當(dāng)前位置:首頁 > 消費電子 > 消費電子
[導(dǎo)讀]0引言 鉛酸蓄電池具有價格低廉、供電可靠、電壓穩(wěn)定等優(yōu)點,因此廣泛應(yīng)用于國防、通信、鐵路、交通、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門。近年來全密封免維護鉛酸蓄電池其密封好、無泄漏、無

0引言

鉛酸蓄電池具有價格低廉、供電可靠、電壓穩(wěn)定等優(yōu)點,因此廣泛應(yīng)用于國防、通信、鐵路、交通、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門。近年來全密封免維護鉛酸蓄電池其密封好、無泄漏、無污染等優(yōu)點,能夠保證人體和各種用電設(shè)備的安全,而且在整個壽命期間,無需任何維護,從而揭開了鉛酸蓄電池發(fā)展歷程新的一頁。眾所周知,通信設(shè)備一般都采用免維護電池作為備用電源,許多電子設(shè)備必須的不間斷電源系統(tǒng)(UPS)也離不開免維護電池,此外在應(yīng)急燈、汽車、游艇中也越來越多的選用免維護電池。然而,由于充電方法不正確,充電技術(shù)不能適應(yīng)免維護電池的特殊需求,造成電池很難達到規(guī)定的循環(huán)壽命。基于此,本文提出了一種用于全密封免維護鉛酸蓄電池的智能充電器設(shè)計方案,采用先進的三段式充電控制方法,有效地提高充電效率,延長電池壽命。

1蓄電池充電特性及充電技術(shù)現(xiàn)狀

容量和壽命蓄是電池的重要參數(shù),蓄電池的額定容量(C)通常作為電池充放電速率的單位,例如100A·h的蓄電池,采用20A電流充電時,充電速率為C/5。不正確的充電方式不僅會降低電池的儲能容量,還會縮短電池的使用壽命。上世紀(jì)60年代末期,美國科學(xué)家馬斯(Mascc)提出了以最低出氣率為前提的蓄電池可接受充電電流曲線如圖1所示,其充電電流軌跡為一條呈指數(shù)規(guī)律下降的曲線。

圖1蓄電池可接受充電電流曲線

傳統(tǒng)的充電方式無論是定電壓充電還是定電流充電均不能提高電池的充電效率,而依據(jù)圖1充電曲線提出的三段式充電理論則可以大大提高電池的充電效率,縮短充電時間,并能有效延長電池壽命。三段式充電采用先恒流充電,再恒壓充電,最后采用浮充進行維護充電。一般分為快速充電、補足充電、涓流充電三個階段。

快速充電階段:用大電流對電池進行充電以迅速恢復(fù)電池電能,充電速率可以達1C以上,此時充電電壓較低,但會限制充電電流在一定數(shù)值范圍之內(nèi)。

補足充電階段:相對于快速充電階段,補足充電階段又可以稱為慢速充電階段。當(dāng)快速充電階段終止時,電池并未完全充足,還需加入補足充電過程,補足充電速率一般不超過0.3C,因為電池電壓經(jīng)過快速充電階段后有所升高,所以補足充電階段的充電電壓也應(yīng)該有所提升,并且恒定在一定范圍之內(nèi)。

涓流充電階段:在補足充電階段后期,當(dāng)檢測到溫度上升超過極限值或充電電流減小到一定值之后,開始用更小的電流進行充電直至滿足一定的條件后結(jié)束充電。

2電路組成部分

本文所介紹的充電器其充電對象為24V鉛酸蓄電池,輸入電壓范圍為交流100~240V,28V輸出時額定輸出電流為4A。該充電器電路由三部分組成,主電路、PWM芯片UC3842控制電路、單片機S3C9454控制電路,整體電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。由于該充電器功率為100W左右,故功率部分采用成本較低的單端反激電路,利用UC3842作為主電路控制IC。輸出端繼電器僅在單片機檢測符合充電條件后閉合,充電器才能對電池進行充電。



圖2充電器電路原理框圖

UC3842為電流型脈寬調(diào)制器,具有管腳數(shù)量少、外圍電路簡單、安裝與調(diào)試簡便、性能優(yōu)良、價格低廉等特點,特別適合用于低成本的小功率反激電路。由于該應(yīng)用電路已極為成熟,此處就不詳加敘述。

S3C9454是三星推出的一款性價比很高的8位單片機,僅20個引腳,具有多個可編程配置的I/O口和一個8位高速PWM輸出端口,內(nèi)部集成了定時/計數(shù)器、9通道10位A/D轉(zhuǎn)換器,可以分別對電壓、電流及溫度信號進行采樣,豐富的資源可以很方便地實現(xiàn)三段式充電控制功能及輸出過壓、過流保護、溫度補償、計時充電等功能。

為實現(xiàn)三段式充電,電路必須能夠改變充電電壓進而改變充電電流。充電電壓的調(diào)整電路如圖3所示,單片機對電流、電壓和溫度信號檢測之后進行判斷,再輸出一定大小占空比的PWM信號,送至與輸出電壓取樣電阻R6并聯(lián)的電阻R7,改變PWM信號的占空比即改變它的平均電平,再通過電阻R7來改變輸出電壓基準(zhǔn)值設(shè)定。

圖3輸出電壓反饋調(diào)整電路

本方案中MCU電路供電電源不需要額外的輔助電源,只需從主電路的輸出端引出,利用精密穩(wěn)壓器件TL431和電阻、電容等少數(shù)元件即可得到較為精確的+5V電平,其電路如下圖4所示。



圖 4 MCU供 電 電 路

3控制過程介紹

上電之后,MCU先檢測電池有無反接、電池電壓、電池溫度等信息,然后進行判斷是否讓繼電器導(dǎo)通對電池進行充電。滿足條件之后,即開始充電。為保護由于過放電而造成電壓偏低的電池遭

受進一步損害,還設(shè)置了預(yù)充電階段,即檢測電池電壓偏低時,先給予一小電流充電直至電池電壓回復(fù)至正常水平再轉(zhuǎn)入快速充電階段。

快速充電階段:剛開始充電時電池電壓較低,初始充電電流會較大,利用UC3842的腳3實現(xiàn)限流功能,當(dāng)輸出電流變大,腳3檢測電壓超過1V時, UC3842輸出脈沖便會關(guān)斷直至下個周期腳3電平降為1V以下。經(jīng)簡單計算,設(shè)定原邊電流取樣電阻大小即可調(diào)整限流值。本方案中限制快速沖電電流不能超過4.5A。由圖3可知,當(dāng)充電電壓小于27.5V時,光耦為斷路,電壓環(huán)未參與調(diào)節(jié),依靠原邊限流電路實現(xiàn)恒功率輸出。經(jīng)過快速充電階段以后,電池電壓會有所上升,充電電流會減小,當(dāng)單片機檢測到充電電流減小到一定值或達到一定時間之后即轉(zhuǎn)入補足沖電階段。

補足充電階段:當(dāng)輸出電壓上升至27.5V以上,光耦回路開通,電壓環(huán)開始起作用參與輸出電壓的調(diào)整,實現(xiàn)恒壓功能,同時單片機PWM端口一定占空比的脈沖以調(diào)整輸出電壓,使充電電壓穩(wěn)定在28.8~29.8V的范圍之內(nèi)。當(dāng)單片機檢測充電電流減小到一定值之后或者達到一定時間之后即轉(zhuǎn)入涓流充電階段。

涓流充電階段:在此階段用不超過0.7A的電流對電池進行充電,以補充電池由于自放電而損失的電量。單片機PWM端口輸出一定占空比的脈沖調(diào)整輸出電壓穩(wěn)定在26.8~27.4V之間。當(dāng)檢測到充電電流下降到0.3A或浮充時間結(jié)束時,停止充電。同時單片機不斷檢測電池端電壓,當(dāng)端電壓下降到一定程度,充電器自動進入大電流充電狀態(tài)。

4保護功能簡介及程序流程圖

電池反接保護功能:當(dāng)MCU檢測到電池極性接反之后,繼電器不會開通充電。

過放電電池充電保護:電池過放電之后電壓會偏低,此時若進行大電流充電很容易過充損壞電池,當(dāng)單片機檢測到電池電壓較低時就先轉(zhuǎn)入預(yù)充電階段。

輸出過壓保護:當(dāng)MCU檢測到電池電壓過高,充電器立刻轉(zhuǎn)入浮沖階段。

輸出過流保護:此項保護功能由UC3842完成。

過溫保護:通過附加在電池表面的熱敏電阻實現(xiàn)溫度采樣,由MCU改變PWM占空比來實現(xiàn)溫度補償,防止電池溫度上升過高。

軟件基本流程如下圖5所示。實測的充電電壓、電流如圖6所示。

圖5軟件基本流程



圖6充電器充電曲線

5結(jié)語

依據(jù)此設(shè)計方案制作的三段式蓄電池充電器,可適應(yīng)AC 100~240V寬范圍電壓輸入,可對24V/48A·h以下容量的蓄電池進行高效率充電,經(jīng)實際測試,較好地實現(xiàn)了三段式充電,該產(chǎn)品現(xiàn)已順利實現(xiàn)量產(chǎn)。


作者:丁志亮,李建婷,李又幾

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點,本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實性等。需要轉(zhuǎn)載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請及時聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫毥谦F公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關(guān)鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運行,同時企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險,如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機 衛(wèi)星通信

要點: 有效應(yīng)對環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競爭力 堅持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強核心競爭優(yōu)勢...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運營商 數(shù)字經(jīng)濟

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術(shù)學(xué)會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動現(xiàn)場 NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動力信息技術(shù)(集團)股份有限公司(以下簡稱"軟通動力")與長三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉