1、1毕业论文开题报告机械设计制造及其自动化动力电池充电器设计单片机控制1选题的背景与意义在我们日程的生活中，动力电池充电器就是一个非常好用的充电器。传统的充电方法主要有恒流充电恒压充电，恒压限流，恒流限压，阶段充电等，这些方法控制简单，实现容易，时间较长。但是仍然是市场上的主流充电方法，铅酸蓄电池的应用已有100多年的历史，广泛应用于通信，交通等领域，是目前应用比较成熟的一种蓄电池。它可靠性好，原材料易得，技术和制造工艺比较成熟，价格便宜，比功率也基本能满足电动叉车的动力性要求。它的缺点是比能量较低，所占的质量和体积较大，使用寿命较短。但动力电池充电器由微电脑控制，使充电效率高且精确无误。确保了
2、电池不发生过充损坏，适合用户之需求。拿取起来比较方便方便，处理起来也是比较简单。随着计算机技术，电源技术，电子信息技术，智能监测技术等的发展，充电产品的功能越来越强大，在整体上呈现一种智能化的发展趋势。智能充电系统除具备基本的充电控制和显示功能外，一般都有如下特点能自动根据电池的状态自动选择最优充电方法；有良好的故障保护措施和强大的数据处理能力；可以与其它设备通讯，形成通讯网络，便于管理。作为这个动力电池充电器的核心单片机是器件级计算机系统，它可以嵌入到任何对象体系中去，实现智能化控制。小到微型机械，如手表、助听器。集成器件级的低价位，低到几元、十几元，足以使单片机普及到许多民用家电、电子玩具
3、中去。单片机构成的现代电子系统已深入到各家各户，正改变我们的生活，如家庭中的音响、电视机、洗衣机、微波炉、电话、防盗系统、空调机等。单片机革新了原有电子系统，如微波炉采用单片机控制后，可方便地进行时钟设置、程序记忆、功率控制；空调机采用单片机后不但遥控参数设置方便，运行状态自动变换，还可实现变频控制。目前许多家用电器如VCD、DVD只有单片机出现后才可能实现其功能。2研究的基本内容与拟解决的主要问题动力电池充电器设计（单片机）控制的基本内容设计280AH铅酸电池的充电器，充电参数为直流24V，最大电流50A，输入电压为交流220V，整个充2电时间约为10小时。充电控制使用51系列单片机完成。查
4、阅相关资料并了解单片机的电子方面的工作原理和了解动力电池充电器，联系实际生产生活，在老师的指导下提出自己的设计思路，参与实验，对单片机进行更加全面的了解，并结合实际数据来完成一些数据计算，完成动力电池充电器的设计和使其被单片机控制的设计，撰写设计说明书。其中需要做到的步骤是1，学习掌握动力电池的充电原理；2，学习掌握51系列单片机的原理、设计、编程；3，设计充电器的控制电路；4，设计充电器整机。该课题需要解决的问题如下1、铅酸电池的充电原理和将其变成由微机控制的动力电池充电器然后解决怎么加长充电的时间；2、51系列单片机的原理、设计和编程的方法，并运用到控制电路；3、做到定时充电在10小时左右
5、。并且提高充电效率；4、电路的故障保护。3研究的方法与技术路线本次设计的研究方法以做实验了解单片机的运用并运用到动力电池充电器为主，已实际的动手抄作实验并翻阅相关文献资料，在老师的指导帮助下逐步完善设计思路。动力电池充电器的设计（单片机控制）的技术路线由单片机来控制充电的时间，满了的话就可以控制断开，不满就控制进行闭合。这之前还是要对51系列单片机的原理、设计和编程的方法有足够的了解，并可以运用到控制电路中。如果采用较小的充电电流，则吸附在极板表面的气体相应减小，电池的端电压也略低，相反，如果充电电流过大，则会大量析气，加剧电化学极化的影响，此时，电池端电压较高。所以，不能通过电池端电压的高低
6、来判断电池充电的完成情况。蓄电池可接受初始电流能力与蓄电池的放电电流有关，放电电流越大，可接收初始充电电流越大。根据马斯三定律，充电电流接受率口越高，起始接受电流也就越大，充电就越快。充电接受率与电池放电历史有关，因此可以在充电前或充电中人为修改放电历史，以提高充电接受率。根据过热，过压，过流三方面的研究来判定和防护电路故障。34研究的总体安排与进度2010年11月2010年12月开题，了解课题内容，并撰写开题报告和文献综述2011年1月2011年2月文献翻译2011年3月设计电池充电器控制电路2011年4月安装、调试，测试2011年5月撰写论文，毕业答辩参考文献1尉广军,朱宇虹几种恒流源电路
7、的设计J电子与自动化,2000，（01）2张红莲单片机控制的电阻自动测试系统J可编程控制器与工厂自动化,2006,063王振中现代单片机技术的进展J今日科技,2004,094YANGY,YIJ,WOO,YY,ANDKIMBOPTIMUMDESIGNFORLINEARITYANDEFFICIENCYOFMICROWAVEDOHERTYAMPLIFIERUSINGANEWLOADMATCHINGTECHNIQUE,MICROWJ,2001,44,12,PP20365YYWON,HCKWON,SKHAN,ESJUNG,ANDBWKIM,“OBINOISEREDUCTIONUSINGGAINSATUR
8、ATEDSOAINREFLECTIVESOABASEDWDM/SCMPONOPTICALLINKS,”ELECTRONLETT,VOL42,NO17,PP992994,20066钟静宏，张承宁，张旺，电动汽车的铅酸蓄电池快速充电系统，电源技术，2006，3065045067罗光毅，蓄电池智能管理系统【硕士学位论文】，浙江；浙江大学，20034毕业论文文献综述机械设计制造及其自动化动力电池充电器设计单片机控制绪论在我们日程的生活中，动力电池充电器就是一个非常好用的充电器。传统的充电方法主要有恒流充电恒压充电，恒压限流，恒流限压，阶段充电等，这些方法控制简单，实现容易，时间较长。动力电池充电器由微
9、电脑控制，使充电效率高且精确无误。确保了电池不发生过充损坏，适合用户之需求。拿取起来比较方便方便，处理起来也是比较简单。随着计算机技术，电源技术，电子信息技术，智能监测技术等的发展，充电产品的功能越来越强大，在整体上呈现一种智能化的发展趋势。关键词力充电器单片机1什么是单片机23912单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括地讲,一块芯片就成了一台计算机。它体积小、质量轻、价格便宜,为学习、应用和开发提供了便利条件。世纪跨越了三个“电”的时代,即电气时代、电子时代和现已进人的电脑时代。不过,这里的电脑,通常是指个人计算机,简称机。它由主
10、机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机,大多数人却不怎么熟悉。因为它体积小,通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中,起着有如人类头脑的作用,它出了毛病,整个装置就瘫痪了。现在,这种单片机的使用领域已十分广泛,如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机,就能起到使产品升级换代的功效,常在产品名称前冠以形容词“智能型”。2单片机技术的发展与进程当今,计算机系统正朝着巨型化、单片化、网络化发展。而单片机的优势就是可以嵌入到各种仪器、设备中,几乎可渗透到我们生活的各个领域。本文主要介绍了单片机的最新技术的进展,包括数字单片机的工艺及技术、可靠性技术以及以单片
11、机为核心的嵌入式系统等。单片机已渗透到我们生活的各个领域,几乎5很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机,更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。3充电器的简介与发展进程467810目前在工业应用中，主要有以下两种常用的充电电源。一种是高频开关电源，还有一种是以晶闸管为功率变换器的相控电源。相控电源是较传统的电源，它将市电经过整流滤波后输出直流电压，通过改变
12、晶闸管的导通相位角，来控制整流器的输出电压。相控电源所使用的变压器是工频变压器，造成相控电源体积庞大、效率低下，输出纹波大，易对电网造成污染并且该类电源动态响应差、可靠性低。相控电源已经有逐步被淘汰的趋势。但晶闸管相控电源具有价格便宜，耐压，耐流比较大的优点，在一些对体积，纹波要求不高的地方，比如电厂，轮船的大功率蓄电池充电装置，仍然有一些应用。作为一个整体，一套完整的充电装置可以分为充电方法和充电电源两部分。本文在分析动力电池工作原理和充电特性的基础上，对电动汽车常用动力电池的充电方法进行了研究。其中，重点研究了铅酸蓄电池的快速充电，包括影响蓄电池快速充电的因素，提高充电速度的措施。最后，总
13、结出了一套适合铅酸蓄电池的快速充电方法。4单片机和铅酸蓄电池设计动力充电器1315铅酸蓄电池的应用已有100多年的历史，广泛应用于通信，交通等领域，是目前应用比较成熟的一种蓄电池。它可靠性好，原材料易得，技术和制造工艺比较成熟，价格便宜，比功率也基本能满足电动汽车的动力性要求。它的缺点是比能量较低，所占的质量和体积较大，使用寿命较短。为了做到要求的两部充电使时间维持在10小时左右，我采用阶段充电法。使用两次阶段充电法。第一阶段为恒流充电，在充电初期采用较大的电流，使电池能够快速充电。第二阶段为恒压充电，降低电池的出气率。这种方法可以将出气量减到最小，这种方法结合了恒流充电和恒压充电的优点，避免
14、了恒压充电在初始阶段给电池造成的瞬间大电流冲击，又避免了恒流充电带来的过充电现象。6单片机程序主要由主程序和中断程序组成。主程序一般就是显示模块，在加入一些操作来完善整个单片机程序，做到电路和单片机的完美统一，中断程序也是使得可以更加方便容易的使整个充电时间维持在10小时左右，然后具体的将在实验中进行设计来完善。5总结我的设计的目标是开发一款充电快捷，使用方便，体积小，质量轻的动力电池充电装置。可以使他用在动力叉车上。本设计从动力电池的充电特性入手，对整个充电装置的总体设计，软硬件实现过程做了较为详细的描述，并通过实验进行了验证。但还有很多问题需要研究和改进。参考文献1尉广军,朱宇虹几种恒流源
15、电路的设计J电子与自动化,2000，（01）2张红莲单片机控制的电阻自动测试系统J可编程控制器与工厂自动化,2006,063王振中现代单片机技术的进展J今日科技,2004,094YANGY,YIJ,WOO,YY,ANDKIMBOPTIMUMDESIGNFORLINEARITYANDEFFICIENCYOFMICROWAVEDOHERTYAMPLIFIERUSINGANEWLOADMATCHINGTECHNIQUE,MICROWJ,2001,44,12,PP20365YYWON,HCKWON,SKHAN,ESJUNG,ANDBWKIM,“OBINOISEREDUCTIONUSINGGAINSAT
16、URATEDSOAINREFLECTIVESOABASEDWDM/SCMPONOPTICALLINKS,”DELECTRONLETT,VOL42,NO17,PP992994,20066钟静宏，张承宁，张旺，电动汽车的铅酸蓄电池快速充电系统，电源技术，2006，3065045067王源，电动汽车用动力铅酸电池快速充电技术研究D，黑龙江；哈尔滨工业大学，20068冯义，一种智能充电系统的初步研究M，北京；中国农业大学，20009杨宁，胡学军，单片机与控制技术J，北京北京航空航天大学出版社，200310罗光毅，蓄电池智能管理系统M，浙江；浙江大学，200311黄继昌，郭继忠，张海贵，电子元器件应用手
17、册J，北京人民邮电出版社，200412周志敏，周纪海，纪爱华，单片开关电源M，北京电子工业出版社，200713谢运祥，开关电源入门D，北京人民邮电出版社，2007，914姜绍信，铅酸蓄电池快速充电J，天津天津科学技术出版社，1984，1715王兆安，黄俊，电力电子技术M，北京机械工业出版社，20038本科毕业论文（20届）动力电池充电器设计单片机控制摘要摘要本文主要是设计一套完整的充电装置，本装置可以分为充电方法和充电电9源两部分。先是分析动力电池工作原理和充电特性，并研究了铅酸蓄电池的快速充电的一些方法。接着，介绍了充电器的总体结构，分析各部分的功能。在充电电源的设计上，采用了工频充电器技术
18、，此设计主要采用单片机来进行程序的编程作为整个控制电路。设计主要需要解决的问题有51系列单片机的原理、设计和编程的方法，并如何使之运用到控制电路；可以做到定时充电时间在10小时左右。在编程上用到了AD转换也是要好好学习的问题。并且提高充电效率；电路的故障保护。整个设计的完成过程中，对这几个问题进行解决并且经过多次的实验和不断进行测试表明，本文设计的充电器基本达到了预期的要求。本文主要内容主要分为3个部分1简要介绍了动力电池，铅酸电池，充电器和单片机。2对充电原理和充电特性进行分析。3设计电池充电器的总体结构，详细介绍了变压器和整流电路的设计，以及控制电路和主电路的设计与介绍。关键词铅酸电池；充
19、电器；单片机；动力电池。POWERBATTERYCHARGERDESIGNMCUCONTROLABSTRACTTHISPAPERISMAINLYDESIGNEDACOMPLETESETOFCHARGINGDEVICE,THISDEVICECANBEDIVIDEDINTOCHARGINGMETHODSANDCHARGINGPOWERANALYSISPOWERBATTERYWORKINGPRINCIPLEANDCHARGINGCHARACTERISTICSANDSTUDIEDSOMEOFTHEMETHODOFLEADACIDBATTERIESFASTCHARGINGALSOTHISPAPERINT
20、RODUCESTHEOVERALLSTRUCTUREANDANALYSISTHEFUNCTIONOFEACHPARTINTHEDESIGNOFCHARGINGPOWERSUPPLY,USEDINDUSTRIALFREQUENCYCHARGERTECHNOLOGY,THISDESIGNMAINLYADOPTSSINGLETOUNDERTAKETHEPROGRAMMINGASTHECONTROLCIRCUITDESIGNMAINPROBLEMSNEEDTOBESOLVED51SERIESMICROCONTROLLERPRINCIPLEANDDESIGNANDPROGRAMMINGMETHODAND
21、HOWTOMAKEITAPPLIEDTOTHECONTROLCIRCUITCANACHIEVETIMING10CHARGINGTIMEIN10HOURSORSOINPROGRAMMINGTOADTRANSFORMISUSEDONTHEPROBLEMYOUMUSTSTUDYANDIMPROVECHARGINGEFFICIENCYCIRCUITFAULTPROTECTIONTHEWHOLEDESIGNOFCOMPLETEPROCESS,AFEWTOTHISPROBLEMSOLVEDANDAFTERMANYEXPERIMENTSANDONGOINGTESTSHOWSTHATTHISDESIGNCHA
22、RGERBASICACHIEVETHEEXPECTEDREQUIREMENTSTHISPAPERMAINLYDIVIDEDINTOTHREEPARTS1BRIEFLYINTRODUCESPOWERBATTERY,LEADACIDBATTERY,CHARGERANDSINGLECHIPMICROCOMPUTER2TOCHARGEPRINCIPLEANDCHARGINGCHARACTERISTICSAREANALYZED3THEOVERALLSTRUCTUREDESIGNEDCIRCUITDEVICEWASINTRODUCED,THEDESIGNOFTRANSFORMERANDRECTIFYING
23、CIRCUITANDCONTROLCIRCUITANDMAINCIRCUITDESIGNANDINTRODUCTIONKEYWORDSLEADACIDBATTERYCHARGERMCUPOWERBATTERY目录摘要8目录101引言1211毕业设计的背景与意义1212毕业设计（论文）所做的工作122绪论1421常用动力电池介绍1422铅酸电池介绍14221铅酸电池的概念和工作原理介绍14222铅酸蓄电池充电特性的研究1523充电器介绍15231充电器介绍16232充电方法发展状况1624单片机介绍16241单片机概论1611242单片机的特点16243单片机在本文中的运用173铅酸电池充电方法
24、和原理研究1831传统充电方法1832使本实验快速充电的方法研究1933充电的控制技术1934本实验充电器充电方法204充电器电路设计2241充电器的基本功能2242变压器设计22421环形工频变压器介绍22422环形工频变压器设计2243整流电路设计2344充电器主回路2745充电器控制电路28451大体流程28452控制程序结构框图29453核心程序介绍305结论和展望34参考文献35致谢错误未定义书签。附录错误未定义书签。121引言11毕业设计的背景与意义动力感应充电器在充电方法主要有恒流充电恒压充电，恒压限流，恒流限压，阶段充电等，这些方法控制简单，实现容易，即使充电时间较长也仍然是市
25、场上的主流充电方法，铅酸蓄电池的应用已有100多年的历史，广泛应用于通信，交通等领域，是目前应用比较成熟的一种蓄电池。它可靠性好，原材料易得，技术和制造工艺比较成熟，价格便宜，比功率也基本能满足电动叉车的动力性要求。它的缺点是比能量较低，所占的质量和体积较大，使用寿命较短。本文设计的动力电池充电器由微电脑控制，使充电效率高且精确无误。确保了电池不发生过充损坏，适合用户之需求。拿取起来比较方便方便，处理起来也是比较简单。随着计算机技术，电源技术，电子信息技术，智能监测技术等的发展，充电产品的功能越来越强大，在整体上呈现一种能化的发展趋势。智能充电系统除具备基本的充电控制和显示功能外，一般都有如下
26、特点能自动根据电池的状态自动选择最优充电方法；有良好的故障保护措施和强大的数据处理能力；可以与其它设备通讯，形成通讯网络，便于管理。作为这个动力电池充电器的核心单片机是器件级计算机系统，它可以嵌入到任何对象体系中去，实现智能化控制。小到微型机械，如手表、助听器。集成器件级的低价位，低到几元、十几元，足以使单片机普及到许多民用家电、电子玩具中去。单片机构成的现代电子系统已深入到各家各户，正改变我们的生活，如家庭中的音响、电视机、洗衣机、微波炉、电话、防盗系统、空调机等。单片机革新了原有电子系统，如微波炉采用单片机控制后，可方便地进行时钟设置、程序记忆、功率控制；空调机采用单片机后不但遥控参数设置
27、方便，运行状态自动变换，还可实现变频控制。目前许多家用电器如VCD、DVD只有单片机出现后才可能实现其功能。12毕业设计（论文）所做的工作本人毕业设计的题目是动力电池充电器设计单片机控制，具体工作如下在毕业设计的前期学习毕业设计所必需的硬件和软件的使用以及课外知识的拓展。在硬件上学习铅酸电池的充电的结构原理和工作方式以及变压器和整流的知13识。在软件上，学习和掌握了单片机的功能转换。另外在实验室进行单片机操作，编写程序来进行模拟，在多次的试验中基本明确自己的设计方向。在毕业设计的中期，我通过实践进一步熟悉了设计所需要的各种软件和硬件的使用来了解各个结构的功能，通过单片机的软件，编写简单的程序进
28、行进一步的了解系统基本动作的过程和作用。在毕业设计的后期，不停的做实验来完成安装测试和调试来完成实验，在绘制电路图，看系统能否实现设计所要求达到的基本功能。最后整理资料和设计笔记,撰写说明书。基本任务1，掌握铅酸电池充电的基本结构和工作原理；2，学习掌握单片机的使用；3，研究单片机在电路中的应用；4，学习和进行伟福6000软件模拟器的使用；5，掌握铅酸电池充电的方法，设计充电器；6，掌握单片机的A/D采集的方法，完成最后的实验过程7，进行安装，测试最后完成电池感应充电器的充电功能，完成控制电路；8，运用整流电路和电压转换完成主电路的设计；9，完成毕业设计说明书一份。142绪论21常用动力电池介
29、绍现在的动力电池有很多种，比较常用的主要集中在铅酸电池，镍氢电池，锂离子电池。由于镍氢电池和锂离子电池的初始成本比较高，在实验室很难提供那么多的成本来使用这两种电池，而铅酸电池的技术比较成熟，可靠性也比较高，使用的原材料也比较容易得到，价格也比较便宜。有效的节约了成本，所以本文主要还是对铅酸电池进行充电。22铅酸电池介绍221铅酸电池的概念和工作原理介绍铅酸蓄电池诞生的比较早，历史也算比较悠久。现在广泛应用于通信，交通等领域，是目前应用比较成熟的一种蓄电池6。它可靠性好，原材料比较容易得到，技术方面也比较成熟，价格便宜，可以比较大的节约成本8。铅酸蓄电池内部结构如图21所示15图21铅酸电池原
30、理图它主要是金属铅作为负极，二氧化铅作为正极，用盐酸作为电解质。其反应方程式如下正极反应方程式PBO22ESO424HPBSO42H2O负极反应方程式PB2ESO42PBSO4总反应方程式PBO22H2SO4PB2PBSO42H2O放电时，铅和二氧化铅都有电解质发生反应生成硫酸铅。充电时刚好相反。222铅酸蓄电池充电特性的研究UCBAOT图22铅酸电池充电特性曲线因为每种电池都有着属于自己的充电特性，那么选择一种合适的充电方法就十分重要。铅酸蓄电池的电压变化曲线如图22所示。刚开始充电时,反应的速度很快,那么极板表面的电解液浓度就会迅速升高，因此像图中体现的OA段上升的速度很快，随着反应的逐渐
31、进行，硫酸铅的生成速度和扩散速度都会趋于平衡，就使得电压上升比较缓慢,也就形成了充电曲线中的AB段。在充电后期，大部分硫酸铅都已转化为活性物质，如果在继续充电，则会开始析出气体，电池端电压又开始升高，就像曲线中的BC段，过C点以后，电压反而开始下降了1014。本实验表明，电池充电末期端电压是和充电电流有关的。如果采用较小的充电电流，则水分的分解量少，吸附在极板表面的气体相应减小，电池的端电压也略低，相反，如果充电电流过大，则会大量析气，加剧电化学极化的影响，那么电池端电压也就较高。所以，不能通过电池端电压的高低来判断电池充电的完成情况。23充电器介绍16231充电器介绍充电器指的是一种将交流电
32、转换为低压直流电的设备。充电器用途十分广泛，特别是广泛用于手机、相机等常见电器。充电器是采用电力电子半导体器件，将电压和频率固定不变的交流电变换为直流电的一种静止变流装置，具有广泛的应用前景。按照各种方式可以分成很多充电器，本文主要讨论的是充电器在频率上的分类，主要分为工频和高频两类，由于本文的所有实验都是在实验室完成，所以使用低频率的工频充电器。232充电方法发展状况现在传统的充电方法主要有恒流，恒压，恒压限流，恒流限压，先恒流后恒压等，这些方法一般控制电路简单，比较容易实现，但也存在充电时间长，充电方法单一，保护功能简单，容易对电池造成伤害等缺点。随着计算机技术，电源技术，电子信息技术，智
33、能监测技术等的发展，充电产品的功能越来越强大，在整体上呈现一种智能化的发展趋势。智能充电系统除具备基本的充电控制和显示功能外，一般都有如下特点1能自动根据电池的状态自动选择最优充电方法。2有良好的故障保护措施和强大的数据处理能力。3可以与其它设备通讯，形成通讯网络，便于管理。本文主要使用由单片机作为主控制电路的充电器来充电。24单片机介绍241单片机概论单片机是本文的主要核心控制器，那么什么是单片机呢单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、
34、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。单片机的各个功能在本文中基本都得到了体现23。242单片机的特点单片机有很多显著的优点，大致有1集成度高、体积小、重量轻。2抵抗能力强，可靠性高。3运行速度快，控制力强。4使用方便，易于产品化。517开发使用方便，具有优异的性能价格比49。243单片机在本文中的运用在本文中单片机主要作为控制回路来使用，首先是在单片机上用程序来进行模拟，使用的是单片机的仿真功能，当模拟成功以后，把整个控制电路然后接入主回路中，作为整个电路的控制核心来对铅酸电池进行充电，所以单片机在我整个的设计中起到了核心的作用。1
35、83铅酸电池充电方法和原理研究31传统充电方法1恒流充电如图31所示，在整个充电过程中，通过调整输出电压使充电电流保持恒定。采用这种方法，为使充电后期不产生大量气体，只能用较小的电流充电，因此充电时间较长，均在15H以上。这种方法的优点是操作简单，方便，易于实现，充电电量容易计算，特别适合多个电池串联的电池组，适用于长时间小电流充电。图31恒流充电2恒压充电如图32所示，在充电过程中，充电电源的输出电压保持恒定。随着充电过程的进行，电流逐渐减小，因此整个充电过程析气量少，能耗少，充电效率高，避免了电池过充。如果充电电压选择得当，可在8H内完成充电。但对放电较深的电池来说，初始充电电流过大，对蓄
36、电池寿命造成很大影响，且容易使蓄电池极板弯曲，造成电池报废。鉴于这种缺点，恒压充电很少采用，只适用于电池组电压较低且电流大的场合。U,I充电电压充电电流T图32恒压充电U,I充电电流充电电压T193阶段充电如图33所示，为弥补恒压恒流充电的缺点，广泛使用三阶段充电法。第一阶段为恒流充电，在充电初期采用较大的电流，使电池能够快速充电。第二阶段为恒压充电，降低电池的出气率，第三阶段为浮充充电，在不损害电池的基础上保证电池能够充满电。这种方法可以将出气量减到最小，这种方法结合了恒流充电和恒压充电的优点，避免了恒压充电在初始阶段给电池造成的瞬间大电流冲击，又避免了恒流充电带来的过充电现象1。图33阶段
37、充电32使本实验快速充电的方法研究第三种方法是为了弥补上面两种充电的缺点，所以相比第一和第二种方法有着自己在充电上的优势，又可以避免恒压充电在初始阶段给电池造成的瞬间大电流冲击，又避免了恒流充电带来的过充电现象。有着很大的优点，所以本文采用第三种阶段充电的方法来对电池进行充电。按照第三种阶段充电的方法可以在不损害电池寿命的基础上，大大的提高效率，有着非常大的实际意义。33充电的控制技术当电池充满以后，如果还要继续对它充电，就会造成蓄电池温度和内部压强的升高，那么就会影响蓄电池的充电效率和使用寿命，当然可以通过一定的控制方法来做到蓄电池充电结束后不会过充而且充满了电。U,I电压电流T20现在比较
38、主流的充电方法有1定时控制。2温度控制。3电池的最高电压控制。4电压的负增量控制。5综合控制。本文采用的就是综合控制的方法，综合上面的2到3种控制方法来做到充电的控制。如表31所示电池种类充电方法停充判断铅酸蓄电池恒压充电充电电流下降到停止电流恒流充电充电电压上升到停止电压阶段充电充电电流下降到停止电流表31停充判断像表中罗列的，根据实际情况，针对不同的电池和充电方法，采用不同的停充判断方法。根据上面介绍的，本设计实验的充电方法使用的是阶段充电，所以本文主要采用的是阶段充电的停充判断方法13。34本实验充电器充电方法U,IT图34本实验充电电路图如图34所示，本实验的充电方法也是阶段充电，经过
39、多次的实验测试，第一阶段的充电结束由电压控制，当电压达到29V左右时就会进入第二阶段，然后我去查阅了相当多的资料，精确的数据是2904V，进入第二阶段以后，主要是靠第一阶段第二阶段补电阶段21时间来控制黄灯二到绿灯的转变，经过多次的实验证明是第一阶段时间的60左右，然后进入第三阶段，充到大概31V时就不在充电了，那么电压就会下降，当电压降到265V，就会开始进入补电阶段，就会使得电压上升，到31V时结束补电，然后循环整个过程。保证不会可以充满电，而去不会出现过充等造成充电不利的因素。224充电器电路设计41充电器的基本功能作为一个较大的铅酸电池充电器除了高效外，还应该具备以下基本功能1实时采集
40、充电过程中的状态参数，如电压，温度，电流等，并以直观的方式显示出来。并在充电结束后，显示整个充电过程的统计信息，如充电时间充电电量等。2具备完善的故障保护功能，对充电器运行过程中的异常情况加以保护。3具备良好的扩展性，提供丰富的通讯接口。具体设计要求如下是设计280AH铅酸电池的充电器，充电参数为直流24V，最大电流50A，输入电压为交流220V，整个充电时间约为10小时。充电控制使用51系列单片机完成。42变压器设计421环形工频变压器介绍变压器的种类很多,应用十分广泛。而环形变压器作为电子变压器的一种类型被广泛的运用，它有着优良的性价比，环形变压器的铁心是用优质冷轧硅钢片无缝地卷制而成，这
41、就使得它的铁心性能优于传统的叠片式铁心。环形变压器的线圈均匀地绕在铁心上，线圈产生的磁力线方向与铁心磁路几乎完全重合，与叠片式相比激磁能量和铁心损耗将减小25，本文已经提过，我们使用的是工频充电器，所以设计的就是工频的变压器。工频变压器是最简朴的变压器，在设计的时候基本不用考虑分布电感、分布电容、信号源内阻、等效电路各种指标等复杂因素，直接按标准化步骤操作即可，那么简单说就是根据功率选择铁心，然后计算匝数，再看能否绕下。本质的思想都是相同的。计算过程可能比较麻烦，但还是要反复设计直至满足要求为止。由于充电器的基本功能中是直流24V，所以我的次级的电压定义为28V16。422环形工频变压器设计1
42、计算变压器需要的总功率容量A求次级总功率P2P2U2I228501400W。B求初级总功率P1P1P2/式中为变压器效率,与铁芯质量和绕组选取的线径是否恰当有关。一般50VA23以下取06085,所以在本设计中取08。所以有P11400/081750W。2计算原边电流I1105P1/U1835V。3计算初、次级绕组线径电流密度J取35A/MM2初级线径D1113JI/111323927（MM）次级线径D2113JI/2113143162MM（4）计算铁芯截面积S1251P5229CM2（5）计算铁芯叠厚根据叠厚舌宽铁芯截面积，叠厚/舌宽在12之间比较合适而选取硅钢片型号，采用EI57型号硅钢片
43、，查得舌宽为192MM，即192CM则叠厚5751923（6）铁芯有效截面积S1舌宽叠厚/11523CM27计算每伏匝数假定是中等质量的硅钢片，导磁率B取12000高斯，即12TN10000/444FBS1717T/V8计算每组匝数初级圈数N1220N2207170951500T次级圈数N228105N281057172108T9计算每组可绕圈数窗口高度两端要留下3MM查得该铁芯窗口高度H345MM，查表得知选用的漆包线最大外径为DIMAX022MM，DOMAX070MM，按照每层可绕NH0523）/（KDMAX）计算。K的取值小于03MM的线K120；0308MM的线K115。代入上述数据得
44、到初级每层可绕106圈。次级每层可绕34圈。10各绕组的层数初级15001061415，取15层；次级210834619，取7层。43整流电路设计我们知道，单相整流器的电路形式是各种各样的，整流的结构也是比较多的。因此在做设计之前我们主要考虑了以下几种方案56方案一单相桥式半控整流电路。电路简图41如下24图41单相桥式半控整流电路此电路对每个导电回路进行控制，相对于全控桥而言少了一个控制器件，用二极管代替，有利于降低损耗如果不加续流二极管，当A突然增大至180或触发脉冲丢失时，由于电感储能不经变压器二次绕组释放，只是消耗在负载电阻上，会发生一个晶闸管导通而两个二极管轮流导通的情况，这使UD弦
45、半波，即半周期为正弦，另外半周期为为零，其平均值保持稳定，相当于单相半波不可控整流电路时的波形，即为失控。所以必须加续流二极管，以免发生失控现象。方案二单相桥式全控整流电路。电路简图42如下图42单相桥式全控整流电路此电路对每个导电回路进行控制，无须用续流二极管，也不会失控现象，负载形式多样，整流效果好，波形平稳，应用广泛。变压器二次绕组中，正负两个半周电流方向相反且波形对称，平均值为零，即直流分量为零，不存在变压器直流磁化问题，变压器的利用率也高。方案三单相半波整流电路，电路如图43所示25图43单相半波整流电路单相半波整流是最简单的整流电路，由整流变压器TR，整流元件D也就是晶体二极管和负
46、载电阻RL组成。分析各元器件的作用1电源变压器T将220V交流电压变换为整流电路所要求的低压交流电压值。2整流二极管V利用二极管的单相导电性进行整流。3负载RL是某一个具体的电子电路或其它性质的负载。方案四单相全波整流电路。电路简图44如下图44单相全波整流电路此电路变压器是带中心抽头的，结构比较复杂，只要用2个可控器件，单相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少2个，因此少了一个管压降，相应地，门极驱动电路也少2个，但是晶闸管承受的最大电压是单相全控桥的2倍。单相全控式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器二次电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题，变压器利用率高的优点。相同的负载下
47、流过晶闸管的平单相全控式整流电路其输出平均电压是半波整流电路2倍，在均电流减小一半；且功率因数提高了一半。所以本文所采有的整流电路是单相全波整流电路。26图45单相全波整流的电路图和波形图如图45所示，全波整流的变压器的两个副边电压大小相等，同名端如图所示。当U2的极性如图所示为上正下负称之为正半周时，VD1导电，VD2截止，ID2流过R1，在负载上得到的输出电法极性为上正下负；当U2负半周时，U2的极性与图示相反，此时VD1截止VD2导电，由图可见，ID2流过R1时产生的电压极性也是上正下负，与正半周时相同，因此在负载上可以得到一个单方向的脉动电压。全波整流电路输出电压U0的波形所包围的面积
48、是半波整流电路的两倍，所以其平均值也将是半波整流的两倍。由图也可明显地看出，全波整流输出波形的脉动成分也比半波整流时有所下降。但是在全波整流电路中，当负半周时VD2导电VD1截止，此时变压器副边两个绕组的电压全部加到二极管VD1的两端，因此，二极管承受的反向电压较高，其最大值等于22U2。UD1的波形如图所示712。整流电路虽然都可以把交流电转换成直流电，但是得到的输出电压是单相的27脉动电压，所以本实验还加了滤波器来改善输出电压的脉动程度。图46带电容滤波器的单相全波整流电子电路和滤波作用从图46可以看出输出电压的脉动大为减少，并且电压还较高，比不加滤波器前可以提高很大的性能。44充电器主回
49、路图47主回路电路图如图47所示，上图就是本设计要做的充电器的主回路电路图，其中主回路是大功率能量传递转换单元，将输入的交流电压变换成充电所需要的直流电压电流。采用的主要是工频的环形变压器，然后进过整流滤波来对大电容进行充电，初级电压是220V，然后因为铅酸电池的电压是24V，所以降压的值我取的是28V，然后上面的变压器设计中已经介绍了整个的设计过程，之后就是进入整流和滤波阶段。这些在上面已经有了介绍，那么下面就介绍本实验的控制回路，控制电路控制回路温度开关大电容继电器全波整流电规电容28的主要功能是根据单片机发出的指令信号，输出控制信号，调整开关器件的开通与关断，得到所需的电压电流，同时对整个主回路的运行进行监控，保证整个充电器的稳定运行。45充电器控制电路本实验采用的控制器是伟福6000软件模拟器，主要是用MCS51单片机来完成电路的控制。本实验使用的是8051单片机。单片机程序主要由主程序和中断程序组成。本次设计需要实现的功能较多，包括AD采集，定时器设计，乘法计算等。本次设计引入了数模转换的思想，把一个大程序按功能分解为若干小程序，每个小程序完成一个确定的功能，在这些小程序间建立必要的联系，互相协作完成整体功能，这样的程序结构清晰，条理分明。因为已经介绍了本控制电路的基本功能，下面详细介绍下整个流程以及程序的实现。451大体流程因为
