【正文】 5 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)采用匯編語言，采用模塊化、結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)方法，軟件程序包括主程序以及中斷子程序、去極化子程序等。當(dāng)變換器橋臂因逆變失敗造成短路時(shí)，瞬間增大的電流會(huì)在逆變橋輸入直流側(cè)表現(xiàn)出來，此時(shí)霍爾傳感器檢測(cè)輸出電壓信號(hào)送入U(xiǎn)C3879 的 4 腳，與基準(zhǔn) 比較，若 4 腳電壓超過 5V 時(shí)，輸出脈沖被立即封鎖，由此達(dá)到快速過流保護(hù)的目的。主充電為恒壓限流充電，實(shí)現(xiàn)辦法是通過 輸出主充 電流的給定值，從 ，通過模擬開關(guān) 74HCT4053的 10腳，將反饋信號(hào)切換為電池組充電電流。充電方式指示電路 。 該控制系統(tǒng)設(shè)有 4個(gè)輸入鍵，分別為主充鍵、浮充鍵、均充鍵 和報(bào)警屏蔽鍵。16 乘 16 位指令的執(zhí)行時(shí)間為 。 80C196KB單片機(jī)是一種片內(nèi)不帶 ROM的 16位單片機(jī)，它特別適用于各類自動(dòng)控制系統(tǒng)，如工業(yè)過程控制系統(tǒng)、侍服系統(tǒng)、變頻調(diào)速電機(jī)控制系統(tǒng)等 。 XXX大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 圖 UC3879 的外圍電路圖 UC3879 各個(gè)管腳的限制要求，設(shè) 計(jì)其它參數(shù)如下 :C1=1uF， C2=47uF/25V， C3=270pf/16V， C4=1uf， C7=， CS=， C5=，R1=200K， R2=2K， R3=3K， R5=150K。 RT腳和 CT腳的設(shè)定決定開關(guān)頻率的大小。布線時(shí)，定時(shí)電容、 Uref和 Ui的旁路電容都應(yīng)盡可能安排在該端旁邊。 UC3879 的振蕩器產(chǎn)生鋸齒波，鋸齒波的上升沿由定時(shí)電阻 Rr和定時(shí)電容 Rc組成的定時(shí)網(wǎng)絡(luò)決定。當(dāng)該端懸空一時(shí)，欠電壓鎖定閩值電壓為，滯回電壓為 。 PWR GND(引腳 11):功率地。該端向驅(qū)動(dòng)電路及其相關(guān)偏執(zhí)電路供XXX大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 電。如果故障發(fā)生在軟啟動(dòng)周期內(nèi)，輸出端將立即被禁止，而且在故障鎖存器復(fù)位之前，軟啟動(dòng)電容必須充滿。 DELSETAB(引腳 15)和 DELSETAB (引腳 5):輸出端的延遲控制信號(hào)輸入 端。 CS(引腳 4):電流檢測(cè)信號(hào)輸入端。當(dāng) Ui(引腳 10)上的電壓低于欠電壓鎖定閥值時(shí)，控制器被禁止，直到腸才輸出的電壓達(dá)到 。 。另外，由于是工頻濾波，頻率較低，電容量及電感量應(yīng)取很大，所以還可起到抑制高頻干擾的作用。在負(fù)脈沖放電期間，能量回饋電路開始工作，它將電池的能量送回到濾波電容 6中去，從而實(shí)現(xiàn)了蓄電池在充電過程中適時(shí)的放電，可消除電池的極化現(xiàn)象。此類混合集成驅(qū)動(dòng)器種類繁多，常用的有三菱公司的 M579 系列 (如 M57%2L和 M57959L)和富士公司 EXB 系列 (如 EXB840/EXB841 和 EXB850/EXB851)。當(dāng) U。 GTR 和 GTO 是雙極型電流驅(qū)動(dòng)器件，由于具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，所以其通流能力很強(qiáng)，但開關(guān)速度較低，所需驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜。 改進(jìn)型全橋移相控制的零電壓 PWM 變換電路是針對(duì)上述缺點(diǎn)所提出的一種電路拓?fù)洹ｋ娐凡荒軐?shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)時(shí)，將產(chǎn)生以下幾個(gè)后果。 4 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 充電電源采用開關(guān)電源，開關(guān)電源一般由功率變換主 回路和控制回路兩部分組成。 。 ，是在充電前期以恒定的大電流進(jìn)行充電， 當(dāng)反饋系統(tǒng)檢測(cè)出蓄電池的端電壓達(dá)到一種“極化點(diǎn)”時(shí)，實(shí)施放電。它是通過改造蓄電池固有的可接受電流的特性曲線 (圖 33中 I線 )，盡可能地延長(zhǎng)其初始最大電流的時(shí)間來達(dá)到縮 短總的充電時(shí)間的目的。這種由于電化學(xué)反應(yīng)的遲緩性所引起的電極電勢(shì)偏離平衡電勢(shì)，稱為電化學(xué)極化，偏離的數(shù)值稱為過電勢(shì) (或超電勢(shì) )。充電開始后，由于發(fā)生了電化學(xué)反應(yīng)在正極附近消耗了水，并有硫酸產(chǎn)生，負(fù)極附近也有硫酸產(chǎn)生。這就等于改變放電的深度，即不管被充電電池最初的放電深度如何，可以給它加上新的符合需要的放電深度，以使接受電流接近于充電電流，從而進(jìn)一步打破了 指數(shù)曲線的自然接受特性。 如果遵循接受特性曲線充電，在某一時(shí)刻 t，已充電的電量 C是從 0到 t時(shí)曲線下面的面積， 到最后全部充電電量為 C也就是先前放掉的容量。 ()三定律 1967年美國(guó)人 研究了充電過程中析氣的問題，找出了析氣的原因和規(guī)律，他以最低析氣率為前提，找出了蓄電池能夠接受的最大充電電流，和可以接受的充電電流曲線。 充電時(shí)電池的電壓變化曲線如圖 XXX大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 圖 鉛酸電池充電時(shí)電壓變化 從圖 ，在充電開始時(shí)，由于硫酸鉛轉(zhuǎn)化成為二氧化鉛和鉛，相應(yīng)的有硫酸生成，因而活性物質(zhì)表面硫酸濃度迅速增大。 如果不匹配，一個(gè)多而另一個(gè)少的話，多出來的部分就是一種浪費(fèi)，而且每種參加電化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)與另一種物質(zhì)相匹配的量都是不同的，科學(xué)家們把每一種物質(zhì)可將一個(gè)安培小時(shí)的電量轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來的量叫做該物質(zhì)的電化當(dāng)量 (即電能與化學(xué)能轉(zhuǎn)換的相當(dāng)物質(zhì)的量 )。雖經(jīng)歷了 100多年的發(fā)展，但其工作原理基本上沒有什么變化，它的正常充放電化學(xué)方程式為 2 2 4 4 22 2 2Pb O Pb H SO Pb SO H O? ? ? ? () 以上鉛酸蓄電池的充放電化學(xué)方程式為理想化的原理方程式，似乎只要不受到機(jī)械損傷，一只鉛酸蓄電池就可以無休止地使用下去，完成充放電過程。自放電一般不會(huì)損傷電池，只要重新充足電量，還可以照常使用。當(dāng)電池的老化達(dá)到一定程度時(shí)，這個(gè)電池就報(bào)廢了。如果將電池的放電深 度減為 50%，它所允許的充放的循環(huán)可增至 500600 次左右。 (State of Charge:即 SOC)充電狀態(tài)的定義如式 ()，它是指某個(gè)時(shí)刻電池所剩電量 Cr與電池標(biāo)稱總?cè)萘?Ct 的比，通常把在一定溫度下電池充電到不能再吸收能量的狀態(tài)定義為 100/%的充電狀態(tài) (SOC)，而將電池再不能放出能量的狀態(tài)定義為 0%的充電狀態(tài) (SOC)。 理想容量 :是指假設(shè)活性物質(zhì)全部參加電池的成流反應(yīng)所給出的電量 :它是根據(jù)活性物質(zhì)的質(zhì)量依照法拉第定律計(jì)算得到的。 當(dāng)高速率充電而又不能及時(shí)地在滿充點(diǎn)結(jié)束充電，電池則很容易存在大電流過充電的問題。 ，單個(gè)電池一般來講，每個(gè)電池由六個(gè)單元 (Cell)組成，單元之間串聯(lián)。鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池、鎳金屬氧化物蓄電池和鋰離子蓄電池。又依據(jù)蓄電池電解質(zhì)性質(zhì)來區(qū)分 :電解質(zhì)采用稀硫酸的稱為酸性蓄電池 。 蓄電池又稱為二次電池，二是化學(xué)龜池 (所謂化學(xué)電池是指能將化學(xué)能直擠轉(zhuǎn)換為電能的裝置 )的一種，它不僅能將儲(chǔ)備的化學(xué)能變?yōu)殡娔?(這一過程稱為放電 )，而且當(dāng)參加反應(yīng)的物質(zhì)以電 能的形式釋放完畢之后，再用充電器對(duì)它輸入直流電能 (這一過程稱為充電 )，又可將已損耗的活性物質(zhì)復(fù)活。 ，充電過程中對(duì)落后電池的完全充電也很難完成。恒流充電方式的不足是，開始充電階段電流過小，在充電后期充電電流又過大，整個(gè)充電時(shí)間長(zhǎng)，析出氣體多，對(duì)極板沖擊大，能耗高，充電效率不超過 65%。由于調(diào)整管上損耗功率比較大，所以需要采用大功率調(diào)整管并且需要裝配體積很大的散熱器 [4]。 近幾年開始有人采用一些更加新穎的充電方法，例如模糊控制充電法。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于操作、維修方便、成本低。通常把采用“交流一直流一交流一直流”這種電路的裝置稱為開關(guān)電源。根據(jù)實(shí)際情況，要求充電系統(tǒng)輸出的充電電流在 060A范圍內(nèi)調(diào)整。 ，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并且隨時(shí)顯示電池的充電狀態(tài) 。這時(shí)需要時(shí)間一般為 10 多個(gè)小時(shí)，甚至20 多個(gè)小時(shí)，充電時(shí)間長(zhǎng)，而且使用不便。在通過對(duì)蓄電池充電原理和充電方法研究的基礎(chǔ)上，提出采用恒壓限流充電和脈沖充電相結(jié)合的充電方法。鉛酸蓄電池因其可循環(huán)再充電的特性，以及成本低廉、使用安全、無污染等優(yōu)點(diǎn)，在目前的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的需求正日益增大。充電系統(tǒng)根據(jù)電池的狀態(tài)確定充電工藝參數(shù)，使充電電流自始至終處于電池的可接受充電電流曲線附近，使電池幾乎在無氣體析出的條件下充電，做到既節(jié)約用電又對(duì)電池?zé)o損害 [2]。 060A范圍內(nèi)調(diào)整充電系統(tǒng)工作時(shí)，應(yīng)能夠根據(jù)使用者的需要來改變充電電流的大小。之后轉(zhuǎn)入浮充狀態(tài)，使電池電量完全恢復(fù)，即達(dá)到額定容量。其控制過程主要是通過采集蓄電池的相關(guān)參數(shù)，送入 80C196KB 單片機(jī)進(jìn)行預(yù)定的分析和計(jì)算，得出相應(yīng)的控制數(shù)據(jù)， 從而控制輸出電壓、電流，完成對(duì)蓄電池的智能充電。 針對(duì)傳統(tǒng)的充電方法充電緩慢、安全性能不好等缺點(diǎn)，目前國(guó)內(nèi)外陸續(xù)提出了一些新型的充電方法，如定化學(xué)反應(yīng)狀態(tài)法、脈沖式充電法、變電流間歇 /定電壓充電法、鉛酸蓄電池組 充電電源 充電控制系統(tǒng) CPU I/O 設(shè)備 XXX大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 分級(jí)定流充電法、變電壓間歇充電法等。目前相控電源己經(jīng)有逐步被淘汰的趨勢(shì)。 在充電過程中隨著電池電壓的變化要調(diào)整電流使之恒定，一般采用 1oh率或 20h率電流充電。此方法較簡(jiǎn)單，因?yàn)槌潆婋娏髯詣?dòng)減小，所以充電過程中析氣量小，充電時(shí)間短，能耗低，充電效率可達(dá) 80%，如充電電壓選擇得當(dāng)，可在 8h 內(nèi)完成充電。當(dāng)電流小時(shí)，用于電阻上的電壓降也很小，充電設(shè)備輸出的電壓降損失就小，這樣就自動(dòng)調(diào)整了充電電流，使之不超過某個(gè)限度，充電初期的電流得到控制。依據(jù)使用場(chǎng)所的不同，蓄電池有固定型 (供室內(nèi)裝置使用 )、移動(dòng)型 (便于攜帶用 )之分。但是開口蓄一電池不便于維護(hù)，它需要經(jīng)常補(bǔ)加蒸餾水和更換電解液 。而鉛酸電池和鎳福電池由于內(nèi)阻較小，可以提供較大的電流，所以適用于放電速率要求較高的產(chǎn)品，如一些由電池供電的電動(dòng)工具，比如鋤草機(jī)。充電速率的描述和放電速率相同，采用這種形式來描述電池的充放電更為直觀和方便。 ，一是指蓄電池充足電后，放電到終止電壓時(shí)所輸出的電量，也就是在一定的放電條件下可以從電池中獲得的電量。 實(shí)際容量 :是指在一定的放電條件下電池實(shí)際放出的容量 (又可稱為有效容量 )，等于放電電流與放電時(shí)間的乘積，其值小于理論容量。相比較上面的定義來講，這個(gè)定義含義更明顯和更容易實(shí)現(xiàn)。Rn 是由于電流流過蓄電池時(shí)兩電極的電位有所改變而表現(xiàn)出來的，因此又稱為極化電阻或假電阻，其值與流過電池的電流強(qiáng)度有關(guān)，電流越大， Rn越大。 自放電通常與環(huán)境溫度有密切關(guān)系。一有記憶效應(yīng)的電池表現(xiàn)為即使己充滿電，電池也無法釋放出額定的容量。由此可知，如果一只鉛酸蓄電池中正極板是好，而負(fù)極板損壞了，那就等于這只鉛酸蓄電池變成了報(bào)廢的鉛酸蓄電池。 ??? — 正極板的超電勢(shì) (v)。當(dāng)極板上所存硫酸鉛不多，通過硫酸鉛的溶解，提供電化學(xué)氧化和還原所需的離子極度缺乏時(shí)，電化學(xué)反應(yīng)的極化增加，這時(shí)正極的電極電勢(shì)變得很正，使得氧氣大量析出。 a— 衰減率常數(shù)，也稱充電接受比。 它定量地表明隨放電率的不同，充電接受比的變化。 ，包括極板、隔板、電解液和外部連接部分如極柱、連結(jié)條的電阻等所產(chǎn)生的電壓降，此壓降值遵循歐姆定律，當(dāng)充電電流停止后可立即消失。陰極上電子的過剩促使鉛離子以更快的速度獲得電子而還原。也就是實(shí)行智能充電要解決的問題。目前國(guó)內(nèi)外各種快速充電裝置無一例外地采取這一手段來達(dá)到充電快速的目的。在大電流充電的初期，極化電壓就已嚴(yán)重存在，不及時(shí)予以處理，大電流充電在其初期就難于進(jìn)行。放電脈沖既然作為快速放電的極其重要的手段，理所當(dāng)然地存在一個(gè)量的最佳值。其基本原理是 :交流輸入電壓經(jīng)電網(wǎng)濾波、整流濾波得到一定的直流電壓，再通過高頻變換器將 直流電壓變換成高頻交流電壓，最后經(jīng)過輸出整流濾波電路，將變換器輸出的高頻交流電壓整交流電網(wǎng)濾波電路 輸入整流濾波電路 高頻變換器 輸出整流濾波電路 控制電路 保護(hù)電路 市電 輸出直流 XXX大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 流濾波得到需要的高質(zhì)量、高品質(zhì)的直流電壓。 另外，飽和電感在實(shí)際應(yīng)用中不可能具有理想的飽和特性，這將會(huì)導(dǎo)致以下幾個(gè)后果 : ，從而增大變換器的導(dǎo)通損耗 。改進(jìn)型全橋移相控制的零 電壓 PWM變換電路。 IGBT的應(yīng)用范圍一般都在耐壓為 600V以上、電流為 10A以上、頻率為 1kH么以上的區(qū)域，多 應(yīng)用在工業(yè)用電機(jī)、民用小容量電機(jī)、變換器、照相機(jī)的頻閃觀測(cè)器以及感應(yīng)加熱電飯鍋等產(chǎn)品上。同樣，關(guān)斷時(shí)施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓 (一般取 5— 15V)有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗。但是，這樣會(huì)產(chǎn)生不必要的能量消耗，同時(shí)也使充電器的體積變得很龐大。在開關(guān)電源中，主要采用電源輸入濾波、工頻濾波、電源輸出濾波與抗輻射干擾等主要措施來減少噪聲的傳遞與影響 [13]。對(duì)前級(jí)整流電路的設(shè)計(jì)如圖 。 ，僅為 150mA。 EA(引腳 3):誤差放大器反相輸入端。如果該端上的電壓固定為 ，控制器的輸出端將停止輸出并保持為低電平。只要 Ui(引腳 10)上的電壓低于欠電壓鎖定闡值，該端電壓將維持在零伏左右。輸出端 A一用于驅(qū)動(dòng)一側(cè)半橋，并且與時(shí)鐘信號(hào)同步 。偏置電壓應(yīng)在 12V 以上。定時(shí)電容 CT應(yīng)采用低 ESL和低 ESR的高品質(zhì)瓷片電容，其最小取值為 200uF。當(dāng)多只控制器通過CLKSYNC相連時(shí)，將自動(dòng)和振蕩頻率最高的控制器同步。要實(shí)現(xiàn)電流模式控制，該端需與 CS(引腳 4)及電流檢測(cè)互感器相連。此處涉及到電源隔離的問題。因?yàn)樵撘葡嚯娐房刂?IGBT 功率開關(guān)全橋 逆變電路，所以延時(shí)時(shí)間一般設(shè)置為 23腳，取 R RS為 100K可滿足要求