基于P89LPC933的大功率智能充電器的設(shè)計

鉛酸蓄電池因為其維護簡單、價格低廉、供電可靠、使用壽命長而被廣泛用作汽車、飛機、輪船等機動車輛或發(fā)電機組的啟動電源,同時也在各類需要不間斷供電的電子設(shè)備和便攜式儀器儀表中被用作一些電器及控制回路的工作電源。然而，由于充電方法的不正確，存在嚴重的過充、欠充現(xiàn)象，直接影響了蓄電池的技術(shù)狀態(tài)和循環(huán)使用壽命。Power Smart公司根據(jù)多次試驗結(jié)果得出結(jié)論：若采用合適的充電方式，電池的使用壽命大約可提高30%?；诖?，本文提出一款基于P89LPC933單片機的智能充電器的設(shè)計方案，采用先進的四階段充電控制方法。該充電器可以實時采集電池的電壓、電流，對充電過程進行智能控制和全面管理，使充電過程按理想的充電曲線進行，解決了普通充電器對蓄電池充電的技術(shù)難題，并且充電電流可在0～50A范圍內(nèi)任意設(shè)定，具有完善的過壓、過流、過熱保護功能，并以聲光形式進行提示，既能快速充電又能對蓄電池進行有效的保護。
1 智能充電器的充電技術(shù)
國內(nèi)外鉛酸蓄電池的充電方法目前主要有恒流、恒壓、恒壓限流充電法。恒流充電方法隨著充電的進行，電壓會慢慢上升，到充電后期電壓上升到13.8V時，如果不對充電電壓進行限制，容易使電池處于過充電狀態(tài)，導致電池有大量的水發(fā)生分解以及活性物質(zhì)容易脫落，縮短電池壽命。恒壓充電法存在的缺點主要是：由于電壓恒定，在充電初期電池電動勢小，所以充電電流很大，容易造成極板的彎曲和活性物質(zhì)的脫落，而且設(shè)備必須適應(yīng)充電初期的大電流；充電末期電流過小，使充電時間延長，且容易充電不足。
恒壓限流充電法則避免了以上兩種充電方法的不足，充電初期為避免電流過大，采用限流充電，后期為避免電壓過大而采用恒壓充電。因此恒壓限流充電是一種比較有效的充電方式，再加上采用智能化的過充判斷、浮充控制、溫度補償?shù)却胧?，形成一個簡單的充電管理系統(tǒng)，蓄電池可以在這個系統(tǒng)下更好地工作。恒壓限流充電方式是目前大多數(shù)電池廠商推薦的充電方式。
目前，大多數(shù)充電器采用的恒壓限流充電方式都是三階段充電^[1-2]，即恒流充電、恒壓充電和涓流浮充電。事實上，在實際的使用過程中，閑置的蓄電池常常會過度放電，如果一開始就采用較大的電流恒流充電，容易造成熱失控，不利于激活電池內(nèi)的化學物質(zhì)以最大優(yōu)化電池的性能。所以在開始的時候采用較小電流激活充電，能使極板表層充分激活而不過量脫粉，深層各處也能得到充分激活，經(jīng)過激活修復后的蓄電池更能經(jīng)久耐用。根據(jù)充電電池的原理，同種工藝的電池理想的充電曲線大致相似，只是具體的電壓數(shù)值有所差別。針對這些特點，應(yīng)用信息技術(shù)進行控制，能有效地使實際充電曲線擬合鉛酸蓄電池的最佳充電曲線，控制電池在正常溫升范圍之內(nèi)，提高充電的效率，達到最佳充電效果。綜合經(jīng)典的充電理論和前人的成果以及大量實驗數(shù)據(jù)，筆者在對鉛酸蓄電池的充電控制中設(shè)計了四階段充電曲線，如圖1所示(以12V/200Ah電池組的充電過程為例)。
1.1 激活充電
充電器開始工作后，通過單片機采集蓄電池的端電壓進行檢測，若電池電壓低于9.5V，充電器不工作。若電池電壓高于9.5V而低于10.5V，說明蓄電池曾經(jīng)過度放電。為避免對蓄電池充電電流過大,造成熱失控,對蓄電池實行穩(wěn)定小電流激活充電，激活蓄電池，隨著激活充電的進行,電池電壓開始上升,當電池電壓上升到能接受大電流充電的閥值電壓10.5V時,則轉(zhuǎn)入恒流充電階段。反之視為激活充電失敗，重復3次激活充電后，電池端電壓依然不能升到指定值，則認為電池失效。
1.2 恒流充電
大電流恒流充電,這里電流值為50A,因蓄電池容量而異,一般為0.4c(c為蓄電池組的容量)。在恒流充電狀態(tài)下，電池電壓不斷上升，單片機不斷檢測電池端電壓，當電池電壓達到飽和電壓14.7V時，恒流充電狀態(tài)終止并轉(zhuǎn)為恒壓充電。