为智造企业提供一体化供应链解决方案的5A级综合物流服务企业,公司于2011年7月在深交所创业板成功A股上市。飞力达业务领域覆盖汽车及零部件、新能源、电子信息制造、智能制造装备等行业,为众多世界500强企业提供以供应链解决方案及仓配一体化,海运、空运、陆运、铁路运输为主的综合绿色物流服务,是先进制造业可信赖的供应链合作伙伴。
飞力达2021年拥有
[机器人]
数字PID控制算法在温控系统中的应用
温度控制对于大型工业和日常生活等领域都具有广阔的应用前景。很多应用领域,需要精度较高的恒温控制,例如,根据外界变化,随时调节相应的LED亮度以达到所需色温值,可以实现更好的照明和装饰效果。在连续控制系统中,对象为一阶和二阶惯性环节或同时带有滞后时间不大的滞后环节时,PID控制是一种较好的控制方法。本文主要采用数字PID控制,通过单片机PID控制算法的程序实现。 1 数字式定时温控系统 本文研制的数字式定时温控系统主要完成数据采集,温度、定时的显示,温度控制,温度定时的设定以及报警等功能。核心控制器由单片机完成,采用数字PID控制算法进行过程控制。加热器件选用热惯性小,温度控制精度高,速度快的电热膜,由单片机输出通断率控制信号
[工业控制]
利用普通数字存储示波器排除嵌入式系统数字类故障
虽然目前的服务器和PC越来越青睐先进高速处理器,但是低档的20或30MHz处理器在现实生活中还在发挥作用。尽管这些粗笨的微处理器设计陈旧,已有多年历史,它们却依然在机械、消费类电子及车用电器中占有一席之地。 这些嵌入式处理器及其应用有什么共同点呢?归纳起来有这样几个明显特征:第一,这类处理器经过很多产品充分验证,人们都非常了解,而且开发可得到广泛支持,易于设计;第二,与现有高端方案比较,其时钟速率相对较慢,总线速率也很慢;第三,应用系统(从自动售饮料机到航空电子设备)必须要有很高的可靠性;最后,成本(包括设计、制造和维护费用)必须尽可能低。 还有一个特性值得注意,即目前存在这样一个稳定的发展趋势,这些嵌入式器件和总线时钟速率都
[测试测量]
JP-SSY01数字移相式集成电路的原理及应用
摘要: 介绍了临淄银河公司的新型全数字移相触发集成电路JP-SSY01的功能特点、内部结构、工作原理及典型应用。最后给出了它在单相、三相交流调压和其它应用方面的多种应用电路。
关键词: 移相触发 过零触发 A/D变换 固态继电器 JP-SSY01
作为电力电子核心技术之一的控制技术,近年来得到了飞速发展,各种控制集成电路相继出现。目前的晶闸管移相触发电路主要有两类:第一类为模拟产品,如较早的KC系列和近期的T787系列等。模拟电路在使用上比较复杂,可靠性低、难调试、易受干扰;第二类为供助计算机技术完成的移相触发电路,这类产品用单片机和通用电路设计而成,因此功能完善,可靠性高,但电路体积庞大、技术
[嵌入式]
- 热门资源推荐
- 热门放大器推荐
小广播
热门活动
换一批
更多
最新应用文章
更多精选电路图
更多热门文章
更多每日新闻
- 首都医科大学王长明:针对癫痫的数字疗法已进入使用阶段
- 非常见问题解答第223期:如何在没有软启动方程的情况下测量和确定软启动时序?
- 兆易创新GD25/55全系列车规级SPI NOR Flash荣获ISO 26262 ASIL D功能安全认证证书
- 新型IsoVu™ 隔离电流探头:为电流测量带来全新维度
- 英飞凌推出简化电机控制开发的ModusToolbox™电机套件
- 意法半导体IO-Link执行器电路板为工业监控和设备厂商带来一站式参考设计
- Melexis采用无磁芯技术缩小电流感测装置尺寸
- 千丘智能侍淳博:用数字疗法,点亮“孤独症”儿童的光
- 数药智能冯尚:ADHD数字疗法正为儿童“多动症”提供更有效便捷服务
- Vicor高性能电源模块助力低空航空电子设备和 EVTOL的发展
更多往期活动
11月22日历史上的今天
厂商技术中心