智能充電器課程設計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　概述..................................... (3)</p><p>　　1.1智能充電器.............................(3)</p><p>　　1.2蓄電池充電器..........................

2、.(3)</p><p>　　蓄電池特性和充電介紹...................... (4)</p><p>　　2.1蓄電池介紹.............................(4)</p><p>　　2.2蓄電池充電特性介紹.....................(5)</p><p>　　智能充電器電路設計介紹.

3、....................(6)</p><p>　　3.1設計思想...............................(6)</p><p>　　3.2整體框圖...............................(6)</p><p>　　3.3補充...................................(6)<

4、;/p><p>　　智能充電器各部分電路.......................(7)</p><p>　　4.1電源...................................(7)</p><p>　　4.2恒流源設計.............................(8)</p><p>　　4.3涓流源設計....

5、.........................(9)</p><p>　　4.4三五計數(shù)器的接入功能...................(9)</p><p>　　4.5實際檢測..............................(10)</p><p>　　電路的安裝與調(diào)試..........................(11)</p>

6、;<p>　　5.1仿真電路..............................(11)</p><p>　　5.2各部分原件仿真參數(shù).................（12）</p><p>　　5.3實驗總結............................(14)</p><p>　　附錄 1心得體會..............

7、................(17)</p><p>　　2儀表器件清單.........................（18）</p><p>　　3參考文獻..............................(19)</p><p>　　鳴謝..........................................(20)</p&g

8、t;<p><b>　　概述</b></p><p><b>　　1.1智能充電器</b></p><p>　　可充電電池具有較高的性能價格比、放電電流大、壽命長等特點，廣泛應用于各種通信設備、儀器儀表、電氣測量裝置中。但是不同類型的電池如鎳鎘電池（Nicd）、鎳氫電池（NiMH）和鋰離子電池具有不同的充電特性和過程。不同的電池應采

9、用不同的充電控制技術。常用的控制技術有：電壓負增量控制、時間控制、溫度控制、最高電壓控制技術等。其中電壓負增量控制是目前公認的較先進的控制方法之一。充電時，當測量到電池電壓負增量時就可以確定該電池己經(jīng)充滿，從而將充電轉變?yōu)殇噶鞒潆姟r間控制預定充電時間，當充電時間達到后，使充電器停止充電或轉為涓流充電，這種方法較安全。溫度控制法是當電池達到充滿狀態(tài)時，電池溫度上升較快，測量電池溫度或溫度的變化，從而確定是否對電池停止充電。最高電壓控制則

10、是根據(jù)充電電池的最高允許電壓來判斷充電狀態(tài)，這種方法靈活性較好。本文介紹一種智能充電器，能對鎳鎘電池（Nicd）、鎳氫電池（NiMH）和鋰離子電池進行充電，并對充電電池具有自動檢測能力。</p><p><b>　　1.2蓄電池充電器</b></p><p>　　鉛酸蓄電池充電器引采用三段式充電，品質(zhì)優(yōu)，性能好，充電飽和度高，能夠提升蓄電池的使用壽命。需通過通過UL、

11、CE認證，并且符合RoHS指令。</p><p>　　目前，鉛酸蓄電池充電器已經(jīng)發(fā)展到第五代， [1]最新升級版充電器是在第四代繼電器保護的基礎上采用更先進的集成IC電腦芯片控制系統(tǒng)，技術更加先進，充電過程更加智能化；它具有充電電壓和電瓶容量范圍廣、短路自動保護、安全系數(shù)高、熱量小、效率高、對電瓶無任何損害、體積小重量輕便于安置等特點。是現(xiàn)在市場上最先進的智能充電器?？捎米髂ν熊嚒㈦妱榆?、汽車--12V/1Ah-

12、28Ah電瓶、蓄電池的充電； </p><p>　　第二章 蓄電池特性及充電介紹</p><p><b>　　2.1蓄電池介紹</b></p><p>　　定義：放電到一定程度后，經(jīng)過充電又能復原續(xù)用的電池。 </p><p>　　蓄電池是電池中的一種，它的作用是能把有限的電能儲存起來，在合適的地方使用。它的工作原理就是

13、把化學能轉化為電能。 </p><p>　　它用填滿海綿狀鉛的鉛板作負極，填滿二氧化鉛的鉛板作正極，并用1.28%的稀硫酸作電解質(zhì)。在充電時，電能轉化為化學能，放電時化學能又轉化為電能。電池在放電時，金屬鉛是負極，發(fā)生氧化反應，被氧化為硫酸鉛；二氧化鉛是正極，發(fā)生還原反應，被還原為硫酸鉛。電池在用直流電充電時，兩極分別生成鉛和二氧化鉛。撤去去電源后，它又恢復到放電前的狀態(tài)，組成化學電池。鉛蓄電池是能反復充電、放電

14、的電池，叫做二次電池。它的電壓是2V，通常把三個鉛蓄電池串聯(lián)起來使用，電壓是6V。汽車上用的是6個鉛蓄電池串聯(lián)成12V的電池組。鉛蓄電池在使用一段時間后要補充蒸餾水，使電解質(zhì)保持含有22～28%的稀硫酸。 </p><p>　　放電時,電極反應為:PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- = PbSO4 + 2H2O </p><p>　　負極反應: Pb + SO42- - 2e

15、- = PbSO4 </p><p>　　總反應: PbO2 + Pb + 2H2SO4 === 2PbSO4 + 2H2O (向右反應是放電,向左反應是充電) </p><p>　　圖2.1 常見蓄電池</p><p>　　鉛酸蓄電池產(chǎn)品主要有下列幾種，其用途分布如下： </p><p><b>　　圖2.2 蓄電池<

16、/b></p><p>　　起動型蓄電池：主要用于汽車、摩托車、拖拉機、柴油機等起動和照明； </p><p>　　固定型蓄電池：主要用于通訊、發(fā)電廠、計算機系統(tǒng)作為保護、自動控制的備用電源； </p><p>　　牽引型蓄電池：主要用于各種蓄電池車、叉車、鏟車等動力電源； </p><p>　　鐵路用蓄電池：主要用于鐵路內(nèi)燃機車、電力

17、機車、客車起動、照明之動力； </p><p>　　儲能用蓄電池：主要用于風力、太陽能等發(fā)電用電能儲存；</p><p>　　2.2蓄電池充電特性</p><p>　　電動車用蓄電池的容量以下列條件表示之： </p><p>　　蓄電池◎電解液比值　1.280/20℃ </p><p>　　◎ 放電電流　5小時的電流

18、</p><p>　　◎ 放電終止電壓　1.70V/Cell </p><p>　　◎ 放電中的電解液溫度　30±2℃ </p><p>　　1.放電中電壓下降 放電中端子電壓比放電前之無負載電壓（開路電壓）低，理由如下： </p><p>　　(1)V=E-I.R </p><p>　　V：端子電壓(V)　

19、I：放電電流(A) </p><p>　　E：開路電壓(V)　R：內(nèi)部阻抗(Ω) </p><p>　　(2)放電時，電解液比重下降，電壓也降低。 </p><p>　　(3)放電時，電池內(nèi)部阻抗即隨之增強，完全充電時若為1倍，則當完全放電時，即會增強2～3倍。 </p><p>　　用于起重時之電瓶電壓之所以比用于行走時的電壓低，乃是由于起

20、重用之油壓馬達比行走用之驅動馬達功率大，因此放電流大，則上式的I.R亦變大。 </p><p>　　2.蓄電池之容量表示 </p><p>　　在容量試驗中，放電率與容量的關系如下： </p><p>　　5HR....1.7V/cell </p><p>　　3HR....1.65V/cell </p><p>　　

21、1HR....1.55V/cell </p><p>　　嚴禁到達上述電壓時還繼續(xù)繼續(xù)放電，放電愈深，電瓶內(nèi)溫會升高，則活性物質(zhì)劣化愈嚴重，進而縮短蓄 </p><p>　　第三章 智能充電器電路設計介紹</p><p><b>　　3.1整體思想：</b></p><p>　　根據(jù)該課程設計要求和任務。該智能充電器在電

22、池沒電（低電壓）時報警并充電(快充)，充到一定值時轉為慢充，充滿后停充?；驹O計是在電池低電平時設為5.8v由電池電壓輸入35計時器來控制使電路打開進行快速充，充到一定11v值后轉為慢充，充滿后停止。</p><p><b>　　3.2整體框圖</b></p><p>　　圖3.1 智能充電器整體設計圖</p><p>　　該設計是基于三五

23、計時器下的充電器電路。由220v市電接入完成對12v蓄電池的充電。智能充電器控制系統(tǒng)設計過程中，主要側重點是保證充電器對充電電池電壓的精確控制，設計中元器件的選型也都是圍繞著這個重點來完成的。</p><p><b>　　3.3 補充</b></p><p>　　本次設計是在multisim10 環(huán)境下模擬出的，實際種可能沒有在理想化元器件，該設計中均以理想化處理&

24、lt;/p><p>　　第四章 智能充電器部分電路分析</p><p><b>　　4.1電源</b></p><p>　　圖4.1 電源部分</p><p>　　如圖所示充電器由220v市電接入，經(jīng)變壓器變壓后可得到13v交流電壓，然后進過整流1B4B42，整流后可得到基本穩(wěn)定的直流，再進過電容濾波后得到基本穩(wěn)定的直流，

25、最后通過12v穩(wěn)壓管1N4742穩(wěn)壓后得到12v直流源。</p><p><b>　　4.2恒流源設計</b></p><p>　　直接利用三端穩(wěn)壓集成塊LM7812與電阻R1構成 恒流源。Io=V23／Rl+IQ,其中IQ 1．5mA，可忽略。V∞=12V，RI的實現(xiàn)同上。I=4A，R=12／4=3P=I2XO．4=4．8W，選用3On／5W 的水泥電阻。T3組成的

26、鏡像電流源，可以提高制作的簡易性，適合要就不那么高的場合。最后值得提一下的是電源變壓器的選用。假如輸出的電壓為12V，而流過的最小電流是4．4A，則P=4．4X12=52．8W。所以變壓器的功率必須大于這個數(shù)，如果小于，則變壓器會很快發(fā)燙，弄不好要燒東西的。通常變壓器的取值，為電路功率的2倍。例如．在這次電路中，電路功率P=52．8W，則2X52．8、105．6W．所以，變壓器功率取值100W。</p><p>

27、　　圖4.2 電流源原理圖</p><p><b>　　模擬電路圖如下</b></p><p>　　圖4.3 設計電流源</p><p>　　圖4.3簡化了電源，但保持了恒定輸出電流，如上圖所示測出負載電流為</p><p>　　圖4.4 實測電流數(shù)據(jù)</p><p>　　改變負載值，電流

28、不變，即達到恒流效果。</p><p>　　4.3小電流電路（涓流充電）</p><p>　　在圖4.3所示中I=4A，R=12／4=3P,若想得到恒定小電流只需將R阻值變大即可，取1.1k，可得輸出電流為32ma，滿足涓流充電要求。</p><p>　　4.4三五計數(shù)器的接入功能</p><p>　　圖4.5 三五計數(shù)器控制部分電路<

29、;/p><p>　　在整個電路中三五計時器是起著控制的作用，圖4.5中蓄電池假設以大電容代替，當電池電壓低于5.8v時，傳入第一個三五計時器中的電壓為5.8v，該三五計時器受電源和穩(wěn)壓管作用Vcc=12V,當輸入6端和2端的電壓小于2/3Vcc</p><p>　　時3端輸出低電平，此時經(jīng)過74ls00變換，喇叭報警，繼電器K1打開，電路對電池充電，當電池電壓達到11v時，傳入第二個三五計時器

30、的電壓經(jīng)3v穩(wěn)壓管分壓后電壓為8v，由于該三五計時器Vcc=12V,當2端和6端輸入大于8v，即大于2/3Vcc時，3端輸出高電平，此時K2打開，K3閉合，電路跳到涓流充電模式，當電路達到12v充滿時，傳入第一個三五計時器的電壓信號為8v，即大于2/3Vcc,3端輸入高電平整個電路斷開。</p><p><b>　　4.5實際檢測</b></p><p>　　圖4.6

31、 蓄電池充電電流示意圖</p><p>　　第五章電路的安裝與調(diào)試</p><p><b>　　5.1電路仿真：</b></p><p>　　該電路是在multisim10仿真下完成的，用于軟件中并沒有蓄電池虛擬軟件，所以在電路中以電容代替，并取得了一定的代替效果，其中恒流源的設計和三五計時器的安排是電路的核心部分，三五計時器起的是控制作用，而

32、電流源則是充電的主要手段，本設計中取消了恒壓充電法，原因在于恒壓時電池的實際電壓不易測量，需要沒隔一段時間斷開整個電路來測量，但這大大加深了設計的難度。均衡充電是本充電器的一個重要特點。在充電的過程中，由于電池的質(zhì)量不相同，容量小、質(zhì)量差的電池端電壓在充入相同電量后會出現(xiàn)電壓增長比另一個電池多的情況，如果不采取措施，它們的電壓差將會增大，以至其中一個電池很快達到規(guī)定的安全電壓，充電過程也將被迫停止。此時應該停充電壓高的電池，即均衡充電。

33、這樣有利于恢復電池內(nèi)受損的單元，使充電過程能順利地進行下去。這種控制主要是通過軟件實現(xiàn)的，在系統(tǒng)程序轉人中斷程序后（如圖2 a），系統(tǒng)開始對電壓進行采樣，檢查電池電壓值是否超過最大允許值，若超過，則使用單片機的PWM功能進行調(diào)節(jié)。電壓正常之后，便對電流進行采樣，并對電流時間做乘積，然后跳出中斷程序。以后每經(jīng)過采樣時間間隔后，都會重復以上步驟，而且要累加電</p><p>　　5.2電路仿真各部分參數(shù)</p&

34、gt;<p>　　5.2.1電源 </p><p>　　圖5.1 模擬電源</p><p><b>　　實測數(shù)據(jù)</b></p><p>　　圖5.2 實測電源數(shù)據(jù)</p><p><b>　　5.2.3整流濾波</b><

35、/p><p>　　圖表 5.4 整流濾波</p><p><b>　　測試結果</b></p><p><b>　　圖5.5 測試結果</b></p><p><b>　　5.3實驗總結</b></p><p>　　實際生活中電池的充電波形如下圖所示<

36、;/p><p><b>　　電池充電實際波形</b></p><p>　　圖5.6 充電原理圖</p><p>　　充電器有很多，如鉛酸蓄電池充電器、閥控密封鉛酸蓄電池的測試與監(jiān)測、鎘鎳電池充電器、鎳氫電池充電器、鋰離子電池充電器、便攜式電子設備鋰離子電池充電器、鋰離子電池保護電路多功能充電器、電動車蓄電池充電器、車充等。 </p>

37、<p>　　用充電器給電池充電時，一定要按電池的充電說明書選用合適規(guī)格的充電器，并正確連接。否則會出現(xiàn)用電器損壞或安全事故，建議選用智能型充電器，因為其保護完善。一般不會出現(xiàn)事故</p><p>　　實際生活中，充電器種類多種多樣</p><p>　　圖5.6 實際生產(chǎn)中的電路原理圖</p><p>　　圖5.6中AT89C2051、ADC0832與

38、MAX846A一起構成充電器的核心。單片機的兩個PWM輸出(P1.3 ,P1.4)，經(jīng)輸出濾波分別與MAX846A的VSET以及ISET相連，以控制充電電壓及電流,其中P1.3控制浮動電壓，,P1.4控制充電電流。從ISET端引出電流量，BATT端電池分壓器讀出電壓量，引入微控制器，連續(xù)測量充電電壓及電流。由于從ISET以及VSET讀出的量均為模擬量，而AT89C2051內(nèi)部沒有A／D轉換，所以需要外部增加A／D轉換器ADC0832。A

39、T89C2051串行口工作于移位方式，P3.0為數(shù)據(jù)輸出線，P3.l為時鐘線。它有128個8位的RAM，2KB的程序存儲空間，完全滿足充電器的使用要求。在充電器中主要用來控制 MAX846A對電池的充電與否、實時檢測充電器的狀態(tài)及時顯示，4個共陽極 LED和4片串行輸入、并行輸出的 74HC164構成顯示電路。 </p><p>　　ADC0832為8位串行逐次逼近式A/D轉換芯片，實時檢測充電電流、電壓的大小，

40、該芯片的二個模擬量輸入通道是可編程軟結構的，可由串行輸入口的3位串行控制字指定通道，并決定是單端輸入還是差分輸入方式，設計中選擇二個模擬量輸入通道（CH0和CH1）交替輸入。MAX846A是一種高性能充電芯片，它適用于鎳鎘電池（Nicd）、鎳氫電池（NiMH）和鋰離子電池等。 </p><p>　　電路中用單片機的PWM輸出特性對充電電池電流進行控制，這樣設計的優(yōu)點是：用數(shù)字量對電流控制可達到很高的精確程度，可以

41、適合不同種類不同容量的電池對充電電流的不同要求.其中脈寬調(diào)制有2個參數(shù)特別重要:一是工作頻率，在一定范圍內(nèi)，脈寬調(diào)制的工作頻率越高，所需電感越小。二是單步調(diào)整的分辨率，如果脈寬調(diào)制欲輸出穩(wěn)定度較高的充電電流，則需要較高的分辨率。例如在鎳氫/鎳鎘電池充電的各個階段，尤其是電池飽和充電判別點附近，對充電電壓的-△V進行采樣時，要求電池的充電電流要有較高的穩(wěn)定性或電流等效值恒定，這時就有賴于脈寬調(diào)制輸出穩(wěn)定的電流值.而對于鋰離子電池在其限壓充

42、電期間，其充電電流應可動態(tài)調(diào)整，以維持電池電壓的最大(但要小于最大充電電壓)而獲得較高的充電效率.</p><p>　　此外，設計中選擇濾波電容的主要依據(jù)是系統(tǒng)對電源紋波的要求。濾波電容的等效串聯(lián)電阻（ESR）是造成輸出紋波的主要因素，而且也會影響到轉換效率，因此應盡量選用低ESR的電容。陶瓷電容和鉭電解電容具有較低的ESR，也可選用低ESR的鋁電解電容，但應盡量避免標準鋁電解電容。容量一般在10μF～100μF

43、，對于較重的負載設計選取大一點的電容。</p><p>　　綜合比較，本設計主要是用于實驗，在實際生產(chǎn)中，往往會考慮更多的內(nèi)容。本次設計依據(jù)課程設計要求和任務計劃買總體完成了所給設計的要求，該電路，主要是自動充電，即不需要人為開啟或停止。在電阻的選用上，恒流源的設計中流過電流為4A，電阻為3歐姆，這樣功率會達到48w，這在設計生活中很難找到這么大的電阻，那么實際，可用多根電阻并聯(lián)來達到大電流輸出的要求。</

44、p><p>　　圖中R5可用多根電阻并聯(lián)即可。</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　1心得體會</b></p><p>　　兩周的課程設計結束了，在這次的課程設計中不僅檢驗了我所學習的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設計過程中

45、，與同學分工設計，和同學們相互探討，相互學習，相互監(jiān)督。學會了合作，學會了運籌帷幄，學會了寬容，學會了理解，也學會了做人與處世。</p><p>　　課程設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，著是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程．”千里之行始于足下”，通過這次課程設計，我深深體會到這句千古名言的真正含義．我今天認真的進行課程設計，學會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的

46、基礎．</p><p>　　通過這次模具設計，本人在多方面都有所提高。通過這次模具設計，綜合運用本專業(yè)所學課程的理論和生產(chǎn)實際知識進行一次冷沖壓模具設計工作的實際訓練從而培養(yǎng)和提高學生獨立工作能力，鞏固與擴充了冷沖壓模具設計等課程所學的內(nèi)容，掌握冷沖壓模具設計的方法和步驟，掌握冷沖壓模具設計的基本的模具技能懂得了怎樣分析零件的工藝性，怎樣確定工藝方案，了解了模具的基本結構，提高了計算能力，繪圖能力，熟悉了規(guī)范和標

47、準，同時各科相關的課程都有了全面的復習，獨立思考的能力也有了提高。</p><p>　　在這次設計過程中，體現(xiàn)出自己單獨設計模具的能力以及綜合運用知識的能力，體會了學以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時學習的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補。</p><p>　　在此感謝我們的老師.，老師嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣；老師循循善誘的教導和不拘一格的思路給予

48、我無盡的啟迪；這次模具設計的每個實驗細節(jié)和每個數(shù)據(jù)，都離不開老師您的細心指導。老師們開朗的個性和寬容的態(tài)度，幫助我能夠很順利的完成了這次課程設計。</p><p>　　同時感謝對我?guī)椭^的同學們，謝謝你們對我的幫助和支持，讓我感受到同學的友誼。 </p><p>　　由于本人的設計能力有限，在設計過程中難免出現(xiàn)錯誤，懇請老師們多多指教,我十分樂意接受你們的批評與指正，本人將萬分感謝。

49、</p><p><b>　　2儀表儀器清單</b></p><p><b>　　220v市電接入</b></p><p>　　220v轉14v變壓器 1個</p><p>　　直流繼電器開關1mH1Ω

50、 3個</p><p>　　整流二極管1B4B42 1個 </p><p>　　電容470uF 1個</p><p>　　電容330nF 1個&

51、lt;/p><p>　　電阻150Ω 2.2Ω 1.1kΩ 100kΩ 各1個</p><p>　　LM555cm 2片</p><p>　　74LS00 1片</p><

52、p>　　LM7812ct 1片</p><p>　　穩(wěn)壓二極管1N4742A 1N4749A 1N4684A </p><p><b>　　各1片</b></p><p><b>　　導線若干 </b></p&g

53、t;<p><b>　　萬用表</b></p><p><b>　　示波器</b></p><p><b>　　3參考文獻</b></p><p>　　[1] 童詩白主編．模擬電子技術基礎（第4版）．北京：高教出版社， 2006</p><p>　　[2]

54、 閻石主編 . 數(shù)字電子技術基礎（第五版）. 北京:高教出版社，2005</p><p>　　[3] 周志敏 周繼海 紀愛華編著 . 充電器電路設計與應用 . 人民郵電出版社2005</p><p>　　[4] 戴袁銘.相序表[J].電測與儀表,1982(11).</p><p>　　[5] 劉曉文.譚得健.便攜式多功能相序及電量測量儀[J].

55、煤炭科學技.1996(9). </p><p>　　[6] 楊秀雙.程序判別三相電壓相序錯誤的方法[J].工業(yè)儀表與自動化裝 置,1999(4).</p><p>　　[7] 陶增瑜.船舶岸電的斷相保護和相序自動調(diào)整[J].江蘇船舶,1997(1).</p><p>　　[8] 王效良,馬思樂,王劃一.電網(wǎng)相序和缺相監(jiān)測電路的設計[J].1997