基于PIC单片机的蓄电池修复系统.pdf

技术交流
基于PIC单片机的蓄电池修复系统
李强,张永超,雷昳
(青岛大学自动化工程学院,山东青岛266071)
[摘要]介绍可以消除蓄电池硫化的高频正负脉冲修复系统。该系统以PIC单片机为控制核心,用开关电源进行电能
变换,并具有充放电管理电路及外部显示电路,便于可视化操作。实验结果表明,该系统能够很好地消除蓄
电池硫化,延长蓄电池的使用寿命。
关键词高频正负脉冲PIC单片机开关电源充放电管理
引言
2修复系统的电路设计
蓄电池以其经济实用、稳定性好而被广泛应用于交通2.1防反接电路
运输、电信电力、矿业、国防军工等行业。然而,内部的
硫化会导致蓄电池提前报废,造成能源的极大浪费,因
为防止蓄电池极性接反损坏修复系统,设计了防反接
此,蓄电池修复技术在国内外引起了极大关注。一般认
电路,如图2所示
为,提高蓄电池使用寿命应从设计制造、使用维护和充电
方法着手,而充电方法对蓄电池寿命的影响最大。为
此,研制了一种以PIC单片机为控制核心的正负脉冲式蓄
电池修复系统,该系统能通过高频脉冲中丰富的谐波与电
池中的硫酸铅晶体的共振来消除硫化,提高电池的使用寿
命
图2防反接电路
未安装电池时,PMOS管的G极接N-MS的D
1蓄电池修复系统的组成
极,此路不通,所以P-MOS管和NMOS管截止。正确接
蓄电池修复系统具有主要参数检测显示和蓄电池修复上电池后,由于电池的作用,PMOS导通,NMOS的G
功能。该修复系统主要由供电开关电源、充放电管理、单极也因获得高电位而导通,电池正常充电。若电池接反
片机控制系统及键盘构成,如图1所示
则PMOS的G极电位高于S极,P-MOS管截止,N-MOS
也因没有偏置而截止,没有电流流过。
市电入
供电
充放电管理
替电池
开关电源
2.2供电及充放电管理电路
驱动电路
开关电源具有体积小、重量轻、效率高等优点,因而
显示
PIC单片机控制系统
盘
系统采用开关电源供电,?。蓄电池修复系统的半桥型开
图1修复系统结构日
关电源电路如图3所示。
充放电管理部分包括充放电管理电路及防反接电路;
Q本
单片机控制系统由驱动电路、单片机、采样电路、显示电
路等组成2。
电池修复系统通过单片机控制充放电管理电路产生翠本”学
高频正负脉冲对已硫化的蓄电池进行去硫化修复4~的。
开关电源通过对市电进行电能变换来为整个系统供
图3系统电能变换电路
电。修复不同容量的蓄电池时,可以通过键盘选择不同的
220V市电经电磁滤波电路到桥式整流电路,然后到
修复参数,在修复过程中,单片机控制系统需实时监控蓄半桥电路进行电能变换。以SG3525作为控制芯片,通过
电池的电压、电流、温度等参数,并把采集来的信息显示?输出两路PWM脉冲来控制开关管Q2和Q2的导通与关
在显示屏上。与此同时,单片机还要比较采集的参数与设断,使电路输出稳定,提高供电质量。
定的参数,判断蓄电池的修复进度等。
修复蓄电池所需的正负脉冲由充放电管理电路产生,
收稿日期:2011-08-19
作者简介:李强(1986-),硕士研究生,研究方向为电力系统及其自动化、
62www.chinaetneti电工技术
」技术交流
电路结构如图4所示。
在图6中,电阻R。为电流采样电阻,由运放的虚
短、虚断可得
R。(R1a+R3)rr_R
令R1=R35,R8=R,得
Q
R
通过设定R。、R1和Rs的阻偵便可得到满足单片机所
图4充放电管理电路
需的电压范围。单片机对采集到的电流信号进行数字PID
单片机产生两路交替导通的PWM脉冲,经驱动电路调节,实时调节脉冲宽度,对蓄电池进行修复
后控制开关管Q3、Q。的开通与关断,由此产生正负脉冲
两路脉冲PWM1与PWM2由PIC单片机输出,为
对蓄电池进行修复们。开关管Q导通时,对蓄电池进行增大两路脉冲的驱动能力,采用由2个三极管组成的同
充电,电流迅速上升至平稳脉动状态,得到一个正脉冲。
向放大电路对它们进行放大。然后将放大的两路脉冲
Q。关断一段时间后,电流下降至零,此时Q导通,蓄电PWM1'与PWM2'送至R2110的2个输人端、由驱动
池通过2个并联二极管D、RC电路及开关管Q放电,放芯片IR210输出的两路PWM脉冲分别驱动开关管Q
电电流上升,得到一个负脉冲。通过调节R
C的与Q,。
值可以控制放电脉冲的宽度。该电路通过对蓄电池短时停
IR2110设计的关键在于自举电容与自举二极管的选
充电和瞬时反向电流放电来消除硫化。两路PWM控制脉取。下桥导通时给电容充电;当上桥臂导通时,电容依
冲如图5所示
靠自身储存的能量维持上桥臂栅极的高电平。电容选取依
据为:
2Q+吧+Q、+
C≥
PwM2:占空比可变的高频脉冲
式中,Q。为门极电荷;I小为静止电流;Q为转移电荷;
f为输出波形频率;U为二极管上电压;Uい为下半桥电路
压降;Um为b和UJ、之间的最小电压
为保证自举电容能将栅源电压保持一段时间,电容选
PWM1:占空比可变的高频脉冲
最小值的15倍;同时,为减小电荷损失,二极管选反向
图5驱动波形
漏电流小的快恢复二极管。
在图5中,两路PWM波的占空比可调,实时调节两3实验结果
路PWM波的占空比能起到限流的作用。
2.3控制电路
用研制的蓄电池修复系统对一块已硫化的12V100A?
主控MCU为 Microchip公司PIC16F877,可以实现在铅酸蓄电池进行修复,修复过程中的电流波形如图7所示
线调试和编程,因此系统的维护和升级较简便且成本较
低。单片机中的10分辨率ADC模块可用于电流采样。开
关管导通和关断所需的PWM信号由PIC16F877中的CCP
模块产生。当CCP模块配置为PWM模式时,CPx引脚
可以输出占空比10位分辨率可调的方波。驱动模块为IR
公司IR2110驱动模块,它兼有光耦隔离和电磁隔离的优
点,且外围电路简单,易于实现。采样及驱动电路如图6
所示
图7修复过程中电流波形
+12V
由图7可看出,修复过程中有明显的放电脉冲,因此修
复系统能够有效地消除蓍电池硫化。对进行了两轮修复的蓄
R
HIN
电池做了放电实验(通过灯泡放电),放电曲线如图8所示。
PWMI
由图8可看出,放电10小时后,蓄电池两端的电压为
RC2 Z
I IN
9V左右,可见经正负脉冲式蓄电池修复系统修复后的蓄电池
容量有了明显改善
图6采样及驱动电路
(下转第66页)
电工技术1201212期63