便携式12V铅酸蓄电池充电器的研制.doc

1、目前一部分变电站的直流后备电源采用了 12V 阀控式铅酸蓄电池，由于个体差异，有的电池在运行中会发 生电池电压落后现象，在整组电池均衡充电不能解决这个问题时，则需要单独对这些落后电池进行处理。 原先由于没有适用的充电器对其进行补充充电，而造成现场维护困难，为了解决这一问题，我们研制了智 能化便携式充电器， 经过现场工作人员长期使用， 证明该充电器使用方便， 充电性能及可靠性均满足要求。 铅酸电池充电一般采用两阶段充电方式，即大电流补充充电阶段，均衡充电阶段和浮充电阶段。在大电流 补充充电阶段， 硫酸铅转化为负极板上的金属铅和正极板上的二氧化铅， 当绝大部分硫酸铅完成转化以后， 电池开始产生过充

2、电反应，此时应大大降低充电电流以避免电池失水或阀控式铅酸蓄电池密封阀动作，在 均衡充电结束时，充电器应自动转入浮充电状态。为了获得铅酸蓄电池的最大容量和延长其使用寿命，充 电器的输出特性应该与电池的特性很好地配合。本充电器仅考虑了对电池的补充充电和短时间浮充电，因 而未配置测量电池温度的传感元件。但变电站的充电机应考虑阀控式铅酸蓄电池的温度特性。1 充电器的硬件结构由于现场使用的 12V 铅酸蓄电池的容量大多为 100AH ，为了满足一般现场需要， 我们设计的充电器最 大输出电流为10A，最高输出电压为15V。为了减轻充电器的重量，我们采用美国Vicor DC/DC变换器模块作为充电电源。该模

3、块工作效率高，体积小，具有过流和过热保护，平均无故障时间(MTBF) 高达几十万小时以上，通过调整模块上 Trim 端与 Vout (-) 之间的电压即可调整输出电压，是制作充电电源的理想元 件；为了精确控制充电器输出的电流、电压，设置和显示充电参数，以及实现其它附加功能，我们采用了 微控制器测控方案。微控制器选用51系列中的增强型器件 W 78E52B，其内部有8k字节的flash ROM ，256字节RAM，WDT电路等，性能价格比高。充电器电流测量前端电路采用15A分流器和仪表放大器，蓄电池电压测量前端电路采用电阻分压方式，充电电流和电池电压信号经模拟开关送A/D 转换器变换为数字信号，

4、 A/D 转换器采用抗干扰能力强的双积分型 7135，其分辨率为 41/2 位，转换精度达 13 位，能够满 足本装置的测量精度。 Vicor DC/DC 变换器模块的输出控制采用了具有数字接口的数字电位器。微控制器 按规定的时序控制 UP/DN，INC和/CS端即可调整数字电位器滑动端Vw的位置，从而改变 DC/DC模块上Trim 端与 Vout (-) 之间的电压。为了贮存充电参数、向微控制器提供 RTC 时钟信号，我们选用 DS12887， 该器件由内置锂电池、实时时钟及1 1 4个不挥发 RAM 单元组成。显示及显示驱动部分采用 0.5寸 LED 和显示驱动电路 MAX7219 ，用于

5、显示充电电流、电压值和充电器的状态，除此之外，还配置了微控制器电压 监视复位电路和散热风扇控制驱动电路。为了防止因电池极性反接或电源模块造成模块和电池的损坏，电 源输出部分安装了自恢复保险元件，过流时自恢复保险元件关断，故障消失后该元件恢复导通。测控部分 的电路框图如图 1 所示。1)SLEIW78E52BI2R87融科瑜岀电”汀电流控制 电位n嘶制LSSKoAC22OFIT卓匚电源模块謀二詡 4 wwvT ediTesr图1测控部分的电路框图2充电器的软件计该充电器的软件设计考虑了以下几点：充电器按两阶段充电方式工作； 可设置恒流充电的电流值和转入均衡充电的电压值；可对电流、电压两个通道的

6、A/D转换值进行数字修正和标定；统计本次充电过程中充入的电量；：自检和自检岀错时揭示故障信息；充电参数设置错误时的提示；操作不当时的提示；根据电源模块的输岀电流控制散热风扇启停；充电器状态显示； 开始充电时，若电池电压值低于10V，应先以小电流充电至11V，然后再进入设定的恒定电流充电阶段，以避免6个单体电池中有1个电池短路时，导致电池一直处于大电流恒流充电状态；（11）采用C51编程、模块化设计。充电器的部分软件框图见：图 2为两阶段充电控制，图 3为电压、电流A/D转换及显示，图4为散热 风扇控制。图2两阶段充电控制I wwweidi4ftes. net；图4风扇控制程序框图3 结束语采用高效、高功率密度的 DC/DC 变换器模块与微控制器结合控制并优化了铅酸电池的充电过程、 实现 了充电的灵活性。该充电器体积小、效率高、可靠性高，使用该充电器对电池充电可以保证被充电池的容 量和寿命。本文介绍的虽然是 12V ，100AH 及以下容量的电池充电器，只要选用适当的DC/DC 变换器模块，简单修改一下充电器程序中的参数，就可以适应不同电压，不同容量的电池。长治供电分公司屯留变 电站的 1 组 12V 密封阀控式铅酸蓄电池中有 2 只电池电压落后，其电池电