智能型铅酸蓄电池充电器的设计与实现

    摘要：为延长计算机的使用寿命，综合浮充和循环充两种充电方法的优点，提出和分析了快充，慢充和涓流充三个阶段的充电过程，并根据此设计了应用 单片机PIC16C54进行PWM控制的智能型铅酸蓄电池充电器。经多种试验，充电效果良好。

    关键词：铅酸蓄电池 智能型充电器 单片机PIC16C54 PWM(脉冲宽度调制)控制

铅酸蓄电池的造价成本低，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，寿命将会大大地缩短，影响铅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，设计一种智能型的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以下两种，浮充（又称恒压充电）和循环充电。

浮充时要严格掌握充电的电压，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，应初期充电电流不超过0.3C(C为蓄电池的额定容量)为原则。

循环充电，其初期充电电流不宜超过0.3C.充电的安培小时数的90％时，再改用浮充电压充电，直至充满。

以上为目前常用的铅酸蓄电池充电方式。但是这两种方法存在一些不足之处，在充电过程中，电池的电压逐渐提高，充电电池逐渐下降，由于恒电充电不管电池电压的实际状态，充电电压总是恒定的，易导致电池损坏。对于循环充电而言，采用较小的电流充电，充电效果较好。但对于大容量的蓄电池，充电时间会拖的很长，时效低，造成诸多不便。

2 智能型充电器的充电过程分析

通过对这述两种充电方式的充电比较，综合其优点设计出具有快充电和慢充的智能型铅酸电池充电器。该充电器采用单片机控制，充电过程分为快主以、慢充及涓流充三个阶段，充电效果更加佳，图1所示为该充电器的充电电流，电压曲线。

众图1可以看出：在快充阶段（0-t1），充电器以恒定电流1C对蓄电池充电，由单片机控制快充时间，避免过量充电，在慢充阶段（t1-t2），单片机输出PWM控制信号，控制斩波开关通断，以恒定电压对蓄电池进行充电，此时充电电流按指数规律下降，当电池电压上升到规定值时，结束慢充，进入涓流充阶段；在涓流充阶段，（t2-t3）,单片机输出的PWM控制信号，使充电器以约0.09C的充电电流对蓄电池充电，在这种状态下，可长时间对蓄电池进行充电，从而能最大限度地延长蓄电池的寿命。

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充电池充电器，主要是由开关稳压电源、斩波开关、控制器和辅助电源等四部分组成

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（PIC16C54）的6脚输出的PWM控制信号经电阻R32接至Q7的基极，控制Q7通断，从而使Q5和Q6亦导通或截止，充电电流流过Q6对蓄电池（BAT）充电。改变PWM控制信号的脉宽，使得充电电压可调。

3.3 控制器

如图3所示，控制器是由IC2（LM358）和IC3（PIC16C54）以及电阻电容等组成。其中IC3采用Microchip公司生产的PIC16C54单片机。它是18引脚封装的8位单片机，有12条I/O（输入/输出）线，每条I/O线吸收电流为25mA，驱动电流为20mA,内部EPROM为512×12，RAM为25×8，有可编程代码保护。

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0.09C左右，对蓄电池充电。

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的铅酸蓄电池电流，最大充电电流限制为4A，最大输出电压为18V。充电开始时，充电器以4A电流对蓄电池快速充电约25分钟；然后以14.7V的恒定电压对蓄电池进行慢充，直至蓄电池电压上升到12.8V，结束慢充；最后充电器以14.1V电压对蓄电池涓流充电。温度保护点为45℃时，单片机控制充电电压下降到14.1V，随着温度的回落，充电电压恢复到保护前的状态继续充电。该充电器对上述蓄电池充电比变通充电器缩短了约2/5的时间。

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。