智能型铅酸蓄电池充电器的设计与实现

摘 要： 为延长蓄电池的使用寿命，综合浮充和循环充两种充电方式的优点，提出和分析了快充、慢充和涓流充三个阶段的充电过程，并据此设计了应用单片机PIC16C54进行PWM控制的智能型铅酸蓄电池充电器。经多种试验，充电效果良好。
关键词： 铅酸蓄电池 智能型充电器 单片机PIC16C54 PWM(脉冲宽度调制)控制

铅酸蓄电池的制造成本低、容量大、价格低廉，使用十分广泛。由于其固有的特性，若使用不当，寿命将大大缩短。影响铅酸蓄电池寿命的因素很多，采用正确的充电方式，能有效延长蓄电池的使用寿命。因此，设计一种全新的智能型铅酸蓄电池充电器是十分必要的。

1 常规充电方式

铅酸蓄电池的常规充电方式有两种：浮充(又称恒压充电)和循环充电。
浮充时要严格掌握充电电压，如额定电压为12V的蓄电池，其充电电压应在13.5~13.8V之间。浮充电压过低，蓄电池会充不满，过高则会造成过量充电。电压的调定，应以初期充电电流不超过0.3C(C为蓄电池的额定容量)为原则。

循环充电，其初期充电电流也不宜超过0.3C，充电的安培小时数要略大于放电安培小时数。也可先以0.1C的充电速率恒流充电数小时，当充电安培小时数达到放电安培小时数的90％时，再改用浮充电压充电，直至充满。

以上为目前常用的铅酸蓄电池充电方式，但这两种方式存在着一些不足之处。在充电过程中，电池电压逐渐增高，充电电流逐渐降低。由于恒压充电不管电池电压的实际状态，充电电压总是恒定的，充电电流刚开始比较大，然后按指数规律下降；采用快速充电可能使蓄电池过量充电，易导致电池损坏。对于循环充电而言，采用较小电流充电，充电效果较好。但对于大容量的蓄电池，充电时间就会拖得很长，时效低，造成诸多不便。

从图1可以看出：在快充阶段(0~t1)，充电器以恒定电流1C对蓄电池充电，由单片机控制快充时间，避免过量充电；在慢充阶段(t1~t2)，单片机输出PWM控制信号，控制斩波开关通断，以恒定电压对蓄电池进行充电，此时充电电流按指数规律下降，当电池电压上升到规定值时，结束慢充，进入涓流充阶段；在涓流充阶段(t2~t3)，单片机输出的PWM控制信号，使充电器以约0.09C的充电电流对蓄电池充电，在这种状态下，可长时间对蓄电池充电，从而能最大限度地延长蓄电池寿命。

3.4 辅助电源
辅助电源由工频变压器T3、整流元件B2、滤波元件C27、C28和三端稳压集成电路IC4(7805)组成，为单片机提供(+5V)电源电压。采用这种为单片机单独供电方式，可以增强抗干扰能力，提高可靠性。同时为单片机提供50Hz计时脉冲信号。

4 综合实验
图2所示电路可给12V/4Ah的铅酸蓄电池充电，最大充电电流限制为4A，最大输出电压为18V。充电开始时，充电器以4A电流对蓄电池快速充电约25分钟；然后以14.7V的恒定电压对蓄电池进行慢充，直至蓄电池电压上升到12.8V，结束慢充最后充电器以14.1V电压对蓄电池涓流充电。温度保护点为45C°；当蓄电池温度升高到45C°时，单片机控制充电电压下降到14.1V，随着温度的回落，充电电压恢复到保护前的状态继续充电。该充电器对上述蓄电池充电比普通充电器缩短了约2/5的时间。

铅酸蓄电池的型号不同，充电要求不完全相同，在设定快充时间和最大充电电流等参数时，要经过反复试验，才能达到最佳充电效果，使电池寿命得到延长。本充电器经过多种综合试验，充电效果良好，适用于对多种蓄电池充电。