【正文】 非常感謝雷軍老師在我大學(xué)的最后學(xué)習(xí)階段—畢業(yè)設(shè)計(jì)階段給自己的指導(dǎo),從最初的開題報(bào)告,到資料收集,到論文設(shè)計(jì)、修改,到論文定稿,他給與我耐心的指導(dǎo)與無私的幫助。蓄電池智能充電系統(tǒng)的創(chuàng)新之處: 采用恒壓限流充電與脈沖充電相結(jié)合的充電方法,提高充電速度。 最 后 采 集 蓄 電 池 的 端 電 壓 、 溫 度 等 參 數(shù) , 與 工 藝 參 數(shù) 進(jìn) 行 比 較 , 判 斷 充 電 是 否 結(jié) 束 , 若 未 結(jié) 束 , 則 循 環(huán) 執(zhí) 行 , 否 則 切 斷 主 電 路 。匯編程序?qū)⒎柣牟僮鞔a組裝成處理器可以識別的機(jī)器指令,這個(gè)組裝的過程稱為組合或者匯編。當(dāng)變換器橋臂因?yàn)槟孀兪≡斐啥搪返臅r(shí)候,瞬間變大的電流會(huì)在逆變橋輸入直流側(cè)表現(xiàn)出來,此時(shí)霍爾傳感器檢測輸出的電壓信號送入U(xiǎn)C3879的過流保護(hù)腳（4腳）,如果過流保護(hù)腳（4腳）電壓超過5V,輸出脈沖馬上被封鎖,從而達(dá)到快速過流保護(hù)的目的。 顯示電路顯示電路是由以下幾部分組成:充電電壓、充電電流數(shù)值顯示電路、充電方式指示電路、過電壓、過電流、交流電源失電等故障指示電路；充電方式指示電路與過電壓、過電流、,后由74LS06緩沖,驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管進(jìn)行狀態(tài)與故障的指示；數(shù)值顯示一共有八個(gè)數(shù)碼管單元,組成了2組三位半數(shù)值顯示器,由地址譯碼器74LS13反相器74150數(shù)據(jù)總線緩沖器741L24鎖存器74HCF573與數(shù)碼管專用驅(qū)動(dòng)電路7549大尺寸共陽極數(shù)碼管LA235141等組成；地 址 譯 碼 器 74LS138的 1 、 2 、 3 腳 分 別 接 低 位 地 址 線 A 0 、 A 1 、 A 2 , 4 腳 接 C P U 的 寫 信 號 線 W R I T E , 5 腳 接 8 0 C 1 9 6 K B 單 片 機(jī) 最 小 系 統(tǒng) 中 D 4 的 1 1 腳 , 6 腳 接 高 電 平 ,111115為 譯 碼 器 輸 出 , 經(jīng) 反 相 器 7 4 L S 0 4 以 作 為 數(shù) 碼 管 顯 示 的 位 選 線 , 接 7 4 H C T 5 7 3 的 1 1 腳 ； 數(shù) 值 顯 示 采 用 靜 態(tài) 顯 示 , 先 將 數(shù) 據(jù) 線 用 2 片 741L245 緩 沖 , 再 分 別 驅(qū) 動(dòng) 4 個(gè) 鎖 存 器 74HCF573, 74HCF573的 輸 出 經(jīng) 過 75492放 大 后 , 驅(qū) 動(dòng) 大 尺 寸 共 陽 極 數(shù) 碼 管 LA235141； 根 據(jù) 上 述 接 法 , 八 個(gè) 數(shù) 碼 管 的 地 址 分 別 為8000H到8007H 。當(dāng)電池充滿電后，若繼續(xù)充電，所有的電能都將轉(zhuǎn)化為電池的熱能，在快速充電時(shí)這將使電池快速升溫，若不及時(shí)停止充電，會(huì)造成電池?fù)p壞。 模 擬 量 檢 測 電 路模擬量檢測電路是用在檢測充電電源輸出電壓、充電電源輸出電流、電池組充電電壓、電池組充電電流與環(huán)境溫度等。下面就詳細(xì)介紹這幾部分電路的原理及功能。,在UC3879中,；反相端和電源輸出端經(jīng)光禍隔離后的回饋輸出相連,兩者相比較,差值經(jīng)放大輸出,送到移相脈寬控制器,控制A、B和C、D之間的相位,最后調(diào)整波形占空比。每個(gè) EXB841需要二十V驅(qū)動(dòng)電壓,由于全橋整流電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的原因,使得4個(gè)EXB841至少需要三個(gè)相互隔離的二十V電源。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；另外,為提高該端驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載的能力,可以增加接地電阻。Uc(引腳9):驅(qū)動(dòng)輸出電路偏置電源輸入端；該端向驅(qū)動(dòng)電路及其相關(guān)偏執(zhí)電路供電。相移開始工作,但只有控制器進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)之后,才會(huì)向負(fù)載傳輸功率。限電平反映出兩個(gè)最常用的輔助電源產(chǎn)生模式: 自舉或離線。對電源輸出時(shí)的后級整流電路采用一個(gè)整流橋即可。輸入濾波是指接在交流電網(wǎng)和開關(guān)電源之間的濾波設(shè)備,通常由低通濾波與共模扼流圈等元件組成,它主要作用是抑制開關(guān)電源其身對交流電網(wǎng)的反干擾同時(shí)也能抑制交流電網(wǎng)中的高頻干擾串入開關(guān)電源。該充電系統(tǒng)使用圖5所示的結(jié)構(gòu)框圖,蓄電池的放電通路由開關(guān)元件Q與濾波電感L所組成,稱為能量反饋電路。IGBT的驅(qū)動(dòng)多采用專用的混合集成驅(qū)動(dòng)器。IGBT的工作原理和靜態(tài)特性IGBT是三端器件,具有柵極G,集電極C和發(fā)射極E。 該變換電路采用移相控制方式,其主電路的工作原理和基本的零電壓PWM變換電路完全一樣。但,采用這方法后,電路仍不能達(dá)到全工作范圍的零電壓開關(guān)。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)電路市電輸出直流圖2 高頻開關(guān)電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 從圖2中可以看到,高頻開關(guān)電源主要由交流電網(wǎng)濾波電路、輸入整流濾波電路、高頻變換器、輸出整流濾波器、控制電路、保護(hù)電路幾部分組成。當(dāng)電池溫度大于規(guī)定值時(shí),單片機(jī)控制自動(dòng)轉(zhuǎn)入浮充電模式。例如,對于20Ah的蓄電池,電池5h可充足: ,需要10h才可充足電,所有依據(jù)電池的容量與充電電流,能夠容易地確定所需求的充電時(shí)間。目前采用的控制方法很多,通常采取的有定時(shí)控制、電壓控制、溫度控制和最小終止電流等方法進(jìn)行充電終止控制[6]。它的控制過程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)定的分析與計(jì)算,得出相應(yīng)的控制數(shù)據(jù),從而控制輸出電壓、電流,完成對蓄電池的智能充電。 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理框圖本充電系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)圖如附錄二系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)圖所示。,如短路、斷路、過流等。 采用單片機(jī)技術(shù)的智能充電器在我國的研究發(fā)展比較晚,因其體積小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、輸出紋波小、效率高等特點(diǎn),近年來獲得了國內(nèi)外的廣泛研究和關(guān)注,特別是在通信和電力等領(lǐng)域中,己經(jīng)得到了普遍的研究和使用。 相 控 電 源 所 用 的 變 壓 器 是 工 頻 電 源 變 壓 器 , 它 的 體 積 比 較 龐 大 , 由 此 造 成 相 控 電 源 本 身 的 體 積 龐 大 、 效 率 低 下 , 并 且 該 類 電 源 動(dòng) 態(tài) 響 應(yīng) 差 、 可 靠 性 能 低 。分級定電流充電法結(jié)合了恒流充電法與恒壓充電法的特點(diǎn),在充電初期采用盡可能大的充電電流充電,使蓄電池在短期內(nèi)充入盡可能多的容量,中期采用較小的充電電流,最后采用小電流充電,使蓄電池完全充滿電。該方法包括2階段充電法與3階段充電法。在中國,電動(dòng)車的大力發(fā)展已經(jīng)是迫在眉睫的事情,因而充電器及充電技術(shù)處于十分關(guān)鍵的位置。按照目前的消耗速度,石油、天然氣等資源僅僅能再維持?jǐn)?shù)十年的時(shí)間。但因?yàn)楣ぷ髑闆r的復(fù)雜性,浮充的時(shí)候有電流較高的可能(電池嚴(yán)重虧電、漏電、負(fù)荷過重等)。當(dāng)電流大時(shí),它的電壓降也大,從而減小了充電電壓；當(dāng)電流小時(shí),作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也會(huì)小,如此就自動(dòng)調(diào)整了充電電流,使其不超過某一限度,充電初期的電流得到控制。所以充電初期電流相當(dāng)大,隨著充電進(jìn)行,電流逐漸變小,在充電后期只有很小的電流通過,如此在充電過程中就不需要調(diào)整電流。理想情況下,在電池的充電過程中,電解液中的水幾乎不損失,所以在電池的使用過程中可達(dá)到不需要加水的目的。選擇電池的根據(jù)主要是由電池的能量密度、電池的容量和內(nèi)阻,它們直接判定了電池為負(fù)載提供電能的速度與大小。根據(jù)蓄電池電解質(zhì)的狀態(tài)不同分類:分為電解質(zhì)采用稀硫酸的稱作鉛酸蓄電池,使用硫酸電解質(zhì)膠體的稱作膠體鉛蓄電池。免維護(hù)型蓄電池是由鉛鈣合金制造,由于蓄電池使用鉛鈣合金做柵架,由此充電時(shí)產(chǎn)生的水分解量少,水分的蒸發(fā)量也低,再加上外殼使用密封結(jié)構(gòu),釋放出來的硫酸氣體也非常少,因此它和傳統(tǒng)蓄電池相比,具有不需添加的任何液體,對接線樁頭,電量儲存時(shí)間長等優(yōu)點(diǎn)[1]。鉛酸蓄電池因?yàn)榫哂袃r(jià)格低廉、供電可靠、電壓穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于國防、通信、鐵路、交通、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等部門。在通過有關(guān)蓄電池充電原理與充電方法研究的基礎(chǔ)上,提出使用恒壓限流充電與脈沖充電相結(jié)合的充電方法。電動(dòng)車主要的部件中電動(dòng)機(jī)、控制器與車體三大部件全部在理論與技術(shù)上已較為成熟,但是其他兩大部件蓄電池和充電器的發(fā)展卻不能滿足電動(dòng)車的需求,有許多理論與技術(shù)問題還有待攻關(guān),現(xiàn)在已成為影響電動(dòng)交通工具發(fā)展的瓶頸。目前,我國工農(nóng)業(yè)的運(yùn)輸設(shè)備對蓄電池用量非常大,但是由于其充電設(shè)備太落后,充電的方法也很不科學(xué),急需設(shè)計(jì)出一種新型的智能充電系統(tǒng)以滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求。在電極里發(fā)生氧化反應(yīng)與還原反應(yīng)的物質(zhì)被稱作活性物質(zhì)。但開口蓄的電池不便于維護(hù),它要經(jīng)常添加蒸餾水與更換電解液；而密封蓄電池在這一方面具有明顯的優(yōu)勢: 密封好、無泄露、無污染、無需維護(hù)、易保存等特點(diǎn),可以保障人體和各種設(shè)備的安全[3]。 鉛酸蓄電池的工作原理電池充電是通過逆向化學(xué)反應(yīng)將能量存儲至化學(xué)系統(tǒng)里實(shí)現(xiàn)的,由于使用的化學(xué)物質(zhì)不同,電池有自己的特性,設(shè)計(jì)充電器時(shí)要仔細(xì)了解這些特性以防止過度充電而損壞電池。就是因?yàn)檫@個(gè)缺點(diǎn),在國外除了蓄電池需要長時(shí)間小電流進(jìn)行活化充電外,已經(jīng)很少使用。恒壓充電通常應(yīng)用在電池組電壓較低的場合。充電電壓一般使用V =,當(dāng)充電電流減小到浮充電流時(shí),電池已基本充滿。所以,世界許多國家皆在燃料汽車、電動(dòng)汽車與混合動(dòng)力電動(dòng)汽車方面進(jìn)行了大量的研究和開發(fā)工作,將清潔型交通工具的開發(fā)應(yīng)用作為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一個(gè)重要組成部分。蓄電池作為電動(dòng)汽車的動(dòng)力源而成為電動(dòng)車發(fā)展的關(guān)鍵,蓄電池的性能決定了電動(dòng)車的性能指標(biāo),其能量密度決定了電動(dòng)車一次充電的續(xù)駛里程,其功率密度則決定了電動(dòng)汽車的加速性能和最高車速。 受到現(xiàn)有的設(shè)備和技術(shù)的局限,我們采用規(guī)格為6V、。該充電方法優(yōu)點(diǎn)是: 技術(shù)實(shí)現(xiàn)簡易,基本可以滿足充電需求,成本低。 目 前 市 場 上 使 用 最 廣 泛 的 仍 然 是 三 階 段 充 電 方 法 [8]。開關(guān)電源被譽(yù)為高效節(jié)能電源,它代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向,現(xiàn)己成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品。3 基本方案 總設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)采用的是先組建多個(gè)功能模塊分析然后組合的方式來實(shí)現(xiàn)方案。系統(tǒng)所需求的充電方法,一方面要求能夠最大程度地加快蓄電池的化學(xué)反應(yīng)速率,縮短蓄電池達(dá)到滿充狀態(tài)的時(shí)間,使其充電速度達(dá)到最大的提；另一方面,要維持蓄電池負(fù)極的吸收能力,使其負(fù)極可以跟得上正極氧氣產(chǎn)生的速度,以避免電池的極化現(xiàn)象。除此之外,工作頻率的提高還有利于控制性能的提高。 單片機(jī)充電終止條件控制方法利用單片機(jī)對蓄電池充足電后,電池的溫度與內(nèi)壓都會(huì)迅速上升,同時(shí)電池的端電壓也會(huì)開始下降,出現(xiàn)電壓負(fù)增量。這樣,會(huì)導(dǎo)致電池壽命減小,也會(huì)使電池受到損壞。 溫度控制為了不損壞電池,電池溫度過低時(shí)不能馬上開始快速充電；電池充足電后,充入的電量都消耗在電池中,電池的溫度會(huì)很快上升。主回路有多種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 ,需要增大散熱器的體積。與基本的全橋移相控制的零電壓PWM變換電路相比,它在滯后臂上增加一個(gè)由電感Lrx和電容C。正是由于導(dǎo)通電阻小的MoSFET的出現(xiàn),高頻開關(guān)電源得以迅速發(fā)展[114]。IGBT的驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)IGBT是電壓驅(qū)動(dòng)型器件,使IGBT開通的柵射極間驅(qū)動(dòng)電壓一般取1520V。 圖4 EXB841驅(qū)動(dòng)電路圖 能量反饋電路的設(shè)計(jì) 因?yàn)樵摮潆娤到y(tǒng)使用的是由恒壓限流充電與脈沖充電相結(jié)合的充電方法,在整個(gè)充電期間,一直適時(shí)地使用了經(jīng)過負(fù)脈沖瞬間放電消除極化的方法,所以硬件設(shè)計(jì)中需要提供蓄電池放電的通路。當(dāng)使用高頻開關(guān)電源供電時(shí),其整流和變換的工作電路更加復(fù)雜,而且開關(guān)電源工作在較高頻率,外界和本機(jī)元器件無法避免的產(chǎn)生電磁感應(yīng)相互干擾,而電源的噪聲也會(huì)更加影響其它設(shè)備的正常工作。 電路如圖6所示, 其中圖6 輸出濾波電路 整流電路的設(shè)計(jì)整流器的作用是將電網(wǎng)輸入的交流電進(jìn)行整流濾波,為變換器單相交流提供紋波的直流電壓。在絕大多數(shù)的工作條件下,該方法可獲得較高的dV/dt值,并且為功率級的所有初級邊半導(dǎo)體提供零電壓開關(guān)。CS(引腳4): 電流檢測信號輸入端；該端為電流故障比較器的同相輸入端；；,且誤差放大器的輸出電壓信號超過RAMP (引腳19)上的電壓信號時(shí),移相限流比較器將對相移大小逐周進(jìn)行限制；,