智能充电器课程设计

1 目录 第一章 概述..................................... (3) 1.1智能充电器.............................(3) 1.2蓄电池充电器...........................(3)

第二章 蓄电池特性和充电介绍...................... (4) 2.1蓄电池介绍.............................(4) 2.2蓄电池充电特性介绍.....................(5) 第三章 智能充电器电路设计介绍.....................(6) 3.1设计思想...............................(6) 3.2整体框图...............................(6) 3.3补充...................................(6) 第四章 智能充电器各部分电路.......................(7) 4.1电源...................................(7) 4.2恒流源设计.............................(8) 4.3涓流源设计.............................(9) 4.4三五计数器的接入功能...................(9) 4.5实际检测..............................(10) 第五章 电路的安装与调试..........................(11) 5.1仿真电路..............................(11) 2

5.2各部分原件仿真参数.................（12） 5.3实验总结............................(14) 附录 1心得体会..............................(17) 2仪表器件清单.........................（18） 3参考文献..............................(19) 鸣谢..........................................(20) 3

第一章 概述 1.1智能充电器 可充电电池具有较高的性能价格比、放电电流大、寿命长等特点，广泛应用于各种通信设备、仪器仪表、电气测量装置中。但是不同类型的电池如镍镉电池（Nicd）、镍氢电池（NiMH）和锂离子电池具有不同的充电特性和过程。不同的电池应采用不同的充电控制技术。常用的控制技术有：电压负增量控制、时间控制、温度控制、最高电压控制技术等。其中电压负增量控制是目前公认的较先进的控制方法之一。充电时，当测量到电池电压负增量时就可以确定该电池己经充满，从而将充电转变为涓流充电。时间控制预定充电时间，当充电时间达到后，使充电器停止充电或转为涓流充电，这种方法较安全。温度控制法是当电池达到充满状态时，电池温度上升较快，测量电池温度或温度的变化，从而确定是否对电池停止充电。最高电压控制则是根据充电电池的最高允许电压来判断充电状态，这种方法灵活性较好。本文介绍一种智能充电器，能对镍镉电池（Nicd）、镍氢电池（NiMH）和锂离子电池进行充电，并对充电电池具有自动检测能力。

1.2蓄电池充电器

铅酸蓄电池充电器引采用三段式充电，品质优，性能好，充电饱和度高，能够提升蓄电池的使用寿命。需通过通过UL、CE认证，并且符合RoHS指令。

目前，铅酸蓄电池充电器已经发展到第五代， [1]最新升级版充电器是在第四代继电器保护的基础上采用更先进的集成IC电脑芯片控制系统，技术更加先进，充电过程更加智能化；它具有充电电压和电瓶容量范围广、短路自动保护、安全系数高、热量小、效率高、对电瓶无任何损害、体积小重量轻便于安置等特点。是现在市场上最先进的智能充电器。可用作摩托车、电动车、汽车--12V/1Ah-28Ah电瓶、蓄电池的充电； 4

第二章 蓄电池特性及充电介绍 2.1蓄电池介绍 定义：放电到一定程度后，经过充电又能复原续用的电池。 蓄电池是电池中的一种，它的作用是能把有限的电能储存起来，在合适的地方使用。它的工作原理就是把化学能转化为电能。 它用填满海绵状铅的铅板作负极，填满二氧化铅的铅板作正极，并用1.28%的稀硫酸作电解质。在充电时，电能转化为化学能，放电时化学能又转化为电能。电池在放电时，金属铅是负极，发生氧化反应，被氧化为硫酸铅；二氧化铅是正极，发生还原反应，被还原为硫酸铅。电池在用直流电充电时，两极分别生成铅和二氧化铅。撤去去电源后，它又恢复到放电前的状态，组成化学电池。铅蓄电池是能反复充电、放电的电池，叫做二次电池。它的电压是2V，通常把三个铅蓄电池串联起来使用，电压是6V。汽车上用的是6个铅蓄电池串联成12V的电池组。铅蓄电池在使用一段时间后要补充蒸馏水，使电解质保持含有22～28%的稀硫酸。 放电时,电极反应为:PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- = PbSO4 + 2H2O 负极反应: Pb + SO42- - 2e- = PbSO4 总反应: PbO2 + Pb + 2H2SO4 === 2PbSO4 + 2H2O (向右反应是放电,向左反应是充电)

图2.1 常见蓄电池 铅酸蓄电池产品主要有下列几种，其用途分布如下：

图2.2 蓄电池 5

起动型蓄电池：主要用于汽车、摩托车、拖拉机、柴油机等起动和照明； 固定型蓄电池：主要用于通讯、发电厂、计算机系统作为保护、自动控制的备用电源； 牵引型蓄电池：主要用于各种蓄电池车、叉车、铲车等动力电源； 铁路用蓄电池：主要用于铁路内燃机车、电力机车、客车起动、照明之动力； 储能用蓄电池：主要用于风力、太阳能等发电用电能储存；

2.2蓄电池充电特性

电动车用蓄电池的容量以下列条件表示之： 蓄电池◎电解液比值 1.280/20℃

◎ 放电电流 5小时的电流 ◎ 放电终止电压 1.70V/Cell ◎ 放电中的电解液温度 30±2℃ 1.放电中电压下降 放电中端子电压比放电前之无负载电压（开路电压）低，理由如下： (1)V=E-I.R V：端子电压(V) I：放电电流(A) E：开路电压(V) R：内部阻抗(Ω) (2)放电时，电解液比重下降，电压也降低。 (3)放电时，电池内部阻抗即随之增强，完全充电时若为1倍，则当完全放电时，即会增强2～3倍。 用于起重时之电瓶电压之所以比用于行走时的电压低，乃是由于起重用之油压马达比行走用之驱动马达功率大，因此放电流大，则上式的I.R亦变大。 2.蓄电池之容量表示 在容量试验中，放电率与容量的关系如下： 5HR....1.7V/cell 3HR....1.65V/cell 1HR....1.55V/cell 严禁到达上述电压时还继续继续放电，放电愈深，电瓶内温会升高，则活性物质劣化愈严重，进而缩短蓄 6

第三章 智能充电器电路设计介绍 3.1整体思想：

根据该课程设计要求和任务。该智能充电器在电池没电（低电压）时报警并充电(快充)，充到一定值时转为慢充，充满后停充。基本设计是在电池低电平时设为5.8v由电池电压输入35计时器来控制使电路打开进行快速充，充到一定11v值后转为慢充，充满后停止。

3.2整体框图

图3.1 智能充电器整体设计图 该设计是基于三五计时器下的充电器电路。由220v市电接入完成对12v蓄电池的充电。智能充电器控制系统设计过程中，主要侧重点是保证充电器对充电电池电压的精确控制，设计中元器件的选型也都是围绕着这个重点来完成的。

3.3 补充 本次设计是在multisim10 环境下模拟出的，实际种可能没有在理想化元器件，该设计中均以理想化处理 7

第四章 智能充电器部分电路分析 4.1电源

图4.1 电源部分 （1） 如图所示充电器由220v市电接入，经变压器变压后可得到13v交流电压，然后进过整流1B4B42，整流后可得到基本稳定的直流，再进过电容滤波后得到基本稳定的直流，最后通过12v稳压管1N4742稳压后得到12v直流源。 8

4.2恒流源设计 直接利用三端稳压集成块LM7812与电阻R1构成 恒流源。Io=V23／Rl+IQ,其中IQ 1．5mA，可忽略。V∞=12V，RI的实现同上。I=4A，R=12／4=3P=I2XO．4=4．8W，选用3On／5W 的水泥电阻。T3组成的镜像电流源，可以提高制作的简易性，适合要就不那么高的场合。最后值得提一下的是电源变压器的选用。假如输出的电压为12V，而流过的最小电流是4．4A，则P=4．4X12=52．8W。所以变压器的功率必须大于这个数，如果小于，则变压器会很快发烫，弄不好要烧东西的。通常变压器的取值，为电路功率的2倍。例如．在这次电路中，电路功率P=52．8W，则2X52．8、105．6W．所以，变压器功率取值100W。

图4.2 电流源原理图 模拟电路图如下

图4.3 设计电流源