蓄電池是社會生產經營活動中不可缺少的產品，被廣泛應用于特種、交通運輸、通訊、電力等國民經濟各個部門的重要能源裝置。蓄電池的使用壽命是目前普遍關注的問題。蓄電池的壽命由多方面因素決定，其中最重要的是蓄電池本身的物理性能。除此之外，電池的管理技術、不合理的充放電模式也是造成電池壽命縮短的重要原因。

快速、高效地對蓄電池科學充電，是蓄電池使用和保養中的一項非常重要的內容，也一直是蓄電池界關注的問題，因此，研究先進的充電技術及充電裝置是蓄電池領域重要的課題，它是涉及電力電子、自動測量與自動控制等技術的高端課題。

1智能充電器硬件部分

充電裝置硬件總體結構設計框圖如圖1所示，由主電路和控制電路兩部分組成。虛線框外部分為主電路，虛線框內部分為控制電路。主電路的功能是將輸入的三相交流電轉變成蓄電池負載要的直流電；控制電路用于實現電源各種功能。

圖1系統原理框圖

1）充電主電路

主電路采用的是AC-DC-DC變換電路，AC-DC部分的用途是通過整流變壓器將三相交流電源U、V、w進行降壓、隔離，經六個二極管所組成的三相不控橋整流后得到不可控制的直流電壓U1,如圖2所示。也就是說，對輸入為AC380V的三相電壓，U1的大小僅與整流變壓器的變比有關，一旦電網電壓和變壓器的變比確定，U1也就恒定不變。

圖2三相降壓整流電路

DC-DC部分采用Buck電路，如圖3所示。當對蓄電池進行充電時，全控器件VT2關斷，直流電壓U1經過全控開關器件VT1、續流二極管VD2和電感L（同時兼作濾波）組成的Buck電路，并通過控制VT通斷來控制輸出電壓U2的大小，從而控制蓄電池的充電電流和充電電壓。

圖3Buck-Boost電路

2）主電路保護電路

（1）過電流保護。

二極管、晶閘管的熱容量小，對5倍以上的過載要求在0.02秒內切斷，否則元器件就會損壞，因此必須用快速熔斷器。

（2）過電壓保護。

晶閘管與整流二極管承受過電壓的能力有限，即使電壓超過元件反向電壓擊穿電壓數值不多，時間不長（0.5~1us），都有可能使元件反向擊穿，造成損壞。過壓保護措施是接人阻容吸收回路，把它并接在交流側、直流側，或與整流元件并聯，降低阻容電路兩端的電壓變化率，從而起過壓保護用途。

3）控制電路。

控制電路包括電壓反饋電路和電流反饋電路、pI調節器及反饋選擇電路、D/A轉換電路，CAN總線電路，單片機及其外圍電路。其各模塊框圖如圖4所示。

圖4控制電路原理框圖

2軟件設計

軟件設計總體框圖如圖5所示，其具體流程如下：首先調用初始化函數對所有設備進行初始化。之后判斷關機是否正常，假如上次關機為正常關機則調用各種模式選擇函數，選擇充電模式；假如不正常，則讀EEpROM,讀取非正常關機時充電機的狀態。然后進入循環，在5分鐘之內，允許對充電機自動充電狀態下的給定電壓進行設定；每1O分鐘，將充電機當前狀態記人EEpROM.選擇充電方式，用相應的子程序對數據進行處理，得出輸出結果，并通過DA變換為所需的電壓信號；每秒鐘調用一次計時函數，記錄并顯示當時的充電總時間和所處階段的充電時間；判斷是否滿足階段轉換的條件，控制階段轉換燈；根據關機條件判斷充電是否完成。

圖5主函數流程圖

圖5中，恒壓恒流方式包括三種充電方式：①開始階段恒電流的修正恒壓充電，②最后階段恒電流的修正恒壓充電，③開始階段和最后階段恒電流的修正恒壓充電。實際應用中可以根據要和充電效果在程序中進行調整。

3實驗分析

本智能充電機分手動模式和自動模式兩種充電方式。下面分別對其進行驗證。

手動模式充電波形如圖6所示，圖中第一通道為電池端電壓；第二通道為脈沖變壓器原邊的驅動信號；第三通道為模擬pI調節器的給定參考電壓；第四通道為電流鉗測得的實際充電電流信號。

可以看出，手動模式下，單片機能夠正常地從電位器取出信號，并將其轉換為相應的電壓信號發送給模擬pI調節器作參考。電池端電壓隨充電電流波動，因此能夠進行正常的手動充電。

手動模式充電波形如圖7所示，充電機在電池單格大于等于2.35V時進行階段轉換，每次轉換過后都將充電電流減小為上階段充電電流的一半。

程序中設置進行三次階段轉換，第三階段進行過充電。

圖6手動模式充電波形

圖7自動模式充電波形

第一通道為電池端電壓，第二通道為電流反饋電路經第一級放大電路之后的信號，第三通道為模擬pI調節器的給定參考電壓，第四通道為電流鉗測得的實際充電電流信號。從圖中可以看出充電機可以正常完成三階段恒電流充電。

4結束語

以單片機AT90CAN32為核心的智能充電設備控制系統的硬件設計方法。采用模塊化的程序設計方法設計了整個系統的軟件流程，并編寫了主程序和各模塊的子程序，實現了數據采集、事件管理、充電控制算法和輸出控制。該智能充電設備具有以下的特點：

（1）能完成多階段恒流充電。與以前兩階段恒流充電相比，能有效的將充電電流控制在電池析氣電流附近。

（2）不僅能夠通過判斷充電時間來完成關機，還能通過判斷電池的端電壓變化率來實現自動關機。

（3）可使用多種反饋來判斷電池的狀態，在原充電機電流反饋電路的基礎上添加了電壓反饋及調節電路。

（4）能自動判斷電池塊數并改變電壓反饋比例系數。

（5）實時記錄充電機的充電狀態，實現充電機斷電保護。

（6）具有CAN總線接口，方便擴展使用。