【正文】 電電流值越大，在充電過程中大電流持續(xù)的時間越短，充電電流（平均值）下降的速率越快，充電設(shè)備的容量利用率越低。（2）國產(chǎn)的蓄電池結(jié)構(gòu)上不適應(yīng)過大電流充電。因為國產(chǎn)現(xiàn)有的蓄電池結(jié)構(gòu)中的樁頭、連接條等導(dǎo)電元件的電阻較大，因而充電電流越大，消耗熱能越大，這些導(dǎo)電元件和整個蓄電池的溫升就越高。（3）充電電流越大，充電脈沖寬度越小，從而充電電流有效值將比平均值大得多，發(fā)熱就較嚴(yán)重。按照目前的電池結(jié)構(gòu)的承受能力和實際情況， 的充電電流己經(jīng)是比較滿意的數(shù)值了。比如目前絕大多數(shù)電動自行車用蓄電池多為 12V9Ah 了，那么最高充電電流就應(yīng)以6A 為宜。實際設(shè)計中還要取得更低一些，這個和蓄電池品質(zhì)的好壞有很大關(guān)系。2．充電電流應(yīng)隨著充電的進(jìn)行而逐漸降低由文獻(xiàn)可知，充電電流如果能真實再現(xiàn)矩形充電特性，則是一種非常理想的情況。不但能夠在短時間內(nèi)充滿電，而且設(shè)備的利用率高，對蓄電池的壽命也沒有影響。但前文已述及實際上國內(nèi)外都沒有按照這種矩形充電特性曲線實施充電。這是由于實際中的實際需要、設(shè)備造價、難控制以及難再現(xiàn)這種充電特性等很多實際因素決定的。根據(jù)電極過程反應(yīng)速度基本公式可知，電極過程反應(yīng)速度和電極的交換電流密度成正比。而隨著充入電量的增加，蓄電池進(jìn)行充電反應(yīng)的極板真實表面積減小，交換電流密度減小。充電反應(yīng)速度逐漸降低，充電電流也應(yīng)逐漸降低，這是必要的。否則，蓄電池接受不了，必然造成出氣和溫升的增加。3．充電過程全過程都必須采取適當(dāng)?shù)娜O化措施(1) 在開始充電的同時，蓄電池可接受電流隨時間呈指數(shù)規(guī)律下降，充電電流終究會超過可接受電流；若采用大電流充電幾秒鐘，最多幾分鐘就會因可接受電流下降而產(chǎn)生氣體，故前期也應(yīng)有去極化措施，始終不使極化過分嚴(yán)重。(2) 去極化措施應(yīng)能自動地適應(yīng)整個充電時間內(nèi)的不同要求。在充電初期、中期和后期，蓄電池的極化情況是不同的。如果只選擇適合去中期極化的放電程度，則在充電初期放電就過多，而在充電后期又去極化不足。(3) 在充電過程中，蓄電池電壓升高到一定程度時，也就是極化現(xiàn)象達(dá)到一定程度時，就應(yīng)當(dāng)停止充電，轉(zhuǎn)向放電去極化。最好此去極化電壓上限選在低于出氣點電壓，即去極化措施應(yīng)能抑制超電勢，使其達(dá)不到氣體析出的電勢。(4) 去極化應(yīng)該是有限度的，收到一定的效果時，就應(yīng)該適時停止去極化，轉(zhuǎn)到再次充電。如何確定是否收到了去極化效果，簡單控制應(yīng)以電動勢是否下降到一定值為依據(jù)。遵循上述原則，即可使充電全過程去極化效果適當(dāng)，并能以較高的充電平均電流進(jìn)行充電，還可有效地抑制氣體析出。 變電壓變電流波浪式正負(fù)零脈沖快速充電法圖 1．1 波浪式正負(fù)零脈沖間歇快速充電電流波形通過以上的討論，結(jié)合了脈沖充電、 快速充電、變電流間歇充電、變電壓ReTMflx間歇充電法的優(yōu)點，提出了變電壓變電流波浪式正負(fù)零脈沖間歇快速充電法。脈沖充電法充電電路的控制有兩種：脈沖電流幅值固定不變，PWM（驅(qū)動充放電開關(guān)管）信號的頻率可調(diào)，從而調(diào)節(jié)充電電流；另一種就是脈沖電流的幅值是可變的，而 PWM 信號的頻率是固定的。本課題設(shè)計的系統(tǒng)中采用了一種不同于這兩者的控制模式，脈沖電流幅值和PWM 信號的頻率都是固定的，而 PWM 占空比可調(diào)，并在此基礎(chǔ)上加入了間歇停充階段，提高蓄電池的充電接受能力。充放電電流波形如圖 1．1 所示。 本課題的研究內(nèi)容 本系統(tǒng)的面向?qū)ο笫请妱又囇b配用的鉛酸蓄電池。以鉛酸蓄電池為研究對象是考慮到目前大多數(shù)助力車所使用的蓄電池仍然是鉛酸蓄電池，而且是密封免維護(hù)鉛酸蓄電池，一般為兩節(jié)或三節(jié)串連，每節(jié)蓄電池電壓為標(biāo)準(zhǔn)的 12V。本課題的研究主要包括以下幾個方面：一是對新型充電方法的探討。在對現(xiàn)有多種充電方法分析研究的基礎(chǔ)上，提出了一種新型的波浪式正負(fù)零脈沖充電方法。二是系統(tǒng)的硬件設(shè)計，主要部分是對新型充電電源的研究，采用了比較先進(jìn)的半橋逆變型高頻開關(guān)電源。三是探討充電方法的控制和實現(xiàn)問題。采用單片機作控制器，實時監(jiān)控電壓、電流，使充電過程按理想的充電曲線進(jìn)行，達(dá)到低溫升快速充電、又能使電池充滿的最優(yōu)效果。第 2 章 總體設(shè)計思路及硬件選擇 總體設(shè)計要求 系統(tǒng)的設(shè)計要求 系統(tǒng)的基本功能（1）充電過程實施智能控制，快速完成充電，主要能進(jìn)行斷電和短路檢測。（2）充電過程實時監(jiān)測和顯示充電狀態(tài)。（3）電池充滿后自動轉(zhuǎn)入涓流補足充電狀態(tài)。 系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)根據(jù)實際的對象，設(shè)計的充電器應(yīng)該滿足對相應(yīng)的鉛酸蓄電池進(jìn)行的安全快速充電。因此對本系統(tǒng)提出如下的設(shè)計要求：1．電源空載輸出電壓36V 可調(diào)。前文述及，目前電動自行車多配備 2～3 節(jié) 12V7Ah蓄電池，其中又以 2 節(jié)的情況占絕大多數(shù)。因此本系統(tǒng)充電器的電源輸出達(dá)到 36V 并且可調(diào)，是能夠滿足目前電動自行車領(lǐng)域動力要求的。2．電源的充電電流可在 0～8A 范圍內(nèi)調(diào)整。在充電的過程中，最好根據(jù)使用者的需要來改變充電電流的大小。但是作為電動自行車配備的蓄電池專用的充電系統(tǒng)，為了減少設(shè)備的容量，降低成本，不應(yīng)把輸出范圍定得過寬。前文述及 的充電電流已經(jīng)是比較合適的數(shù)值。最高充電電流應(yīng)以 6A 為宜。 系統(tǒng)硬件電路的實現(xiàn)系統(tǒng)硬件包括兩個大部分：充電電源設(shè)備以及控制電路。硬件框圖如圖 2．1 所示。主要由半橋功率變換器、驅(qū)動器、PWM 控制器、微處理器、充電電路、放電電路六部分組成，并具有過流保護(hù)，過壓保護(hù)。結(jié)合軟件還可實現(xiàn)電池接反和掉電檢測。圖 2．1 智能充電系統(tǒng)框圖采集到的電池端電壓、充電電流、電池溫度等狀態(tài)信息，送入 CPU 后要進(jìn)行必要的處理和判斷，才能得到相應(yīng)的控制電壓，單片機輸出充電信號、間歇停止充電信號、放電信號脈沖到充電、放電電路，從而實現(xiàn)對蓄電池充電、停充和放電持續(xù)時間的控制，對各個階段內(nèi)充電電流以及充電電壓的平均值進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其符合充電電流接受率下降的特點。同時在充電過程中，通過反饋電阻反饋信息到 PWM 控制器的內(nèi)部電流誤差放大器和內(nèi)部電壓誤差放大器的反向和同向輸入端，實現(xiàn)充電電源輸出恒流和恒壓的控制，并且通過調(diào)節(jié)反饋電阻值的大小，實現(xiàn)限流值和限壓值的調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同的蓄電池。 硬件設(shè)備選擇 硅雙極型晶體管的選擇考慮到本系統(tǒng)的實際應(yīng)用要求是小功率、低成本，開關(guān)頻率（50kHz）不是很高，選用東芝（TOSHIBA）公司的 2SC3306N 型硅雙極型晶體管。具體參數(shù)如下： ?????????????????????， ；， ； ， ；， ；， ； ；。 主要基于以下考慮：一是本系統(tǒng)所需的開關(guān)電源設(shè)計為 250W，控制電路沒有附加變壓器供電，完全是開關(guān)瞬態(tài)自激啟動，較小的基極驅(qū)動電流也可使 2SC3306 工作，而工作在高頻時 MOSFET 則需要一定的驅(qū)動功率，不易產(chǎn)生自激啟動。IGBT 雖然集MOSFET 的告訴開關(guān)特性、電壓驅(qū)動特性和雙極型晶體管的低飽和電壓特性于一身，但目前由于價格方面的原因，還只能用在功率變換的場合。本文選擇的東芝公司的雙極型晶體管 2SC3306 的飽和電壓最大值只有 ，在高反壓場合，雙極型晶體管的飽和壓降還是比較小。特別是成本也比 MOSFET 要低得多。 TL494 的選擇 TL494 是一種脈寬調(diào)制型開關(guān)電源集成控制器，它的特點：（1） ．推挽或單端輸出；（2） ．最高工作頻率為 300kHz；（3） ．內(nèi)部基準(zhǔn)電壓 5V；（4） ．輸入電壓 41V；?（5） ．較寬的工作溫度范圍：TL494 為4085℃，TL494 為2085℃。其內(nèi)部等效電路如圖 2．2 所示。它由鋸齒波發(fā)生器、D 觸發(fā)器、比較器 1 和 誤差放大器 1 和 5V 基準(zhǔn)電源與兩個驅(qū)動晶體管等組成。管腳分配如圖 3．9 所示。腳2 和腳 116 分別為兩個比較器輸入端； 腳 3 為相位控制端；腳 4 為死區(qū)電平控制端：腳 6 為振蕩器的 R、C 輸入端：腳 9 和腳 110 分別為兩個內(nèi)部驅(qū)動晶體管的集電極發(fā)射極，通過它們發(fā)出的脈沖可以控制變換器開關(guān)管的交替導(dǎo)通。腳 13 為輸出狀態(tài)控制端，當(dāng)腳 13 為低電平時，兩個內(nèi)部驅(qū)動晶體管同時導(dǎo)通或截止，此時只能控制變換器的一個開關(guān)管，就形成單端輸出：當(dāng)腳 13 為高電平時，就可推挽輸出。圖 2．2 TL494 管腳分配圖 TL494 在工作時，其工作頻率僅取決于外接在鋸齒波發(fā)生器上的定時元件 和 的TRC數(shù)值，一旦定時元件固定后，TL494 輸出信號的工作頻率也就固定不變了。一般通過腳6 分別接定時元件 和 。鋸齒波發(fā)生器啟振后，該鋸齒波在片內(nèi)分別被送到比較器TRC1 和 2 的同相輸入端。一般開關(guān)電源的穩(wěn)壓控制、過流保護(hù)控制、過壓保護(hù)控制等采樣電壓是加在誤差放電器的同相輸入端（腳 1 或 16）或死區(qū)控制輸入端（腳 4）的。 因此，在片內(nèi)誤差放大器的輸出電平與鋸齒波在比較器 2 中進(jìn)行比較，而死區(qū)控制電平與鋸齒波在比較器 1 中進(jìn)行比較，二者的輸出分別得到一串具有一定寬度的矩形脈沖。它們同時送門電路，經(jīng) D 觸發(fā)器分頻后，再經(jīng)相應(yīng)的門電路去控制 TL494 內(nèi)部的兩個驅(qū)動三極管交替導(dǎo)通和截止， 通過腳 8 和腳 11 向外輸出相位相差 180 度的脈寬控制脈沖。工作波形如圖 2．3 所示。圖 2．3 TL494 個管腳工作波形第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 充電電源部分 開關(guān)電源主回路設(shè)計在本設(shè)計電路里，采用了半橋型功率變換器，其中開關(guān)管選用了雙極型晶體管。交流輸入經(jīng)過濾波電路濾掉電網(wǎng)中的雜波，再經(jīng)過橋式整流電路，得到一個高壓直流輸出。這個直流輸出繼續(xù)輸入到一個電阻電容均壓網(wǎng)絡(luò)中，從而為半橋變換器提供一個幅值為150V 的直流輸出信號。由于選用了普通雙極型晶體管，為了得到適合的驅(qū)動信號，在開關(guān)管的基極各自加了一個加速開關(guān)電路，來加速開關(guān)管的導(dǎo)通。 平滑濾波電路考慮到實際的設(shè)計要求，特別是成本的考慮，在本充電系統(tǒng)里采用了低成本的無源濾波器。（1） ．輸入濾波電路如圖 3．1 所示，是一個雙 型 LC 濾波器。它是兩個 型 LC 濾波器的并聯(lián)。整流輸??出的電流首先經(jīng)過每個 型 LC 濾波器中的電容濾波，然后再經(jīng) 型 LC 濾波器濾波，從?