題目：鉛酸蓄電池充電器設(shè)計摘要蓄電池充電過程中的主要問題是極化現(xiàn)象始終存在并逐漸加劇，嚴(yán)重影響充電速度與質(zhì)量，損傷蓄電池，甚者可能報廢。根據(jù)充電速度、出氣、溫升及活性物質(zhì)脫落等現(xiàn)象，比較了傳統(tǒng)的充電方法包括恒流充電、恒壓充電及快速充電的優(yōu)缺點，指出極化現(xiàn)象的根本原因是充電方法不符合蓄電池充電接受特性，據(jù)此提出了恒壓充電法，不但所需人工干預(yù)少，而且極化現(xiàn)象少、充電效果好，即充電速度快、出氣少、溫升少、活性物質(zhì)脫落少。bq2031是TI公司為優(yōu)化鉛酸蓄電池的充電特性能而設(shè)計的專用芯片.它是靈活的脈沖調(diào)制調(diào)節(jié)器允許bq2031以恒壓、恒流或恒流脈沖方式進行充電.PWM調(diào)節(jié)器的頻率可由外接電容來方便靈活的設(shè)定.其開關(guān)模式設(shè)計可使其在大電流充電情況下的損耗降到最小.恒壓充電模式的優(yōu)點是：能夠根據(jù)電池的充電狀態(tài),自動調(diào)整電池的充電電流，并且所有電壓值都具有溫度補償。恒壓充電模式適用于循環(huán)充電和浮充充電。在快速充電狀態(tài)下，充電器輸出較高的恒定電壓，然后下降到溫度補償浮充電壓。這樣充電器可以隨時隨地檢測蓄電池充電情況。關(guān)鍵詞:鉛酸蓄電池；充電方法；快速充電；單片CMOS集成電路bq2031，脈沖調(diào)制，恒壓、恒流充電，自動調(diào)整充電電流，溫度補償，浮充電壓。1目錄1引言32密封免維護鉛酸蓄電池42.1密封免維護鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)42.2密封鉛酸蓄電池的充電特性43傳統(tǒng)充電方法概要53.1恒流充電53.2恒壓充電63.3快速充電74單片CMOS集成電路bq2031104.1管腳功能124.2參數(shù)定義145充電器主要部分的設(shè)計145.1整流濾波電路145.2驅(qū)動電路155.3控制電路15結(jié)論22致謝23參考文獻24附錄125附錄227附錄3282引言從1859年法國科學(xué)家普朗特發(fā)明鉛酸蓄電池后的一百多年里，電池充電一直采用小電流(約O.1C)恒流充電法，由于此法充電時間太長、充電效率低，限制了電池的應(yīng)用。20世紀(jì)60年代中期美國科學(xué)家馬斯提出了電池快充基本定律馬斯三定津之后，電池快速充電開始得到了人們的極大重視，幾十年來人們對快充模式和停充控制方式進行了大量深人研究，提出了多種切實可行的方法。目前，由于常規(guī)充電技術(shù)不能適應(yīng)各類新型電他的要求，因此嚴(yán)重影響電池的使用壽命。實踐證明，免維護電池的浮充電壓偏差5，浮充壽命將減少一半。離電池的充電電壓超過4.1V土50mV，將造成電池永久性損壞。如果采用鎳銅電池常用的檢測法，控制鎳氫電池快速充電，可能造成鎳氫電池因嚴(yán)重過充電而損壞。為了滿足各類電池快速充電的不同要求，世界各國都在研究智能化快速充電技術(shù)。目前已研制出幾十種各類電池快速充電控制集成電路，利用這些集成電路，很容易制作智能化快速充電器。所以我們的畢業(yè)設(shè)計就是研究具有智能化的充電器，研究充電器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和充放電特性，詳細分析了充電控制專用集成電路的結(jié)構(gòu)和工作原理。為此我們研制了一種基于bq2031的鉛酸蓄電池充電控制器。bq2031是TI公司為優(yōu)化鉛酸蓄電池的充電性能而設(shè)計的專用芯片。它靈活的脈寬調(diào)制調(diào)節(jié)器允許bq2031以恒壓、恒流或恒流脈沖方式進行充電。PWM調(diào)節(jié)器的頻率可由外接電容來方便靈活的設(shè)定。其開關(guān)模式設(shè)計可使其在大電流充電情況下的損耗降到最小。為了便于評審老師閱讀參考，我們潛心學(xué)習(xí)翻閱大量資料，反復(fù)推算，終于設(shè)計出了快速充電器的設(shè)計方法和實際電路。為了便于以后有意者參閱與制作，我們詳細的說明智能快速充電器的主要性能和技術(shù)參數(shù)。32密封免維護鉛酸蓄電池由于免維護鉛酸蓄電池具有價格低廉、供電可靠,在電池的整個壽命期間電壓穩(wěn)定且不需要維護等優(yōu)點,所以在各類需要不間斷供電的電子設(shè)備和便攜式儀器儀表中有著廣泛的應(yīng)用。在正常使用時,免維護鉛酸蓄電池的浮充壽命可達1216年，如果浮充電壓偏差5%，則使用壽命縮短1/2。2.1密封免維護鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)全密封免維護鉛酸蓄電池由正負極板、隔板、電解液、安全閥、氣塞、外殼等部分組成。正負極板均采用活性材料涂在特制的鉛鈣合金骨架上。這種極板的耐酸性強，導(dǎo)電性好，壽命較長，自放電速率也較小。隔板采用超細玻璃纖維制成，全部電解液吸附在極板和隔板中，電池內(nèi)沒有流動的電解液，即使外殼破裂，電池也能正常工作。電池頂部裝有安全閥，當(dāng)電池內(nèi)部氣壓達到一定數(shù)值時，安全閥自動開啟，排出多余氣體；電池內(nèi)氣壓低于一定數(shù)值時，安全閥自動關(guān)閉。頂蓋上還有內(nèi)裝陶瓷過濾器的氣基，它可以防止酸霧從蓄電池中逸出。正負極接線端子用鉛合金制成，采用全密封結(jié)構(gòu)，并用瀝青封口。在免維護電池中，電解液全部吸附在隔板和極板中，負極活性物質(zhì)(海棉狀鉛)在潮濕的條件下活性很高，能與氧氣快速反應(yīng)。充電過程中，正極板產(chǎn)生的氧氣通過隔板擴散到負極板，與負極板活性物質(zhì)快速反應(yīng)，合成水。因此，在整個使用過程中，不需要加水補酸.2.2密封鉛酸蓄電池的充電特性容量和壽命是蓄電池的重要參數(shù)，如前所述，蓄電池的容量(C)指的是：采用規(guī)定的放電速率(通常為l0小時放電率)，充足電的電池能夠放出的安時數(shù)，蓄電池的額定容量(C)通常作為電池充放電速率的單位。例如100Ah的蓄電池，采用20A電流充電時，充電速率為C/5，采用10A電流放電時，放電速率就是C/10。蓄電池的壽命通常分為循環(huán)壽命和浮充壽命兩種。蓄電池的容量減小到規(guī)定值以前，蓄電池的充放電循環(huán)次數(shù)稱為循環(huán)壽命。在正常維護條件下，蓄電池浮充供電的時間，稱為浮充壽命。經(jīng)常免維護電池的浮充壽命可達l0年以上。電池充電通常要完成兩個任務(wù)，首先是盡可能快地使電池恢復(fù)額定容量，另一個任務(wù)是用涓流補充電池因自放電而損失的電量，以維持電池的額定容量。在充電過程中，鉛酸電池負極板上的硫酸鉛逐漸變?yōu)殂U，正極板上的硫酸鉛逐漸變?yōu)槎趸U。當(dāng)正負極板上硫酸鉛完全變成鉛和二氧化鉛后，電池開始發(fā)生過充4電反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣和氧氣。這樣，在非密封鉛酸蓄電池中，電解液中的水將逐漸減少。在密封鉛酸蓄電池中，采用中等充電速率時，氫氣和氧氣能夠重新化合為水。圖1充電器充電特性圖3傳統(tǒng)充電方法概要3.1恒流充電3.1.1特點恒流充電的特點即恒流、變壓。3.1.2優(yōu)點(1)恒流充電電流可調(diào),故可以適應(yīng)不同技術(shù)狀態(tài)的蓄電池,如新蓄電池、正常使用蓄電池和有不同故障的蓄電池,因而目前得到了廣泛采用。(2)恒流充電當(dāng)蓄電池基本充好后還能以很小的電流對蓄電池繼續(xù)充電,使極板內(nèi)部較多的活性物質(zhì)參加電化學(xué)反應(yīng),從而使蓄電池充電比較徹底,保證了蓄電池的容量。3.1.3缺點(1)充電過程中需要較多的人工干預(yù),如蓄電池端電壓的測試、溫度測量!電流調(diào)節(jié)等。5(2)恒流充電由于沒有去極化措施,因而極化現(xiàn)象比較嚴(yán)重。(3)蓄電池充電接受特性如圖1所示，恒流充電一般為分階段進行,與蓄電池充電接受特性相差較大,因而在實際操作中一般存在初期電流較小,后期電流太大的缺陷,所以無論從速度上還是從效果上都不完善、伴隨蓄電池的劇烈冒氣,會因極板上活性物質(zhì)脫落而降低蓄電池的壽命,并有大量電能浪費。(4)充電時間長。圖2蓄電池充電接受特性圖3恒壓充電特性3.2恒壓充電恒壓充電特性如圖3所示。3.2.1特點恒壓充電的特點是恒壓、變流。3.2.2優(yōu)點（1）恒壓充電電流隨蓄電池端電壓的升高而逐漸減小,最后自動停充。因此恒壓充電操作簡單,不需人工干預(yù),省去了許多麻煩。(2)恒壓充電在充電過程初期由于蓄電池端電壓較低,充電電流較大,因而充電速度較快,一般在34h即可使蓄電池充到80%90%,故在室外條件下的充電采用恒壓充電較為理想。(3)恒壓充電性能比較接近蓄電池充電接受特性,因此恒壓充電如果掌握得好可以取得較好充電效果。3.2.3缺點(1)恒壓充電電流不能自由調(diào)節(jié),因此不能適應(yīng)對各種不同技術(shù)狀態(tài)的蓄電池進行充電。(2)由于沒有去極化措施,因而充電過程中也有較嚴(yán)重的極化現(xiàn)象,因此也有嚴(yán)重的負面效果,如出氣、溫升、極板活性物質(zhì)脫落等,而延長充電時間,折損蓄6電池壽命浪費電能。(3)恒壓充電過程后期充電電流過小極板深處的活性物質(zhì)不能充分恢復(fù),因而不能保證蓄電池徹底充足。3.3快速充電3.3.1特點采取瞬間放電或停充等去極化措施,以比常規(guī)充電大得多的電流進行充電。3.3.2優(yōu)點(1)快速充電速度快。以補充電為例,快速充電一般需0.51.5h,是常規(guī)補充充電的1/81/20。(2)快速充電效果較好。采用快速充電,在充電過程中由于采取去極化措施,使蓄電池始終比較接近初始充電狀態(tài),因而蓄電池只有微量出氣有效地避免了因劇烈出氣而造成的活性物質(zhì)脫落,故蓄電池壽命顯著提高。(3)節(jié)約大量電能?？焖俪潆娪捎谟腥O化措施,充入蓄電池的電能絕大部分轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能,同時充電時間短,電能的損耗也少,因此快速充電可節(jié)約大量電能。(4)快速充電由于充電電流較大,可對某些硫化了的蓄電池進行激活試驗。3.3.3缺點（1）快速充電與常規(guī)充電相比溫升較高。（2）快速充電制度很多,如定電流、定周期脈沖充電、放電去極化法,定電流、定電壓脈沖充電、放電去極化法,小電流寬脈沖放電去極化法,大電流和小電流結(jié)合去極化法,等等。雖然都有去極化措施,充電過程中仍有極化現(xiàn)象存在,很多快速充電設(shè)備就是靠檢測因極化而升高了的蓄電池端電壓而關(guān)機的。因而快速充電盡管比常規(guī)充電極化現(xiàn)象大大減少,仍然不能完全去除極化,造成這種情況的原因是快速充電仍然沒有很好吻合蓄電池充電接受特性。（3）快速充