摘 要：設(shè)計(jì)了一種基于P89LPC933單片機(jī)控制的大功率智能充電器，提出了四階段充電控制方法。結(jié)合主電路和MCU控制電路詳細(xì)地闡述了其控制策略以及充電器的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。與市場(chǎng)上典型的充電器做了橫向比較與總結(jié)。
關(guān)鍵詞：89LPC933單片機(jī) SG3525A 四階段充電 大功率充電器
鉛酸蓄電池因?yàn)槠渚S護(hù)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、供電可靠、使用壽命長(zhǎng)而被廣泛用作汽車、飛機(jī)、輪船等機(jī)動(dòng)車輛或發(fā)電機(jī)組的啟動(dòng)電源,同時(shí)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(yán)重的過(guò)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(yàn)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%。基于此，本文提出一款基于P89LPC933單片機(jī)的智能充電器的設(shè)計(jì)方案，采用先進(jìn)的四階段充電控制方法。該充電器可以實(shí)時(shí)采集電池的電壓、電流，對(duì)充電過(guò)程進(jìn)行智能控制和全面管理，使充電過(guò)程按理想的充電曲線進(jìn)行，解決了普通充電器對(duì)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(guò)壓、過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)功能，并以聲光形式進(jìn)行提示，既能快速充電又能對(duì)蓄電池進(jìn)行有效的保護(hù)。
1 智能充電器的充電技術(shù)
國(guó)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(jìn)行，電壓會(huì)慢慢上升，到充電后期電壓上升到13.8V時(shí)，如果不對(duì)充電電壓進(jìn)行限制，容易使電池處于過(guò)充電狀態(tài)，導(dǎo)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(diǎn)主要是：由于電壓恒定，在充電初期電池電動(dòng)勢(shì)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(guò)小，使充電時(shí)間延長(zhǎng)，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(guò)大，采用限流充電，后期為避免電壓過(guò)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(guò)充判斷、浮充控制、溫度補(bǔ)償?shù)却胧�，形成一個(gè)簡(jiǎn)單的充電管理系統(tǒng)，蓄電池可以在這個(gè)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(shí)上，在實(shí)際的使用過(guò)程中，閑置的蓄電池常常會(huì)過(guò)度放電，如果一開(kāi)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(xué)物質(zhì)以最大優(yōu)化電池的性能。所以在開(kāi)始的時(shí)候采用較小電流激活充電，能使極板表層充分激活而不過(guò)量脫粉，深層各處也能得到充分激活，經(jīng)過(guò)激活修復(fù)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(duì)這些特點(diǎn)，應(yīng)用信息技術(shù)進(jìn)行控制，能有效地使實(shí)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(dá)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，筆者在對(duì)鉛酸蓄電池的充電控制中設(shè)計(jì)了四階段充電曲線，如圖1所示(以12V/200Ah電池組的充電過(guò)程為例)。
1.1 激活充電
充電器開(kāi)始工作后，通過(guò)單片機(jī)采集蓄電池的端電壓進(jìn)行檢測(cè)，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(shuō)明蓄電池曾經(jīng)過(guò)度放電。為避免對(duì)蓄電池充電電流過(guò)大,造成熱失控,對(duì)蓄電池實(shí)行穩(wěn)定小電流激活充電，激活蓄電池，隨著激活充電的進(jìn)行,電池電壓開(kāi)始上升,當(dāng)電池電壓上升到能接受大電流充電的閥值電壓10.5V時(shí),則轉(zhuǎn)入恒流充電階段。反之視為激活充電失敗，重復(fù)3次激活充電后，電池端電壓依然不能升到指定值，則認(rèn)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(jī)不斷檢測(cè)電池端電壓，當(dāng)電池電壓達(dá)到飽和電壓14.7V時(shí)，恒流充電狀態(tài)終止并轉(zhuǎn)為恒壓充電。
1.3 恒壓充電
恒壓充電電壓值為14.7V,它是蓄電池節(jié)數(shù)與蓄電池溫度的函數(shù)。恒壓充電時(shí)，通過(guò)PWM調(diào)制器調(diào)節(jié)，使充電電壓保持不變，充電電流不斷下降，當(dāng)充電電流下降到恒流狀態(tài)下充電電流的1/10時(shí)，即5A時(shí)，終止恒壓充電并轉(zhuǎn)為涓流浮充。
1.4 涓流浮充電
涓流浮充時(shí)蓄電池的充電電壓必須保持一恒定值，這里選擇充電電壓恒為13.8V。在該電壓下，充入的電量應(yīng)足以補(bǔ)償蓄電池由于自放電而損失的能量。
2 智能充電器的硬件設(shè)計(jì)
基于P89LPC933的大功率智能充電器的系統(tǒng)組成如圖2所示，市電經(jīng)EMI濾波、全橋整流后變?yōu)橹绷鞲邏�，然后通過(guò)PFC電路進(jìn)行功率因數(shù)校正，再經(jīng)半橋DC-DC隔離變換器降壓和整流濾波后即可獲得電池充電所需的低壓直流。
