蓄电池充放电控制系统设计硬件子系统(附件)
本课题根据实际生产生活的需要，设计出了一种基于单片机的蓄电池充放电控制系统。对于软件部分，根据现实需要，编写调试出了智能化的蓄电池充放电控制系统，能够完成大电流充电、涓流短时充电、浮充电、过充电四种模式来对充放电的过程进行区别于传统蓄电池的新型控制方式。对于硬件部分，在基于上述四种模式的需求，设计出合理的硬件电路，主要包括了充放电电路、控制电路、显示和检测电路来保证对充电过程进行控制的可行性。经本课题的不断研究，大电流充电、涓流短时充电、浮充电、过充电四种充电过程得以实现，充电特性包括了调节时间快，效率高和充电特性优异导致的寿命长。因此它的应用前景广泛，可深入研究。关键词 单片机，充放电控制，蓄电池
目 录
第1章 绪论 1
1.1 课题背景及意义 1
1.2 充电技术国内外发展现状 2
1.3 论文研究的主要内容 2
第2章 系统介绍 3
2.1蓄电池的工作原理 4
2.2已有充电模式 5
2.3智能四模式充电 8
2.4小结 9
第3章 硬件设计 9
3.1系统结构 10
3.2主电路设计 10
3.3控制电路 13
3.4辅助电路 17
3.5小结 17
第四章 调试 17
4.1 硬件调试 17
4.2总体调试 18
4.3小结 18
结论 19
致谢 20
参考文献 21
附录 22
第1章 绪论
课题背景及意义
目前，在实际使用蓄电池的过程中，所遇到的最大的问题是远远还没到它的使用寿命时就损坏了。比如设计一个十年至十五年使用寿命的蓄电池，实际情况可能是三至五年就不能再使用了，也有可能在一两年内就因为各种问题而失效。这严重违反了当初的设计旨意。虽然蓄电池的实际寿命是由多方面构成的，包括实际使用操作控制、使用坏境、蓄电池本身限制等方面，但蓄电池的过早失效依然会带来不小的经济损失，而带来问题的最大原因还是因为充放电控制的不合理。所以若要提升实际寿命，最有效的方法是对蓄电池进行合理的充放电。 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
人们一直关心的实际问题是，在对充放电进行控制的同时要保持安全、高效、快速的特性。在传统蓄电池问世的一百多年的时间里，没有得到极大发展的蓄电池大多依然采用传统的充放电方式。在对蓄电池进行充电的时候当使用传统的充电方法，往往大多数铅酸蓄电池会出现过度充电等现象，这对电池本身的寿命有着不小的影响，从而导致一些经济损失。
传统的蓄电池充放电控制器在结构方面较为简单，为了实现充电控制一般使用模拟控制，从而导致了单一的充电方式。在蓄电池的充电过程检测和保护方面也不尽人意，更不用说在无人监控场合下放心的给蓄电池充电。而随着技术的发展，数字信号处理这门技术变得越来越完善，而且因为单片机这种微处理器的急速发展和性价比的提高，使得数字化控制的蓄电池充电控制渐渐取代了模拟控制下的蓄电池。数字化的控制方式的蓄电池其好处在于足以应对各种复杂的充放电要求，并且能够显示出当前的充电过程并对这一过程进行检测，如此安全高效的运行方式使得蓄电池的寿命得到了提升，也缩小了系统的体积，增加了系统的灵活性。
为了延长蓄电池的使用寿命，增加其使用效率，不仅仅只能依靠对蓄电池的设备管理，而且需要更加安全可靠且高效的充电装置。因此现在的研究方向中备受关注的是不影响蓄电池使用寿命下的安全、高效的充电技术。
在新的要求下，课题研究可以从两个方面进行考虑，一是充电装置，二是充电方法。这两个方面包括了广泛的相关的知识技术，包括自动控制技术，单片机技术，计算机技术和电力电子技术等，若其研究得当，将对发展类似新能源汽车等环保产业产生深远的影响。尤其是在本设计中具有重大作用的微控制技术，其快速发展就是使充电方式多样化的帮手，也能实时监测充电过程，保护整个蓄电池。
充电技术国内外发展现状
传统的充电过程大致分为恒压充电、恒流充电、恒压限流充电等，都是非智
能控制，即手动操作的。随着不断完善的蓄电池性能和不断发展的充电技术，传统充电控制中的欠充、过充等严重的现象已经不能再适应当前的需要了。研究表明，电池的使用寿命在合适的充电方式下大约能提高30%。当前一些新颖的充电方法已经陆续出现，其中适用于铅酸蓄电池的分级定流型充电法已经被广泛的应用。但是传统方法的原理还是依然适用，经过不断改进才有了这些新型方法，使得蓄电池的充电电流和它的可接受的电流充电曲线更加接近，而充电方法也变得更加先进。例如将模糊控制技术和充电控制方法相结合模糊控制充电法可以有效解决以前难以解决的充电过程中的干扰性问题。
目前，高频化、集成化、智能化和绿色化的方向是当前充电电源的发展方向。同时也不断提出了智能化的程度、电磁兼容和自我调整性等新的要求。关于高频化，课题研究的目的是提高电源的动态性能而实现高功率密度，那么系统电源的工作频率就一定要提高。主功率变换器件开关速度的提高，可以使变压器磁性材料明显减少，也降低了电解电容类似重量和体积等参数。关于集成化，其方向内容主要有将MOSFET等功率较大的器件变得密集化、微型化，在单个的芯片里放置功率较小的MOSFET，将系统的驱动、控制、检测、功率放大等功能集为一体。关于智能化，在对环境进行自我调整的过程和关于电池的充电算法方面得到体现，即电池能够自动根据电池当前状态和环境等方面选择最佳的充电方式生成充电曲线，快速的完成充电。关于绿色化，则包含两方面，其一是能够节约电能，因为环境被破坏的一个主要原因就是发电，其二是这些电能对电网要尽可能少的产生影响。
当前，大部分充电器从充电电路上分析都不能被称为智能充电器。而为了更安全高效的充电，对复杂的充电算法有了更高的要求。所以，对充电电压、充电电流、温度等的检测必须更加精确，以便降低充电时间来达到最大电池容量。所以，智能的充电器会包括电池温度检测电路、充电电流检测电路、充电电压检测电路和显示电路等模块。
论文研究的主要内容
智能的充放电控制系统在铅酸蓄电池中包括四个部分：蓄电池、开关电源电路、直流负载和控制部分，其中负责控制的部分是本次课题研究的中心。因为充放电过程比较频繁，所以若对充放电控制进行深入的探讨和研究，可以延长实际使用寿命，增加系统稳定性。
目 录
第1章 绪论 1
1.1 课题背景及意义 1
1.2 充电技术国内外发展现状 2
1.3 论文研究的主要内容 2
第2章 系统介绍 3
2.1蓄电池的工作原理 4
2.2已有充电模式 5
2.3智能四模式充电 8
2.4小结 9
第3章 硬件设计 9
3.1系统结构 10
3.2主电路设计 10
3.3控制电路 13
3.4辅助电路 17
3.5小结 17
第四章 调试 17
4.1 硬件调试 17
4.2总体调试 18
4.3小结 18
结论 19
致谢 20
参考文献 21
附录 22
第1章 绪论
课题背景及意义
目前，在实际使用蓄电池的过程中，所遇到的最大的问题是远远还没到它的使用寿命时就损坏了。比如设计一个十年至十五年使用寿命的蓄电池，实际情况可能是三至五年就不能再使用了，也有可能在一两年内就因为各种问题而失效。这严重违反了当初的设计旨意。虽然蓄电池的实际寿命是由多方面构成的，包括实际使用操作控制、使用坏境、蓄电池本身限制等方面，但蓄电池的过早失效依然会带来不小的经济损失，而带来问题的最大原因还是因为充放电控制的不合理。所以若要提升实际寿命，最有效的方法是对蓄电池进行合理的充放电。 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
人们一直关心的实际问题是，在对充放电进行控制的同时要保持安全、高效、快速的特性。在传统蓄电池问世的一百多年的时间里，没有得到极大发展的蓄电池大多依然采用传统的充放电方式。在对蓄电池进行充电的时候当使用传统的充电方法，往往大多数铅酸蓄电池会出现过度充电等现象，这对电池本身的寿命有着不小的影响，从而导致一些经济损失。
传统的蓄电池充放电控制器在结构方面较为简单，为了实现充电控制一般使用模拟控制，从而导致了单一的充电方式。在蓄电池的充电过程检测和保护方面也不尽人意，更不用说在无人监控场合下放心的给蓄电池充电。而随着技术的发展，数字信号处理这门技术变得越来越完善，而且因为单片机这种微处理器的急速发展和性价比的提高，使得数字化控制的蓄电池充电控制渐渐取代了模拟控制下的蓄电池。数字化的控制方式的蓄电池其好处在于足以应对各种复杂的充放电要求，并且能够显示出当前的充电过程并对这一过程进行检测，如此安全高效的运行方式使得蓄电池的寿命得到了提升，也缩小了系统的体积，增加了系统的灵活性。
为了延长蓄电池的使用寿命，增加其使用效率，不仅仅只能依靠对蓄电池的设备管理，而且需要更加安全可靠且高效的充电装置。因此现在的研究方向中备受关注的是不影响蓄电池使用寿命下的安全、高效的充电技术。
在新的要求下，课题研究可以从两个方面进行考虑，一是充电装置，二是充电方法。这两个方面包括了广泛的相关的知识技术，包括自动控制技术，单片机技术，计算机技术和电力电子技术等，若其研究得当，将对发展类似新能源汽车等环保产业产生深远的影响。尤其是在本设计中具有重大作用的微控制技术，其快速发展就是使充电方式多样化的帮手，也能实时监测充电过程，保护整个蓄电池。
充电技术国内外发展现状
传统的充电过程大致分为恒压充电、恒流充电、恒压限流充电等，都是非智
能控制，即手动操作的。随着不断完善的蓄电池性能和不断发展的充电技术，传统充电控制中的欠充、过充等严重的现象已经不能再适应当前的需要了。研究表明，电池的使用寿命在合适的充电方式下大约能提高30%。当前一些新颖的充电方法已经陆续出现，其中适用于铅酸蓄电池的分级定流型充电法已经被广泛的应用。但是传统方法的原理还是依然适用，经过不断改进才有了这些新型方法，使得蓄电池的充电电流和它的可接受的电流充电曲线更加接近，而充电方法也变得更加先进。例如将模糊控制技术和充电控制方法相结合模糊控制充电法可以有效解决以前难以解决的充电过程中的干扰性问题。
目前，高频化、集成化、智能化和绿色化的方向是当前充电电源的发展方向。同时也不断提出了智能化的程度、电磁兼容和自我调整性等新的要求。关于高频化，课题研究的目的是提高电源的动态性能而实现高功率密度，那么系统电源的工作频率就一定要提高。主功率变换器件开关速度的提高，可以使变压器磁性材料明显减少，也降低了电解电容类似重量和体积等参数。关于集成化，其方向内容主要有将MOSFET等功率较大的器件变得密集化、微型化，在单个的芯片里放置功率较小的MOSFET，将系统的驱动、控制、检测、功率放大等功能集为一体。关于智能化，在对环境进行自我调整的过程和关于电池的充电算法方面得到体现，即电池能够自动根据电池当前状态和环境等方面选择最佳的充电方式生成充电曲线，快速的完成充电。关于绿色化，则包含两方面，其一是能够节约电能，因为环境被破坏的一个主要原因就是发电，其二是这些电能对电网要尽可能少的产生影响。
当前，大部分充电器从充电电路上分析都不能被称为智能充电器。而为了更安全高效的充电，对复杂的充电算法有了更高的要求。所以，对充电电压、充电电流、温度等的检测必须更加精确，以便降低充电时间来达到最大电池容量。所以，智能的充电器会包括电池温度检测电路、充电电流检测电路、充电电压检测电路和显示电路等模块。
论文研究的主要内容
智能的充放电控制系统在铅酸蓄电池中包括四个部分：蓄电池、开关电源电路、直流负载和控制部分，其中负责控制的部分是本次课题研究的中心。因为充放电过程比较频繁，所以若对充放电控制进行深入的探讨和研究，可以延长实际使用寿命，增加系统稳定性。
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