邱健蓄电池组防止过充电保护控制

摘要：长期以来，由于传统的充电操控办法不当，铅酸蓄电池的运用寿命要短于其规划寿命。现在，对于蓄电池充电物理、化学进程的研讨现已比较老练，提出了很多合理的充电办法。一起，电子技能的发展，也为电池供给更智能、更杂乱的充电设备，两者的结合，对提高铅酸蓄电池的运用寿命有现实意义。下面就一种蓄电池充电操控体系的规划进行论述。

关键词：蓄电池组；单片机；充电操控

一、充电电路拓扑结构

体系主要由DC/DC主电路、充电操控器、充电采样电路、驱动电路、充电维护电路等部分组成。充电体系功率主电路为DC/DC改换器，选用单片机PWM输出，完成对功率开关管的通断操控，运用单片机片内的片内A/D转化模块，实时采样蓄电池的输入电压，输出电压，输入电流和温度等参数，以完成对蓄电池充电进程的智能操控。本充电体系能对输入过压、输出过压、输出过流等完成硬件维护功能，还具有充电LED指示功能，便于对充电进程进行简单的辨认和监控。

铅酸蓄电池的充电电路实际上便是DC-DC改换电路，共有6种根本拓扑结构，常用为Buck（降压）、Boost（升压）和Buck一Boost（降压一升压）3种。其它3种为SePIC、Zeta和Cuk，都是升降压改换。这类改换器适用于升降规模窄、输入输出间无须电气阻隔的场合。本充电操控体系输入直流电压在250V左右，规模改变不大。需充电蓄电池以24V蓄电池为例，输出功率不大于200W。综上剖析，本体系不需进行电气阻隔。

二、硬件电路规划

1.主电路

图1主电路原理图

图1所示为充电体系的功率主电路原理图，功率主电路由功率开关管VT1和VT2、箝位二极管D1和D2等组成。Uin为蓄电池直流输入电压，Uout为蓄电池输出电压。本充电体系的直流输入电压不高，且输出功率较小，而MOSFET具有开关速度快，简单驱动的优点，适用于小功率电路。因而，本充电体系主电路的功率开关管选用MOSFET。

2.单片机操控电路

图2单片机操控电路结构图

体系的充电操控器选用数字操控的方法，以单片机PIC16F877为核心，该单片机芯片内部集成的外围模块，品种和数量较多。其间捕捉/比较/脉宽调制CCP1和CCP2模块，与可编程定时器模块TMR1和TMR2合作可完成输入捕捉、输出比较和PWM功能。

PWM（脉宽调制）用来发生周期和脉宽可调的周期性方波信号，常用于驱动MOSFET、继电器等。另外，PIC16F877片内的ADC模块具有8个通道和10位分辨率的数模转化器，用来进行数模转化。以上资源，彻底可以完成蓄电池的充电操控。CCP1和CCP2输出PWM信号，驱动开关管的导通和关断。单片机的复用RA0端口和RE端口是A/D转化通道，用来进行数据采样。RB口和RC口作为普通I/O口，进行键盘输入和LED显现。片内的MSSP模块可以进行串口通讯。为了保证体系作业的稳定性，本规划选用的是欠电压复位。一旦发现VDD跌落到某一门限值时，就令芯片复位以免体系失控。

3.采样电路

1）温度检测电路

图3温度采样电路

温度检测办法很多，如运用温度传感器和热敏电阻等。PIC16F877有8通道和10位分辨率的数模转化器。如图3，R12和R13为热敏电阻，其阻值跟着温度的改变而改变。R12和R13串联接在单片机参阅电压AREF和地之间，从两个电阻之间的分压点引出一路信号，接至A/D转化通道AN0。AREF引脚还要加上一个电容进行解耦，经验值在0.1μF到1μF之间。上述办法完成了蓄电池环境温度的检测和补偿。

2）充电电流检测电路

图4充电电流采样电路

体系在激活充电和快充形式状况下，需要对充电电流进行操控，使其稳定。规划中，选用霍尔电流传感器进行电流检测。闭环霍尔电流传感器的精度高、线性度较好，响应时间快（小于1uS），温漂小。依据蓄电池的参数，选择的霍尔传感器的额外丈量电流Ipn为20A，线性规模Ip在0-±30A之间。电源电压为±15V，如图4所示，+VCC和-VCC别离接+15V和-15V电源。负载电阻R2的作用发生压降，将电流信号转为电压信号，其推荐值在50Ω-150Ω之间，规划选用中心值100Ω。图中RC电路的作用是对采样电压信号进行滤波，然后将信号送入PIC单片机的A/D转化通道AN5引脚进行数模转化。

三、充电形式软件规划

体系选用技能较老练的阶段充电办法，分为四个阶段，即激活充电、快速充电、过充和浮充。其间激活充电是为了在电池过度放电的情况下，维护蓄电池的一种措施。在正常情况下，电池充电还是三个阶段。快速充电是指在充电初期，大电流稳定充电；当电池端电压上升到必定值时，进行恒压充电（过充）；当输入电流逐渐减小，到必定数值时，再进行小电流稳定充电（浮充）。依据体系蓄电池的参数（额外电压24V，额外容量20Ah）来确定各个充电阶段切换的临界值。1）过放状况：当蓄电池端电压小于21V时，则处于过度放电状况，需要先进行激活充电。充电电流推荐值为充电流设定为0.2C10，为0.4A。2）快速充电：假如蓄电池端电压大于21V，则进行大电流恒流充电，推荐值为2C10，4A。此进程可使蓄电池端电压迅速上升。3）过充：当蓄电池电压升至27.8V时，进入恒压阶段。4）浮充：在上一阶段进程中，充电电流逐渐减小，到0.8A时，开端进行小电流恒流浮充，一直到充电完毕。软件流程见图5。

在需要直接快速充电的情况下，运用按键切换到脉冲充电方法。首先用脉冲电流对电池充电，然后停止充电，一段时间后再开端充电，循环往复。

图5充电软件流程图

完毕语：

规划的蓄电池充电操控体系，具有过充过放维护和温度补偿。经过测验，体系显现出杰出的操控作用，不只提高了充电的作业效率，一起也维护了所运用的蓄电池，有效地延长了蓄电池的运用寿命。在低碳环保方面，具有必定的社会效益和广泛的推广价值。