《电工技术》期刊精选——基于PIC单片机蓄电池修复系统的研究

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基于PIC单片机蓄电池修复系统的研究

  摘要：铅酸蓄电池因使用时间过长、多次充放电等原因造成内部出现硫化现象而使蓄电池利用率低甚至报废。本文针对此问题研制了一款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。控制电路对充放电管理电路进行控制来产生高频的正负脉冲，修复系统通过高频脉冲中丰富的谐波与电池中的硫酸铅晶体发生共振来消除硫化。实验结果表明，该系统能够很好的消除蓄电池硫化，延长了蓄电池的使用寿命，达到了设计要求。

关键词：高频正负脉冲；PIC单片机；开关电源；充放电管理

  0引言

100多年前，人们发明了蓄电池，因其经济实用、稳定性高等优势而被广泛应用于交通运输、电信电力、矿业、国防军工等各行各业。然而，自问世以来，由于铅酸蓄电池的硫化问题而导致蓄电池提前报废，造成能源的极大浪费[1]，因此，蓄电池修复技术引起了人们的极大关注。提高蓄电池使用寿命的修复技术在国内外都有研究，一般认为，应从三个方面着手：设计制造、使用维护和充电方法，而充电方法对蓄电池寿命影响最大[2]。对此，本文中利用PIC单片机为控制核心，研制了一种高频的正负脉冲式蓄电池修复系统，该修复系统通过高频脉冲中丰富的谐波与电池中的硫酸铅晶体发生共振来消除硫化，提高了电池的使用寿命。

  1蓄电池修复系统组成

该铅酸蓄电池修复系统具有主要参数检测显示和蓄电池修复功能。该蓄电池修复系统主要由供电开关电源、充放电管理、单片机控制系统及键盘四部分构成。系统结构如图1所示：

其中，充放电管理部分包括充放电管理电路及防反接电路，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[6]。

铅酸蓄电池修复系统主要是通过单片机控制充放电管理电路产生高频的正负脉冲对已经产生硫化的蓄电池进行去硫化修复[8-10]。

开关电源通过对市电进行电能变换来对整个系统供电。对于修复不同容量的蓄电池时可以通过键盘选择不同的修复参数，在修复过程中，单片机控制系统需实时的监控蓄电池的电压、电流、温度等参数，并把采集来的信息显示在显示屏上。与此同时，单片机将采集的参数与已设定的参数作对比，判断蓄电池的修复进度等参数，并把采集来的信息显示在显示屏上。

  2修复系统电路设计

2.1防反接电路设计

为防止因蓄电池极性接反而造成修复系统损坏而设计了防反接电路[7]，其电路如图所示：

当没有安装电池时，P-MOS管的G极接N-MOS的D极，此路不通，所以这个管子截止，同样，N-MOS管也因没有偏置而截止。当正确接上电池后，由于电池的作用，P-MOS导通，N-MOS的G极也获得高电位而导通，电池正常充电。如果电池接反，则由于P-MOS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，没有电流通过。

2.2供电及充放电管理电路的设计

因开关电源具有体积小、重量轻、效率高等特点而采用开关电源进行供电[3-4]。在蓄电池修复系统中设计了半桥型开关电源作为供电电源，其电路结构如下图所示：

220V的市电经电磁滤波电路后接到桥式整流电路，然后经整流接到半桥电路进行电能变换。采用SG3525作为控制芯片，SG3525通过输出两路PWM脉冲来控制两个开关管Q1和Q2的导通与关断使电路输出稳定，提高了供电质量。

修复系统对蓄电池修复所需的正负脉冲由充放电管理电路产生，电路结构如图4所示：

单片机通过产生两路交替导通的PWM脉冲经驱动电路后来控制两个开关管Q3、Q4的开通关断，由此产生正负脉冲对蓄电池进行修复[5]。当开关管Q3导通时，此时对蓄电池进行充电，电流迅速上升至平稳脉动状态，得到一个正脉冲。当Q3关断一段时间后电流下降至零，此时Q4导通，蓄电池通过两个并联二极管D、RC电路及开关管Q4放电，放电电流上升，此时为负脉冲。通过调节Rb1、Rb2、Cb的值可以控制放电脉冲宽度。该电路通过对蓄电池短时间暂停充电和瞬时反向电流放电来去除硫化。

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