電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)開(kāi)發(fā)【充電器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)秀畢業(yè)課程設(shè)計(jì)帶任務(wù)書(shū)+開(kāi)題報(bào)告+外文翻譯】,電動(dòng)汽車,智能,充電,系統(tǒng),開(kāi)發(fā),充電器,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì),優(yōu)秀,優(yōu)良,畢業(yè),課程設(shè)計(jì),任務(wù)書(shū),開(kāi)題,報(bào)告,講演,呈文,外文,翻譯 第 I 頁(yè) 摘 要 該文設(shè)計(jì)的是鉛酸蓄電池智能充電控制系統(tǒng)，文中主要提及蓄電池充電方法的研究與充電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在通過(guò)有關(guān)蓄電池充電原理與充電方法研究的基礎(chǔ)上，使用恒壓充電與恒流充電相結(jié)合的三階段式充電方法。該充電方法結(jié)合了恒壓和恒流充電的優(yōu)點(diǎn)，避免了在充電初期用大電流充電導(dǎo)致電池過(guò)充電和損壞充電設(shè)備等現(xiàn)象，又避免了用恒壓充電初始階段對(duì)蓄電池自身造成的大電流的沖擊，在最后一個(gè)階段采用小電流充電能最大限度的使蓄電池充滿并且不損壞蓄電池，起到了很好的充電效果。 論文主要內(nèi)容如下：介紹了鉛酸蓄電池的各種充電方法，并且比較 了各種充電方法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)；圍繞 片機(jī)，設(shè)計(jì)了充電系統(tǒng)的硬件電路，包括整流濾波電路，換電路，電池電路，保護(hù)電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，差分放大電路；電流電壓檢測(cè)電路，輔助電源電路， 示電路等電路。 最后對(duì)所設(shè)計(jì)的鉛酸蓄電池充電系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)調(diào)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性以及所用的充電放法的可行性和有效性。 關(guān)鍵詞 ：鉛酸蓄電池；三階段式；恒壓充電；恒流充電； 片機(jī) 第 he a of in On of on of of To in a to of of by of By is in be a of as of On of of is In of of of 目錄 目 錄 摘 要 ......................................................................................................................................... I ............................................................................................................................. 緒論 ...................................................................................................................................... 1 文研究背景 ................................................................................................................... 1 目可行性分析 ............................................................................................................... 1 結(jié) ................................................................................................................................... 2 2 汽車蓄電池簡(jiǎn)介 .................................................................................................................. 3 電池的種類 ................................................................................................................... 3 酸蓄電池工作原理 ....................................................................................................... 3 酸蓄電池的充電方式 ................................................................................................... 4 ........................................................................... 4 ........................................................................................... 4 ............................................................................................... 4 酸蓄電池的快速充電理論 ........................................................................................... 5 ........................................................................................... 5 ................................................................................... 6 ................................................................................................................... 6 ........................................................................................................... 7 結(jié) ................................................................................................................................... 7 3 基本設(shè)計(jì)方案 ...................................................................................................................... 8 體設(shè)計(jì)方案 ................................................................................................................... 8 ........................................................................................................... 8 ................................................................................................... 8 ........................................................................................................... 8 ................................................................................................... 8 電系統(tǒng)的充電方法的控制與實(shí)現(xiàn) ............................................................................... 9 結(jié) ................................................................................................................................... 9 4 充電系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ............................................................................................................ 10 相橋式整流、濾波電路 ............................................................................................. 10 路 ..................................................................................................................... 11 .............................................................................................. 12 制電路 ................................................................................................................ 13 池電路和保護(hù)電路 ..................................................................................................... 14 池電壓和充電電流檢測(cè)電路 ..................................................................................... 15 目錄 片機(jī)控制處理系統(tǒng) ..................................................................................................... 16 ............................................................................................................. 16 ................................................................................................. 17 ..................................................................................... 18 示屏的選擇 ......................................................................................................... 20 ............................................................................................................. 20 ............................................................................................ 21 ............................................................................................................. 22 示電路 ................................................................................................................. 22 助電源電路 ................................................................................................................. 23 2........................................................................ 23 2.......................................................................................... 23 2.................................................................................. 24 25........................................................................................ 24 章小結(jié) ....................................................................................................................... 24 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .................................................................................................................... 25 統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) ............................................................................................................. 25 塊子程序設(shè)置 ............................................................................................................. 26 ................................................................................. 26 ........................................................................................ 26 結(jié) ................................................................................................................................. 27 6 智能充電系統(tǒng)樣機(jī)調(diào)試 .................................................................................................... 28 件電路的調(diào)試 ............................................................................................................. 28 ..................................................................................................... 28 ......................................................................................................... 29 件系統(tǒng)調(diào)試 ................................................................................................................. 29 .......................................................................................................... 29 ，以化石能源為主的世界能源正逐步枯竭，因?yàn)樽鳛槭澜缒茉吹闹匾M成部分的化石能源是不可再生資源，化石能源也對(duì)地球造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，加入人們無(wú)法改變能源的使用結(jié)構(gòu)，那么人類將面臨巨大的 生存威脅。在這樣嚴(yán)峻的能源背景下，研發(fā)和發(fā)展清潔能源成為當(dāng)今人類的主要任務(wù)。時(shí)下在各國(guó)之間最熱門(mén)和流行的新清潔能源非動(dòng)力蓄電池莫屬，以蓄電池為動(dòng)力來(lái)源的電動(dòng)車已經(jīng)被稱作新世紀(jì)的綠色工程，這個(gè)綠色工程迫使傳統(tǒng)的汽車工業(yè)發(fā)展進(jìn)入到一個(gè)全新的關(guān)乎人類進(jìn)步的領(lǐng)域。電動(dòng)車中的車體、控制器、電動(dòng)機(jī)這三大主要部分在理論和實(shí)際應(yīng)用技術(shù)上已經(jīng)很成熟，但是另外兩個(gè)大部件：蓄電池和其充電器的研究和發(fā)展卻無(wú)法滿足較高的品質(zhì)需求。它們有很多理論及技術(shù)還需大量投入力量去攻關(guān)，這已經(jīng)成為交通發(fā)展的瓶頸。現(xiàn)在我國(guó)的電動(dòng)車所用的動(dòng)力蓄電池主 要以鉛酸蓄電池為主，這是因?yàn)檫@種蓄電池有成本較低，無(wú)記憶效應(yīng)，技術(shù)較成熟，電池的容量大，跟隨負(fù)荷輸出特性好，電壓穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。這相比其他的高性能電池如燃料電池，鋰電池等有很大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。這就使得鉛酸蓄電池被廣泛的應(yīng)用在通信、交通、鐵路，國(guó)防及農(nóng)業(yè)等部門(mén)。近年全密封免維護(hù)鉛酸蓄電池通過(guò)它密封好、沒(méi)有泄漏、沒(méi)有污染等優(yōu)點(diǎn)，不但能保護(hù)人與各種各樣用電的設(shè)備的安全，而且其在整個(gè)壽命期間，不需要什么維護(hù)，因此帶開(kāi)了鉛酸蓄電池的發(fā)展篇章。現(xiàn)在通訊設(shè)備大多是使用免維護(hù)的電池來(lái)作為它們的備用電源，很多電子設(shè)備的無(wú)間斷電源系統(tǒng)也大多是用免維護(hù)電池，除此之外在汽車，應(yīng)急燈和輪船等也越來(lái)越多的開(kāi)始用免維護(hù)電池?？墒牵捎诓徽_的充電方法，導(dǎo)致充電的技術(shù)沒(méi)辦法適應(yīng)這種電池的特殊要求，這就使電池非常難達(dá)到預(yù)定的使用壽命。雖然這些年來(lái)蓄電池技術(shù)有著令人振奮的進(jìn)步，但是作為其能量補(bǔ)充的主要部件充電器的發(fā)展卻無(wú)法跟上步伐，主要體現(xiàn)在傳統(tǒng)的充電方式的充電時(shí)間太長(zhǎng)，快速充電的技術(shù)到現(xiàn)在都沒(méi)能解決，嚴(yán)重的阻礙了電動(dòng)車的普及和發(fā)展。而且目前我們國(guó)家工農(nóng)業(yè)運(yùn)輸設(shè)備需要大量的蓄電池，可是因?yàn)槌潆娫O(shè)備過(guò)于落后充電的方法也不是很科學(xué)，因此，需要盡快設(shè)計(jì)出一種 新的智能充電系統(tǒng)來(lái)滿足社會(huì)各行各業(yè)的需求。 目可行性分析 電動(dòng)車的充電系統(tǒng)的問(wèn)題主要是有兩方面，一方面是充電模式，另一方面充電參數(shù)。一個(gè)充電系統(tǒng)要想性能優(yōu)良就要解決很多理論問(wèn)題，比如如何減少電池的極化效應(yīng)的影響；如何減少或防止電池的失水效應(yīng)；還有如何去除充電給電池造成的鹽化等。目前，傳統(tǒng)的充電器充電速度慢，充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，充電效率低，對(duì)電池容易造成損傷，而快速充電技術(shù)也還沒(méi)能完全解決，因此的現(xiàn)在的電動(dòng)車大多都有續(xù)航里程短，電池維護(hù)頻繁 第 2 頁(yè) 共 48 頁(yè) 等問(wèn)題。電動(dòng)車所用的動(dòng)力電池一般都在較長(zhǎng)的時(shí)間中持續(xù)放出中等電流 ，而在起動(dòng)、加速或爬坡這些情況時(shí)為大電流放電，蓄電池大多工作在深度放電區(qū)。所以，車用動(dòng)力蓄電池快速充電系統(tǒng)的研究就特別有必要。 目前對(duì)于蓄電池的充電方式有很多種，早期的方式不是采用恒壓充電，就是采用恒流充電。如果使用恒壓充電，這種充電方式在充電的前期電流很大，很容易使極板極化，最嚴(yán)重的是變成的電解水會(huì)造成電池內(nèi)部溫度升高和電壓升高，這樣就會(huì)增大電池里的氣體析出，最終使極板變彎曲導(dǎo)致電池報(bào)廢。所以早期的充電方式大多采用恒流的方式，但是如果整個(gè)充電過(guò)程一直采用恒流充電，在充電的后期很多部分的電流會(huì)用在電解水，造 成析出氣體量很大，從而使電解液升溫沸騰，這樣不但浪費(fèi)電能，沸騰的電解液沖擊極板，會(huì)使極板的活性物質(zhì)掉落，使電池提早報(bào)廢。因此發(fā)展到現(xiàn)在，世界通用的充電方式是采用分段式充電，這種方式是先是恒流充電，再進(jìn)行恒壓充電，伴隨著充電電流逐步下降，從而減弱電解液的沸騰現(xiàn)象，進(jìn)而保護(hù)極板。 結(jié) 本章介紹了當(dāng)今世界上蓄電池的充電技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，以及論文研究背景、 項(xiàng)目可行性。 第 3 頁(yè) 共 48 頁(yè) 2 汽車蓄電池簡(jiǎn)介 電池的種類 蓄電池的組成部分有三個(gè)：進(jìn)行還原反應(yīng)的陰極，進(jìn) 行氧化反應(yīng)的陽(yáng)極以及將陰極反應(yīng)和陽(yáng)極反應(yīng)容納在一起的電解液?；钚晕镔|(zhì)是在電極里發(fā)生氧化或者還原反應(yīng)的物質(zhì)。目前的蓄電池主要有四種：鉛酸蓄電池，鋰離子蓄電池，鎳鎘蓄電池還有鎳金屬氧化物蓄電池。根據(jù)電池的不同特性，各種電池的使用場(chǎng)合和對(duì)象也是不一樣的。 蓄電池是依據(jù)電池的內(nèi)阻、能量密度以及電池的容量來(lái)選擇，它們的品質(zhì)直接定下了電池能為產(chǎn)品提供的電能品質(zhì)。對(duì)于放電速率要求較低的產(chǎn)品，例如手提視頻設(shè)備、筆記本電腦、蜂窩電話機(jī)等就可以選擇鋰離子蓄電池或者鎳金屬氧化物蓄電池，這是因?yàn)檫@些產(chǎn)品的長(zhǎng)期電流的消耗較小 ，而這兩種蓄電池的內(nèi)阻較大，從而限制了峰值放電電流的大小，長(zhǎng)期電流消耗較小的產(chǎn)品就很適合用這兩種蓄電池。相反，鉛酸蓄電池和鎳鎘蓄電池的內(nèi)阻比較小，這就使它們能供給比較大的電流，對(duì)于放電速率要求要的產(chǎn)品就可以選擇這兩類電池，例如電動(dòng)車、由電池供電的電動(dòng)工具等。 因?yàn)殂U酸蓄電池價(jià)格便宜，電壓穩(wěn)定以及供電可靠的優(yōu)點(diǎn)，使得鉛酸蓄電池被廣泛的應(yīng)用。 酸蓄電池工作原理 蓄電池的充電是通過(guò)逆向的化學(xué)反應(yīng)將電能儲(chǔ)存在化學(xué)物質(zhì)里來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)樾铍姵乩锏幕瘜W(xué)也物質(zhì)不一樣，每種電池都有自己的特性，所以在 設(shè)計(jì)充電系統(tǒng)的時(shí)候應(yīng)該要先認(rèn)真了解明白這些特性，以防止各種充電問(wèn)題的的發(fā)生而損壞蓄電池。鉛酸蓄電池需要先通過(guò)電源對(duì)它經(jīng)行充電，使其將電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能進(jìn)而存儲(chǔ)起來(lái)。二氧化鉛是鉛酸蓄電池的陽(yáng)極活性物質(zhì)，陰極的活性物質(zhì)為海綿狀的金屬鉛，作為電解液的是稀硫酸，陽(yáng)極和陰極電極化學(xué)反應(yīng)式分別是： 4 2 2 4b 2 b 3 2 O H O P O H S O H?????? ? ? ?? ??（ 2 44b 2 e O H P H S O?????? ? ?? ??（ 2 整個(gè)化學(xué)方程式為： 4 2 2 2 42 b 2 b 2 O H O P O H S O P? ???? ? ?? ? ?? 放 電（ 2 從方程式可以知道電池充電的時(shí)候，陽(yáng)極產(chǎn)生的 陰極表面被還原成水，陰極也因?yàn)樯?極化電位變低，這樣就使陰極不析出氫氣，此時(shí)生成的 還原成海綿狀鉛，這就實(shí)現(xiàn)了蓄電池內(nèi)部氧循環(huán)反應(yīng)?？梢钥闯鲈诔潆姷臅r(shí)候，電解液里面的水幾乎不損失，可以達(dá)到不加水的目標(biāo)。 第 4 頁(yè) 共 48 頁(yè) 酸蓄電池的充電方式 鉛酸蓄電池大方面上有 2種充電方法：第一種是使用小電流慢慢充的常規(guī)傳統(tǒng)方法；第二種是可以大幅縮短充電的時(shí)間以及增加電池的使用壽命的快速充電方法。 可是，因?yàn)殂U酸蓄電池帶有非線性，多變量及離散性等特征，現(xiàn)在所用的數(shù)學(xué)模型來(lái)創(chuàng)建出的充電系統(tǒng)不是太復(fù)雜就是充電效果不理想，這樣的充電系統(tǒng)根本就無(wú)法得到大面積的推廣和應(yīng)用。所以傳統(tǒng)的充電方法現(xiàn)在在各種生活和生產(chǎn)里仍然占據(jù)很大一部分的比例。就鉛酸蓄電池來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的充電方式充電效率不僅不高，還給蓄電池的使用壽命造成不良的影響。 以下將針對(duì)各種傳統(tǒng)的充電方式進(jìn)行介紹并對(duì)對(duì)其不足進(jìn)行分析，同時(shí)還會(huì)對(duì)論文使用的三階段式充電方式進(jìn)行介紹。 目前，鉛酸蓄電池傳統(tǒng)的充電 方式有恒壓充電法和恒流充電法等。這兩種方法在充電器中的控制電路較簡(jiǎn)單，充電功率和效率都比較低。 恒流充電方式是在整個(gè)充電的過(guò)程都使鉛酸蓄電池的充電電流保持恒定不變。充電的時(shí)候充電電流值一般都選擇比較小，充電的時(shí)間一般都很長(zhǎng)，這樣就避開(kāi)了大電流的充電損壞蓄電池。這種方式的缺點(diǎn)是充電電壓會(huì)隨著充電時(shí)間逐漸變大，對(duì)電池的極板會(huì)造成很大的沖擊，電池氣體析出量較大，充電效率低下，能耗很高。所以這種充電方式多應(yīng)用在對(duì)蓄電池初始充電的場(chǎng)合。圖 這種充電方式電壓與電流的波形圖 。 圖 流充電法 鉛酸蓄電池恒壓充電法 這種充電方式是在整個(gè)充電的過(guò)程里都使鉛酸蓄電池的兩端電壓保持恒定不變，電流與電壓的波形如圖 充電的初始階段，電流非常大，隨著充電的進(jìn)行，電流呈 第 5 頁(yè) 共 48 頁(yè) 指數(shù)方式遞減，電池的電動(dòng)勢(shì)逐漸遞增。在充電的最后階段，充電電流變得很小。整個(gè)充電過(guò)程中都不用調(diào)整電流的大小。這種方法簡(jiǎn)單，因?yàn)殡娏髯詣?dòng)減小，所以充電的過(guò)程中，氣體的析出量很小，如果充電電壓選擇恰當(dāng)，充電時(shí)間會(huì)變得較短。這種充電方式的缺點(diǎn)也很明顯：由于在充電的初始階段，假如電 池的放電深度太大，就會(huì)使充電電流很大，進(jìn)而會(huì)造成電池內(nèi)部溫度過(guò)高，從而損壞電池；如果選擇的充電電壓太低，而末尾階段的充電電流又太小，這樣就會(huì)加大充電時(shí)間，串聯(lián)數(shù)比較多的電池組就不適合這樣的充電方式。容量小、電壓低的蓄電池多用恒壓充電法。 圖 壓充電法 酸蓄電池的快速充電理論 針對(duì)傳統(tǒng)的充電方法恒流充電和恒壓充電方法的充電速率慢、使用不安全等無(wú)法彌補(bǔ)的缺點(diǎn)，很多的專家提出了變電流間歇充電理論、三階段充電理論以及脈沖充電理論等先進(jìn)的理論和技術(shù)。 充電原理 美國(guó)科學(xué)家 首的研究團(tuán)隊(duì)在對(duì)蓄電池充電過(guò)程進(jìn)行了大量而且很深入的研究后找到了產(chǎn)生析氣現(xiàn)象的規(guī)律和原因，從而提出了以最低吸氣率為前提的電池可接受的充電電流曲線 [1]。該曲線如圖 示。在任一個(gè)蓄電池充電時(shí)刻，蓄電池可以接受的充電電流大小為： 0 e ???（ 2 這個(gè)公式中， i 為任一時(shí)刻 t 蓄電池可承受的最大充電電流； 那個(gè)時(shí)刻的最大起始電流； ? 為衰減率常數(shù)。 從圖 以知道，蓄電池充電的時(shí)候如果充電電流只要低過(guò)電池可接受的最大電流，其自身就不產(chǎn)生氣泡，但是如果充電電流大過(guò)電池可接受的最大電流，超過(guò)的那部 第 6 頁(yè) 共 48 頁(yè) 分電流并不能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能存儲(chǔ)在電池中，而是促進(jìn)了電池里面的水的電解，從而產(chǎn)生氣體析出。充電起始階段的電流和電池可接受的電流相比起來(lái)很小，會(huì)使充電時(shí)間加長(zhǎng)。在充電的末階段充電電流與電池可接受充電電流相比起來(lái)很大，會(huì)導(dǎo)致蓄電池的析氣現(xiàn)象加劇 圖 電池充電電流可接受曲線 為了在充電初期階段獲取到最大的充電量，初期的電流采用最佳充電電流值來(lái)替換恒電流充電，恒流充電段改成限壓變電流間歇充電段；為了獲得過(guò)充電量，在末期階段使用定電流充電，將電池恢復(fù)至完全放電狀態(tài) [2]，原理如圖 示。 圖 電流間歇式正負(fù)脈沖充電法 間歇的變電流對(duì)蓄電池進(jìn)行充電能將電池充電過(guò)程產(chǎn)生的氧氣在足夠的時(shí)間里進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)進(jìn)而重新被吸收，這樣就降低了電池內(nèi)部的電壓，使下一次的恒流充電進(jìn)行得更加順利，將更多的電能充進(jìn)蓄電池。 脈沖充電法是使用脈沖電流或者脈沖電 壓的對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，并在充電電流或者電壓中疊加一定的負(fù)脈沖，或者在充電時(shí)突然停止充電一小段時(shí)間，這樣就可以把蓄電池的極化電壓降下來(lái)同時(shí)減少蓄電池析氣現(xiàn)象 [3]。圖 原理波形圖。 蓄電池能否快速充電的一個(gè)主要因素是極化電壓，若想快速的進(jìn)行充電，就一定要 第 7 頁(yè) 共 48 頁(yè) 消除掉極化電壓對(duì)蓄電池的影響。恰到好處的停充或者疊加負(fù)脈沖能助于極化現(xiàn)象的消除。 圖 脈沖充電法 三階段式充電法充分結(jié)合和利用了恒流充電及恒壓充電的優(yōu)點(diǎn)并去除了這兩種方法的缺點(diǎn)，在充電的起始階段使用 大電流來(lái)充電，這樣就讓蓄電池在短時(shí)間內(nèi)儲(chǔ)存很多的電能。這樣經(jīng)過(guò)一時(shí)間后改用恒壓充電，是電流降下來(lái)。這樣經(jīng)過(guò)一段時(shí)間達(dá)到很小的電流的時(shí)候采用恒流充電，這個(gè)階段也叫浮充充電階段。原理如圖 示。 圖 階段式充電法 由此可以知道，這種充電法避開(kāi)了在充電的起始階段用大電流充電造成電池過(guò)度充電及損壞充電設(shè)備的現(xiàn)象，還避免了初始階段恒壓充電對(duì)電池帶來(lái)的大電流沖擊。在最后的充電階段，小電流的充電能盡量使蓄電池電量充滿而且不對(duì)蓄電池造成損壞，這是非常好的充電效果。 結(jié) 本章先主 要分析了蓄電池的種類及工作原理，并在此基礎(chǔ)上詳細(xì)分析了各種傳統(tǒng)充電方法和目前各種較流行的快速充電法的原理和優(yōu)缺點(diǎn)。 第 8 頁(yè) 共 48 頁(yè) 3 基本設(shè)計(jì)方案 體設(shè)計(jì)方案 本設(shè)計(jì)采用的總體方案是先構(gòu)建各個(gè)功能模塊，然后再將各個(gè)模塊組合起來(lái)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)方案。 如恒壓充電，恒流充電等； 如反流、過(guò)流保護(hù)等； 如充電電壓，充電電流的顯示等。 充電器能不能快速安全可靠地對(duì)蓄電池進(jìn)行充電很大程度上 取決于所用的充電方法，不一樣的充電方法所來(lái)的充電速度和效果差距是很大的。所用的充電方法要求可以最大程度的提高電池充電速率，使電量充滿時(shí)間很短。 三段式充電法避開(kāi)了在充電的起始階段用大電流充電造成電池過(guò)度充電及損壞充電設(shè)備的現(xiàn)象，還避免了初始階段恒壓充電對(duì)電池帶來(lái)的大電流沖擊。在最后的充電階段，小電流的充電能盡量使蓄電池電量充滿而且不對(duì)蓄電池造成損壞，這是非常好的充電效果。 根據(jù)任務(wù)書(shū)的要求和指導(dǎo)老師的指導(dǎo)，充電的各階段參數(shù)如下： 電池型號(hào)：超威 612第一階段：恒流充電，以 700流充電；電池電壓達(dá)到 進(jìn)入恒壓充電。 第二階段：恒壓充電，以 壓充電；電流降到 120，進(jìn)入浮充充電。 第三階段：浮充充電，以 120電。 本充電系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖如圖 示，它包括將 220V 交流電進(jìn)行整流和濾波的整流電路，輔助電源電路，由 做開(kāi)關(guān)器件的直流變直流轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)控制電路，電流電壓檢測(cè)電路以及 示電路等。充電系統(tǒng)的電路原理圖和 如附錄中電動(dòng)汽車智 能充電系統(tǒng)原理圖及電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng) 所示。 第 9 頁(yè) 共 48 頁(yè) M C U 控制處理系統(tǒng)電壓采集電路220 V a c 市電 變壓 、 整流 、 濾波輔助電源液晶顯示電流采集電路和放大電路A D C 轉(zhuǎn)換電路 關(guān)電路 充電電池P W M 驅(qū)動(dòng)電路圖 電系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖 電系統(tǒng)的充電方法的控制與實(shí)現(xiàn) 為了實(shí)現(xiàn)三階段式充電法，我設(shè)計(jì)了以 片機(jī)為控制器的控制系統(tǒng)，將檢測(cè)到的電池端電壓、充電電流、電池電量等狀態(tài)信息，送到 行處理以及判斷，以此來(lái)選擇充電階段，實(shí)現(xiàn)智能充電。這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，方便操作，成本也很低。 結(jié) 本章給出了本設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)方案，并介紹了方 案中的各個(gè)部分，包括充電方法的選擇、充電參數(shù)、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖等。 第 10 頁(yè) 共 48 頁(yè) 4 充電系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 相橋式整流、濾波電路 整流電路是將一種交流電轉(zhuǎn)換成另一種交流電的電路，這個(gè)電路是利用二極管的單向?qū)щ娮饔脕?lái)實(shí)現(xiàn)的，所以二極管是整流電路的關(guān)鍵元件 [5]。電容的目的是把輸出的整流電壓中的紋波濾掉，它是濾波電路中關(guān)鍵元件。濾波電路還可以由輸出端和負(fù)載間串聯(lián)電感器或者電容和電感組合來(lái)構(gòu)成。圖 該電路的電路圖。 整流橋一般是由四個(gè)整流二極管接成電橋的形式，當(dāng) 正向?qū)〞r(shí)，二極管可以流過(guò)很大 的電流，導(dǎo)通壓降典型值是 果二極管加反向電壓，二極管只可以流過(guò)非常小的反向電流，二極管可以承受很高的反向電壓。整流橋是相對(duì)的二極管組成一組輪流導(dǎo)通的。 圖 相橋式整流濾波電路 為了使充電電壓達(dá)到 12V，整流輸出電壓至少要達(dá)到 20V，即負(fù)載電壓 0V。 由電容濾波電路的負(fù)載電壓 變壓器二次側(cè)的電壓 關(guān)系約為： 2(1 . 1 ~ 1 . 2 ) 4 這里 取 算得 慮實(shí)際的變壓器選擇， 15V。 則 電源變壓器將 220V 交流電降壓成 15V 交流電后， 15V 交流電的接入口。 1. 整流橋的選擇 本課題充電電流要求為 0~1A，為了達(dá)到要求，這里的負(fù)載電流 少取 1A，考慮到裕度，取 2A。 流經(jīng)二極管的平均電流： 11 2122 A A? ? ? ? （ 4 二極管受到的最大反向電壓： 22 2 1 V??（ 4 因此可以選用整流橋堆 允許的最大平均整流電流為 3A，最大反向電壓為 700V。 第 11 頁(yè) 共 48 頁(yè) 2. 濾波電容的選擇 負(fù)載電阻： / 2 0 / 2 1 0 L L I? ? ? ? ? （ 4 為了負(fù)載電壓能平滑，一般電容器的充電時(shí)間常數(shù)： R ( 3 ~ 5 ) 2L ? ? ? （ 4 由此可得濾波電容： 0 . 0 4 0 . 0 0 4 4 0 0 010 F?? ? ??考慮到市電波動(dòng) 10%? ，那么電容會(huì)承受到的最高電壓為： 22 1 . 1 2 3 . 3 V? ? ?（ 4 由于在一個(gè)單位體積中電解電容的電容量比其它種類的電容要大很多。 故可選用標(biāo)稱值 4 7 0 0 / 5 0的電解電容器。 路 直流斬波電路是把一種直流電轉(zhuǎn)換為另一種直流電的電 路。最基本的電路有兩種：降壓斬波電路和升壓斬波電路。 降壓斬波電路是一種輸出電壓小于或等于輸入電壓的 換電路。電路的原理如圖 示。 圖 壓斬波電路 輸入輸出電壓分別為 載是電阻 R。在實(shí)際運(yùn)用中 S 常用 全控型電力電子元件，根據(jù)調(diào)制輸出電壓平均值的方式， S 的控制方式有三種： 不變，調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間 為脈沖寬度調(diào)制（ 變，改變開(kāi)關(guān)周期 T，稱為頻率調(diào)制或調(diào)頻型。 3. T 都可調(diào)，使占空比改變，稱為混合型 [4]。 當(dāng) S 導(dǎo)通，電源給負(fù)載 R 提供電能，負(fù)載上的電壓 i，流過(guò)負(fù)載的電流呈指數(shù)形式上升。當(dāng) S 關(guān)斷，負(fù)載電流通過(guò)續(xù)流二極管 流，負(fù)載的電壓為 0，負(fù)載電流 第 12 頁(yè) 共 48 頁(yè) 呈指數(shù)的形式下降。到一個(gè)周期 T 結(jié)束，開(kāi)關(guān) S 再重復(fù)循環(huán)之前周期的工作過(guò)程，那么在一個(gè)周期內(nèi)，負(fù)載電流的初值和終值相等，負(fù)載電壓的平均值為 i io f ?（ 4 導(dǎo)通占空比 ，可知 大為 降壓斬波電路的特點(diǎn)是：只能降壓，輸入和輸出的電壓的極性相同，輸入電流脈動(dòng)比較大，輸出電流脈動(dòng)比較小。 第一節(jié)已經(jīng)假定整流濾波的輸出電壓為 20V， 通過(guò)原理圖可知 路的輸入電壓為 20V 左右，而輸出電壓為 15V 左右，就要采用降壓斬波電路，其原理圖如圖 圖 實(shí)際的降壓斬波電路 這里的功率開(kāi)關(guān)器件可以采用以下三種全控型電力電子元件： 比其它普通的晶體管，它的耐壓性能好、能通過(guò)的電流大，開(kāi)關(guān)特 性也好，但是因?yàn)轵?qū)動(dòng)電路比較復(fù)雜，驅(qū)動(dòng)的功率也很大等原因，其已大多被絕緣柵雙極晶體管和電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管替代。 電力 用柵極電壓來(lái)控制漏極電流的，所以驅(qū)動(dòng)電路比較簡(jiǎn)單，擁有很快的開(kāi)關(guān)速度，最大工作頻率高。但是由于它的電流容量較小，耐壓程度低，所以只能適用功率沒(méi)有超過(guò) 10裝置。 有了 優(yōu)點(diǎn)，適用在中小功率的裝置。 考慮到本充電系統(tǒng)功率不大，這里的功率開(kāi)關(guān)器件 用 N 溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效 應(yīng)功率晶體管，產(chǎn)品型號(hào)為 最大漏極電流 33A，最高柵源間電壓 10V， 第 13 頁(yè) 共 48 頁(yè) 最高漏源電壓 100V。 電阻 成吸收電路，來(lái)減少開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)的毛刺，也就是吸收尖峰脈沖。其原理是當(dāng) 斷瞬間， 的漏源電壓 高，通過(guò) 路對(duì) 電，吸收了關(guān)斷瞬