一种蓄电池充放电电路的设计

张大为, 张凯, 万道军, 毕涛

一种蓄电池充放电电路的设计

张大为1, 张凯1, 万道军2, 毕涛3

（1. 海军航空工程学院 控制工程系，山东省 烟台市 264001；2. 海军航空工程学院 训练部，山东省 烟台市 264001, 3. 海军航空工程学院 基础实验部，山东省 烟台市 264001,）

应用电容滤波稳压电路原理设计蓄电池充放电主电路，再应用继电器开关原理设计出控制电路，实现不同充电电压的选择。为了加强蓄电池充放电电路的安全性能，设计出一种限压、限流的保护电路。根据蓄电池充放电的基本原理、特性、方法等,设计出一种简易、实用的充放电电路，具有良好的可逆性和稳定性。

蓄电池;滤波 容量 整流 控制电路

0 引言

蓄电池技术是一种涉及功率半导体器件、综合电力变换技术、现代电子技术、自动控制技术等多学科的边缘交叉技术。在现代通讯、电子仪器、计算机、工业自动化、电力工程、国防及某些高新技术中发挥着重要作用[1]。传统的蓄电池充放电方法存在充电缓慢、安全性能不好等缺点。随着理论的不断创新和工艺的不断成熟，一些新的充放电电路的理论成果不断的提出并且不断的投入到生产实践中。根据蓄电池充放电的基本原理、特性、方法等，设计出一种简易、实用、方便的充放电电路，通过设计出的充放电电路解决蓄电池充放电电压的单一选择难题，具有安全的保护电路性能，避免蓄电池因过充、欠充、过流、过压造成电路的烧毁[2]。

1 蓄电池的充放电单元模块

充、放电单元是对蓄电池容量检测和对蓄电池进行自动充、放电的设备。该装置融合了微处理器、电力电子等技术，具有自动化程度高、操作简便、安全可靠等特点。蓄电池充放电、测试均由PLC自动控制，可根据设定的充电电流、充电时间、放电电流、放电时间、终止电压和放出容量自动关机，防止蓄电池过度充放电；采用液晶显示，操作方便，实时显示充电电流、充电时间、放电电流、放电时间、电池电压、放出容量，显示信息量大；采用电流闭环控制技术实现恒流充、放电并可调控充、放电电流[3]。为了避免一般的高频开关电源电路所带来的电磁干扰以及电路复杂等缺陷，充、放电模块完全采用直流电路，不涉及高频交流电路，而且将充电和放电电路设计成同一电路，该电路的运行根据充放电的要求而定，因而具有可逆性，这样既不存在电磁干扰问题，又可使整个充放电电路得到大大地简化。蓄电池的充放电单元模块图如图1所示。

图1 蓄电池的充放电单元模块图

图2 蓄电池充放电电路原理图

2 蓄电池的充放电原理电路

蓄电池主电路的设计是通过充放电原理，按照其原理图结构、电力电子技术相关知识绘制的，根据结构原理，蓄电池主电路主要包括整流滤波电路、稳压电路、DC/DC模块、开关机、主开关控制电路等。蓄电池充放电电路原理图如图2所示。

工作原理如下：

1）单相交流电经变压器变压、整流桥整流滤波、由7805、7808模块将直流电压调整稳定在5 V，再经DC/DC模块升压到15 V，给主电路供电[4]。

2）当需要充电时，光耦二极管电路组成的主开关控制电路的左侧接充电用电源，当蓄电池充电电压为2 V时，该电源由15 V电源和变阻器调节成3～4 V；当蓄电池充电电压为12 V时，该电源由另一个24 V直流电源和变阻器调节而成15 V。该电源经主开关控制电路向其右侧的蓄电池充电。

充电方式可以选为阶段恒流方式，可以设置成多步充电阶段自动转换，用户可以通过面板键盘设定充电电流、电压、时间等参数。为了方便用户使用，可以将不同类型的电池工作参数设定在程序段中，在需要时直接调用即可。

3）当需要放电时，主开关可逆主电路的左侧接放电蓄电池，主开关可逆主电路的右侧接放电电阻负载。

3 结论

本设计主要应用桥式整流、电容滤波稳压电路原理设计蓄电池充放电主电路，在应用DC/DC转换器、光电耦合开关等器件加强主电路的稳压、可逆性；另外应用继电器开关原理设计控制电路，达到不同充电电压的选择；其次为了加强蓄电池充放电电路的安全性能，设计出一种应用集成运算放大器进行限压、限流的保护电路；本设计根据蓄电池的充电原理及特性曲线设计出的充放电电路符合设计要求，达到本设计的目的。

[1] 杜军. 基于P89V51RD2的多功能蓄电池充电系统设计[J]. 国外电子元器件, 2006, (7): 53-57.

[2] 王艳茹. 脉冲充电提高铅蓄电池充电效率的研究[J]. 电池工业, 2010(4): 222－225.

[3] 黄海宏, 王海欣等. 电动汽车分布式电池充放电管理的研究[J]. 电子测量与仪器学报, 2009, 23(6):68-73.

[4] 张崇巍, 张兴等. PWM整流器及其控制[M]. 北京:机械工业出版社, 2003, 45－48.

Design of Charging and Discharging Circuit for Batteries

Zhang Dawei1, Zhang Kai1, Wan Daojun2, Bi Tao3,

(1. Naval Aeronautical and Astronautical University, Yantai 264001, Shandong, China; 2. Department of Training, Naval Aeronautical and Astronautical University, Yantai 264001, Shandong, China; 3. Department of Basic Experiment, Naval Aeronautical and Astronautical University, Yantai 264001, Shandong, China,)

TM912

A

1003-4862（2014）10-0023-02

2014-03-11

张大为（1979-），男，讲师。研究方向：电气工程电力电子技术。