【正文】 交通工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門(mén)等，但作為其能量再次補(bǔ)充的充電器卻發(fā)展緩慢，充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng) ，充電電流調(diào)整不好，充電器輸出電壓不足等等原因?qū)е滦铍姵氐氖褂脡勖蟠蟮乜s短，嚴(yán)重的制約著電動(dòng)車(chē)的發(fā)展。一般人們都是在蓄電池的電量全部使用完之后再對(duì)其進(jìn)行充電，但這樣的結(jié)果卻容易導(dǎo)致充電器的過(guò)充而損壞，致使蓄電池過(guò)早地報(bào)廢而污染環(huán)境，要知道每年報(bào)廢的蓄電池的數(shù)量是十分恐怖的。現(xiàn)在全世界都在宣傳低碳生活，如果使用智能式充電器就能起到節(jié)約能量消耗，增加蓄電池的使用壽命，不僅是對(duì)于電動(dòng)車(chē)也是對(duì)地球的一種保護(hù)。而且最近幾年許多新聞報(bào)道中都有使用者因?yàn)槭褂貌划?dāng)，比如蓄電池的反接或者先將充電器與市電相連再與蓄電池相接， 這些都會(huì)危及到使用者的生命安全和蓄電池的完好，所以我們需要一種更安全更環(huán)保的充電器，這定將是未來(lái)充電器的發(fā)展方向。于是我們根據(jù)時(shí)代的發(fā)展及要求設(shè)計(jì)了一款目前市場(chǎng)充電器流行使用的方法，也是技術(shù)較成熟的一種設(shè)計(jì)，采用 UC3842驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管的單管開(kāi)關(guān)電源配合 LM324設(shè)計(jì)的三段式智能充電器。該充電器雖然存在維修難度大，功率小等缺點(diǎn)，但它具有體積小，重量輕，效率高，適應(yīng)市電輸入范圍寬，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，所以開(kāi)關(guān)電源式充電器相對(duì)于變壓器式充電器和可控硅式充電器來(lái)說(shuō)將會(huì)是今后電動(dòng)車(chē)充電器的發(fā)展方向，我也相信隨著科學(xué)技術(shù) 的不斷進(jìn)步，電動(dòng)車(chē)以及電動(dòng)汽車(chē)的也會(huì)有更加美好的未來(lái)。 畢業(yè)論文 2 第二章 充電器原理 鉛酸蓄電池的充電以及放電特性 所謂蓄電池即是儲(chǔ)存化學(xué)能量，于必要時(shí)放出電能的一種電氣化學(xué)設(shè)備。而鉛酸蓄 電池是通過(guò)陽(yáng)極的 2bOP 以及陰極的 bP 浸到電解液（稀硫酸）中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來(lái)進(jìn)行充電和放電的。當(dāng)鉛酸蓄電池連接外部電路放電時(shí)，稀硫酸即會(huì)與陰，陽(yáng)極板上的活性物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)，生成新化合物硫酸鉛，在此過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生自由電子，從 而產(chǎn)生電流。而由于放電時(shí)在陽(yáng)極板，陰極板上所產(chǎn)生的硫酸鉛會(huì)在充電時(shí)被分解還原成硫酸，鉛及過(guò)氧化鉛，因此電池內(nèi)電解液的濃度逐漸增加，亦即電解液之比重上升，并逐漸回復(fù)到放電前的濃度，這種變化顯示出蓄電池中的活性物質(zhì)已還原到可以再度供電的狀態(tài)，當(dāng)兩級(jí)的硫酸鉛被還原成原來(lái)的活性物質(zhì)時(shí)，即等于充電結(jié)束。 鉛酸蓄電池的典型放電曲線特性是以一個(gè)單體蓄電池為例，采用 1/20 放電進(jìn)行分析的，蓄電池端電壓根據(jù)各極板間硫酸密度的變化規(guī)律分為三個(gè)階段：開(kāi)始放電階段，相對(duì)穩(wěn)定階段和迅速下降階段，其放電曲線如圖 所示。 鉛酸蓄電池 的典型充電特性曲線如圖 所示，通常是以恒流充電進(jìn)行分析。其充電特性仍然可以歸納為三個(gè)階段來(lái)闡述：開(kāi)始充電階段，相對(duì)穩(wěn)定階段以及迅速上升階段。 充電器的工作原理 電動(dòng)車(chē)充電器常用的充電方式一般分為二段式充電模式和三段式充電模式兩種。其中 的二段式充電是指先恒壓充電，充電電流隨蓄電池電壓的上升逐漸減小，等蓄電池的電量補(bǔ)充到一定程度以后，電壓會(huì)上升到充電器的設(shè)定值，隨后進(jìn)入涓流的浮充狀態(tài)。而對(duì)于三段式將在后面具體介紹。 恒流充電 恒流充電，又叫定電流充電法，在整個(gè)充電過(guò)程中， 始終保持充電電流恒定不變。在充電過(guò)程中，由于蓄電池的段電壓逐漸升高，為了保持充電電流的恒定，必須相應(yīng)提高充電電壓。采用恒流充電法，可以將不同容量的蓄電池串聯(lián)在一起進(jìn)行充電。但是各個(gè)蓄電池的容量應(yīng)當(dāng)盡可能相同，否則應(yīng)當(dāng)以容量最小的蓄電池計(jì)算充電電流，當(dāng)小蓄電池充足之后，應(yīng)當(dāng)及時(shí)摘除，再繼續(xù)給大容量蓄電池充電。 圖 鉛酸蓄電池放電特性曲線 圖 鉛酸蓄電池充電特性曲線 畢業(yè)論文 3 恒流充電法的優(yōu)點(diǎn)是可以任意選擇充電電流，有益于延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。缺點(diǎn)是充電時(shí)間長(zhǎng)，并且需要經(jīng)常調(diào)整充電電流。 恒壓充電 恒壓充電又叫定電壓充電法，在充電過(guò)程中，始終保持一個(gè)恒定的充電電壓 ，絕大多數(shù)汽車(chē)都采用這種充電方法對(duì)車(chē)載蓄電池進(jìn)行充電。充電初期，由于蓄電池的端電壓較低，充電器與蓄電池的電壓差較大，所以充電電流也大。隨著充電的進(jìn)行，蓄電池端電壓逐漸上升，充電器與蓄電池的電壓差也減小，所以充電電流減小。 如果充電器輸出電壓不足，則充電很短時(shí)間就導(dǎo)致充電電流下降為零，過(guò)早地結(jié)束了充電，長(zhǎng)期如此，勢(shì)必導(dǎo)致蓄電池長(zhǎng)期充電不足，容量下降，壽命縮短。如果充電器輸出電壓過(guò)高，充電電流將顯著增大，即使蓄電池已經(jīng)充足電，但端電壓仍然低于充電器的輸出電壓，充電電流仍然純?cè)冢潆娛冀K在進(jìn)行，勢(shì)必導(dǎo)致蓄電池過(guò)充 電，加快電解液的消耗，使用壽命縮短。 三段式充電 三段式充電與二段式充電的不同之處在于其第一個(gè)階段為恒流充電階段，充電器先以恒流對(duì)蓄電池快速充電，隨著蓄電池存儲(chǔ)能量的升高，充電電流減小，被充電控制電路檢測(cè)后充電器自動(dòng)轉(zhuǎn)入第二個(gè)階段恒壓充電，繼續(xù)為蓄電池補(bǔ)充能量，電壓上升的幅度較小并且速度放慢，直到電壓穩(wěn)定。當(dāng)充電電流小于 300mA 的轉(zhuǎn)折電流后自動(dòng)轉(zhuǎn)為涓流充電，以補(bǔ)償蓄電池的自放電電流，并起到保養(yǎng)蓄電池的作用。 本設(shè)計(jì)主要是針對(duì) 48V 的充電器，對(duì)于三段式充電器的三個(gè)主要參數(shù)的要求是相當(dāng)嚴(yán)格的： 1. 涓 流階段的參考電壓值： 涓流階段的參考電壓值一般為 58V左右，不能大于或小于該參考值。該值高容易導(dǎo)致 電池失水，會(huì)引起蓄電池發(fā)熱變形；該值低不僅充電速度慢，而且不利于蓄電池充足電。因此，這個(gè)參數(shù)極為重要，只有滿(mǎn)足這個(gè)參數(shù)要求才能延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。 2. 恒壓階段的參考電壓值： 恒壓階段的參考電壓值為 ，此值高有利于快速充足電，但容易造成蓄電池失 水，充電后期不能使電流降下來(lái)，容易導(dǎo)致蓄電池發(fā)熱變形；此值低則蓄電池快速充電的時(shí)間短，延長(zhǎng)了蓄電池充足電的時(shí)間，但有利于向涓流階段轉(zhuǎn)換。因此，這個(gè)也是個(gè)重要 參數(shù)，不能偏離過(guò)多。 3. 轉(zhuǎn)換電流： 轉(zhuǎn)換電流的參考值為 500mA左右。通常該參考值范圍是 450— 550 mA,若此值過(guò)高，雖 然有利于延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，但增加了充電時(shí)間，但不能低于 400mA。若此值低，雖有利于充足電并縮短充電時(shí)間，但會(huì)導(dǎo)致恒壓充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，容易引起蓄電池失水，降低蓄電池的使用壽命。當(dāng)個(gè)別蓄電池出現(xiàn)問(wèn)題，使充電電流不能降為轉(zhuǎn)折電流時(shí)，會(huì)損壞同組其他蓄電池。其三段式充電器波形如圖 所示。 4． 注意事項(xiàng)： 充電時(shí)要注意的事項(xiàng)：一是在通風(fēng)良好的環(huán)境下進(jìn)行，以免溫度過(guò)高給充電器和蓄電 畢業(yè)論文 4 池帶來(lái) 危害，影響三段式充電過(guò)程；二是充電過(guò)程中如果聞到異味或充電器外殼溫度過(guò)高，應(yīng)立即停止充電，對(duì)充電器進(jìn)行檢修或更換；三是不要讓金屬和水等導(dǎo)電物質(zhì)進(jìn)入充電器內(nèi)部，以免充電器內(nèi)部的電子元器件被短路損壞。 圖 48V/20Ah 三段式充電器波形 畢業(yè)論文 5 第三章 總體設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 根據(jù) 課題 的要求，系統(tǒng)采用開(kāi)關(guān)電源，通過(guò)脈沖電流的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)充電的目的。由市電送來(lái)的 220V交流電經(jīng)整流、濾波后，經(jīng)脈沖變壓器降壓送給蓄電池進(jìn)行充電。對(duì)系統(tǒng)信號(hào)進(jìn)行采樣和控制，將充電的電壓和電流信號(hào)反饋回 PWM 信號(hào)發(fā)生 器，由 PWM 信號(hào)發(fā)生器控制開(kāi)關(guān)管通斷的占空比完成充電的。當(dāng)蓄電池的電壓達(dá)到額定值后，說(shuō)明蓄電池已經(jīng)充滿(mǎn)電 ， 控制開(kāi)關(guān)，斷開(kāi)電源，停止充電。 其實(shí)在充電器剛開(kāi)始準(zhǔn)備對(duì)蓄電池進(jìn)行充電的時(shí)候，先要通過(guò)一個(gè)檢測(cè)電路，來(lái)檢測(cè)蓄電池中的電量，這樣才能確保充電時(shí)所處的三段式的階段，真正的起到智能控制的作用。 方案策略 用 PWM 信號(hào)發(fā)生器（ UC3842）來(lái)實(shí)現(xiàn)方案。蓄電池充電時(shí)，先通過(guò) AC— DC 功率變 換器將市電電壓由交流電壓變換為直流電壓，然后通過(guò)高頻變壓器降壓為適當(dāng)?shù)碾妷毫繛樾铍姵毓╇?，?jīng)過(guò)電壓和電流檢測(cè)電路，不僅對(duì)蓄電 池所充的電流進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)對(duì)電流和電壓信號(hào)進(jìn)行采樣，采樣的信號(hào)經(jīng)過(guò)各種處理后，分別送進(jìn) PWM信號(hào)發(fā)生器的電壓和電流反饋引腳。 PWM 信號(hào)發(fā)生器 對(duì)反饋回來(lái)的電壓 和 電流信號(hào)進(jìn)行分析，然后調(diào)整 PWM 輸出信號(hào)的占空比。這個(gè) PWM信號(hào)送給開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)管，從而便調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)管在一個(gè)周期內(nèi)關(guān)斷和導(dǎo)通的時(shí)間，也就是控制了高頻變壓器通斷的時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)控制高頻變壓器輸出電壓和電流的大小。這種方法是目前市場(chǎng)充電器流行使用的方法，也是一種很技術(shù)非常成熟的方法。而且 技術(shù)簡(jiǎn)單、成熟、有多年的實(shí)用經(jīng)驗(yàn)、所需的元器件少、成本低 ，安全可靠，適應(yīng) 市電輸入范圍寬都是其主要的優(yōu)點(diǎn) 。 如下圖 方框圖 圖 充電器基本方案方框圖 畢業(yè)論文 6