【正文】 。下面就詳細(xì)介紹這幾部分電路的原理及功能。 ， 24字節(jié)是專(zhuān)用寄存器，其余 232字節(jié)均為通用寄存器。需要說(shuō)明的是，充電電源到電池組之間有一個(gè)二極管，因此充電電源輸出電壓和電池組電壓并非總是相等，而充電電源在為蓄電池充電的同時(shí)，還要為一些經(jīng)常性負(fù)載供電，所以，充電電源輸出電流和電池組充電電流也并非總是相等。而 GZDW 充電方式和常用充電方式的區(qū)別是，每隔 3個(gè)月要重復(fù) 1 次從主充電、均充電到浮充電的全過(guò)程。數(shù)值顯示采用靜態(tài)顯示，先將數(shù)據(jù)線用 2片 74LS245 緩沖，再分別驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)鎖存器 74HCT573， 74HCF573 的輸出經(jīng)過(guò) 75492 放大后，驅(qū)動(dòng)大尺寸共陽(yáng)極數(shù)碼管 LA23511。對(duì)系統(tǒng)的過(guò)流保護(hù)采取了以下幾個(gè)方法進(jìn)行綜合保護(hù)。在程序中作如下設(shè)計(jì) :每次開(kāi)機(jī)時(shí)，移相控制角設(shè)置為 0，然后根據(jù)實(shí)際情況逐漸加大 。 若實(shí)時(shí)時(shí)鐘定時(shí)時(shí)間到，則執(zhí)行實(shí)時(shí)時(shí)鐘中斷服務(wù)程序，采集鉛酸蓄電池的端電壓、溫度和充電電流值，與蓄電池的參數(shù)進(jìn)行比較，判斷應(yīng)采用的充電模式，若通用定時(shí)器
。同時(shí) EXB841 的 5腳把過(guò)流信號(hào)經(jīng)光禍送到 UC3879的 4腳，當(dāng)該腳電壓超過(guò) ，封鎖移相控制脈沖的輸出，達(dá)到保護(hù) IGBT的目的。 :用 PL3 輸出報(bào)警信號(hào)，經(jīng) 74LS06 緩沖，晶體管 9013 放大后，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，進(jìn)行聲音報(bào)警輸出。數(shù)值顯示共有 8 個(gè)數(shù)碼管單元，組成 2組 3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和數(shù)碼管專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)電路 7549大尺寸共陽(yáng)極數(shù)碼管 LA235141等組成。另外，通過(guò) 口接高電平或低電平，使 CPU 選擇常用充電方式或電力部規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)的 GZDW 充電規(guī)律。 模擬量檢測(cè)電路用于檢測(cè)充電電源輸出電壓、充電電源輸出電流、電池組充電電壓、電池組充電電流和環(huán)境溫度等。 80C196KB單片機(jī)和 MCS51系列單片機(jī)相比，至少在以下方面提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性 : ，而改用寄存器到寄存器結(jié)構(gòu) 。 UC3879輸出電路采用圖騰柱式輸出，最大電流可達(dá) 2A，并可直接驅(qū)動(dòng)功率晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管。 UC3879 的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)和零電壓開(kāi)關(guān)的延遲時(shí)間由延遲設(shè)定端子 (DELAYSETAB， DELAY SETCD)的 R C7 和 RS、 CS 確定。如我們前面介紹的，為更好更安全地利用 IGBT，采取了使用專(zhuān)門(mén)的驅(qū)動(dòng)芯片 EXB841驅(qū)動(dòng) IGBT的方法。 RAMP(引腳 19):斜坡電壓信號(hào)輸入端。作為輸入端時(shí)，該端可以輸入外部同步信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)多只控制器同步工作。 CT(引腳 14):振蕩器頻率設(shè)置端。 Ui(引腳 10):控制器偏置電源輸入端。該端最大驅(qū)動(dòng)電流為 100mA，可以驅(qū)動(dòng)功率 MOSFET。 SS(引腳 6):軟啟動(dòng)信號(hào)輸入端。當(dāng)該端上的電壓檢測(cè)信號(hào)超過(guò)，且誤差放大器的輸出電壓信號(hào)超過(guò) RAMP (引腳 19)上 的電壓信號(hào)時(shí)，移相限流比較器將對(duì)相移大小逐周進(jìn)行限制。 COMP(引腳 2):誤差放大器輸出端。 10MHz誤差放大器 。 本充電系統(tǒng)的輸出濾波電路如圖 ，其中 XXX大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 圖 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，為變換器三相交流 圖 前級(jí)整流電路圖 提供紋波較小的直流電壓。當(dāng)采用高頻開(kāi)關(guān)電源供電時(shí)，其整流與變換的工作電路更為復(fù)雜，且開(kāi)關(guān)電源工作在較高頻率，外界與本機(jī)元器件不可避免的會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)相互干擾，而電源的噪聲會(huì)進(jìn)一步影響其它設(shè)備的正常工作。 由于本充電系統(tǒng)采用的是恒壓限流充電和脈沖充電相結(jié)合的充電方法，在整個(gè)充電時(shí)期內(nèi)，始終適時(shí)地采取了通過(guò)負(fù)脈沖瞬間放電消除極化的措施，因此硬件設(shè)計(jì)中需要提供蓄電池放電的通路。當(dāng)柵極和發(fā)射極間施加反向電壓或不加信號(hào)時(shí)， IGBT關(guān)斷。也正是由于導(dǎo)通電阻小的 MoSFET 的出現(xiàn)，高頻開(kāi)關(guān)電源得以迅速發(fā)展 [1 12]。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。針對(duì)上述問(wèn)題，常見(jiàn)的解決方法是在變壓器原邊串接一個(gè)飽和電感，擴(kuò)大變壓器的零電壓開(kāi)關(guān)范圍。高頻開(kāi)關(guān)電源的原理框圖如圖 所示 [ 10]。蓄電池組 E通過(guò)開(kāi)關(guān) K閉合XXX大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 向交流電網(wǎng)逆變放電。權(quán)衡這兩種方法，第二種方法更為合理科學(xué)。 圖 智能充電的特性曲線 XXX大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 如前 所述，智能充電是通過(guò)盡可能地延長(zhǎng)蓄電池所固有的可接受初始電流的持續(xù)時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而且還產(chǎn)生一系列副作用，諸如產(chǎn)生大量氣體，使電解液溫度升高，水分損失，從而增加維護(hù)量，能量無(wú)謂的損耗等等。 。極化是一切電化學(xué)反應(yīng)所具有的共同現(xiàn)象。 XXX大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 它定量地表明隨放電深度不同，充電接受能力的變化。 XXX大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 圖 ，只持續(xù)產(chǎn)生微量氣體的充電特性曲線，在充電中任一時(shí)刻 t，蓄電池可接受的充電電流 0 atI I e?? () 式中 Io— 當(dāng) t=0 時(shí)的最大起始電流 。這樣，活性物質(zhì)逐漸從硫酸鉛轉(zhuǎn)化成為二氧化鉛和鉛，活性物質(zhì)的孔隙也逐漸擴(kuò)大，孔隙率增加。一般因電池和極板種類(lèi)的不同而略有差異。 在放電時(shí)，正極由二氧化鉛 (PbO2)變成硫酸鉛 (PbSO4)而將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能向負(fù)載供電，負(fù)極由海綿狀鉛 (Pb)變?yōu)榱蛩徙U (PbSO4)而將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成 電能向負(fù)載供電。 ，電池的記憶效應(yīng)并不是所有的蓄電池都具有的現(xiàn)象，它是燒結(jié)式蓄電池特有的現(xiàn)象，象我們所說(shuō)的鎳鎘電池就具有記憶效應(yīng)，而鉛酸蓄電池就不具有記憶效應(yīng)。根據(jù)我們前面所講的放電深度的概念中可以看出，放電深度不同，電池的循環(huán)壽命是不同的。 （ Depth of Charge :DOC)充電深度定義如式 (): DOC=(CQe)/C () 它是指電池可能剩余的電量 (CQe)與實(shí)際電池容量 C(與溫度和電流有關(guān) )的比， DOC的值不僅與電池的當(dāng)前狀態(tài) (SOC、溫度、電流等 )有 關(guān)，并且與將來(lái)電池的放電情況有關(guān)， DOC比 SOC更能反映電池的實(shí)際情況。 SOC1 和 Cu是在給定電流下的， SOC 和 Ct 通常取三或五小時(shí)放電率下的電流。通常是指在一定溫度下，用一定的放電率 :(例如 C/20)對(duì)某一型號(hào)的電池進(jìn)行恒流放電所能放出的最大容量。同時(shí)，此時(shí)氧氣的產(chǎn)生和吸收都是放熱反應(yīng)，因此會(huì)使電池溫度迅速上升。例如一個(gè)容量 C 為 60Ah 的電池，對(duì)它進(jìn)行 2 小時(shí)的放電后電池的電量完全放完，則它的放電電流為 I=C/2= () 即它的放電速率為 。對(duì)于放電速率要求不高的產(chǎn)品，如便攜式計(jì)算機(jī)、蜂窩電話機(jī)和手提式視頻設(shè)備，可以使用鎳金屬氧化物電池和鋰離子電池。根據(jù)蓄電池的結(jié)構(gòu)又可分為開(kāi)口蓄電池和密封蓄電池兩種形式。 蓄電池主要由三個(gè)部分組成 :發(fā)生氧化反應(yīng)的陽(yáng)極、發(fā)生還原反應(yīng)的陰極、以及將陽(yáng)極反應(yīng)和陰極反應(yīng)統(tǒng)一在一起的介質(zhì)電解液。在充電電流與電池之間串聯(lián)一電阻，稱(chēng)為限流電阻。 此法是對(duì)每只單體電池以某一恒定電壓進(jìn)行充電。提高功率變換器的開(kāi)關(guān)頻率，可以提高其性能，同時(shí)還可以減小功率變換器中的變壓器體積和重量，以及電感、電容等無(wú)源器件的容量，進(jìn)而可減小它們的體積和重量。 相控電源是比較傳統(tǒng)的電源，它是將市電直接經(jīng)過(guò) 整流濾波后輸出直流，再通過(guò)改變晶閘管的導(dǎo)通相位角，來(lái)控制整流器的輸出電壓。這些傳統(tǒng)的充電方法，一方面控制電路簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較容易 。系統(tǒng)的主回路由充電電路、放電電路及控制電路組成，其中充電電路采用整流橋式電路。另一方面，又要保證蓄電池負(fù)極的吸收能力，使負(fù)極能夠跟得上正極氧氣產(chǎn)生的速度，以避免電池的極化現(xiàn)象。因此充電電源開(kāi)路電壓必XXX大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 須在 144V以上。在其他方面，由于充電方法不正確，鉛酸蓄電池也很難達(dá)到規(guī)定的循環(huán)壽命。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于 80196KB單片機(jī)控制的智能充電系統(tǒng)，其效率高、調(diào)節(jié)時(shí)間快的良好充電特性 可得到充分發(fā)揮，使得蓄電池具有較高的使用容量和較長(zhǎng)的循環(huán)壽命，可滿足電機(jī)車(chē)動(dòng)力蓄電池的充電要求，具有良好的應(yīng)用前景，為提高蓄電池的性能和可靠性提供一條新的、有效的途徑。理論研究和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，這種充電模式可以大大縮短充電時(shí)間，提高充電效率。國(guó)內(nèi)外多年來(lái)的實(shí)踐證明，鉛酸蓄電池浮充電壓偏差 5%，電池的浮充壽命將減少 一半。 根據(jù)本課題面向的對(duì)象，對(duì)本充電系統(tǒng)的充電電源提出下面的理想技術(shù)指標(biāo) : 0V180V范圍內(nèi)調(diào)整工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)使用的電機(jī)車(chē)所用的蓄電池組一般由 48 節(jié)鉛酸蓄電池構(gòu)成，每節(jié)電池的充電極限狀態(tài)或高阻抗電池的充電飽和電壓均假設(shè)為 3V，則 48節(jié)電池的極限端電 壓為 144V。系統(tǒng)所要求的充電方法，一方面要求能夠最大程度地加快蓄電池的化學(xué)反應(yīng)速度，縮短蓄電池達(dá)到滿充狀態(tài)的時(shí)間，使充電速度得到最大的提高 。除此之外，工作頻率的提高還有利于控制性能的提高。 2 課題的研究 現(xiàn)狀 對(duì)于鉛酸蓄電池來(lái)講，傳統(tǒng)的充電方法主要有恒流充電、恒壓充電和恒壓限流充電。 目前，常用的充電電源主要有以下三種 :相控電源、線性電源、開(kāi)關(guān)電源。關(guān)斷時(shí)間加快，使存儲(chǔ)時(shí)間大大縮短，從而大大提高了開(kāi)關(guān)頻率。這種充電方法，充電時(shí)間均在 10h以上 [6]。 ，廣泛采用恒壓限流的方法。原電池只能使用一次，即我們所說(shuō)的干電池，蓄電池就可以多次反復(fù)位用 [7]。例如鉛酸蓄電池為酸性蓄電池，而鎳鎘電池則為堿性蓄電池。 選擇電池的依據(jù)主要是電池的能量密度、電池的容量及內(nèi)阻，它們塊定了電池為負(fù)載提供電能的速度和大小。 (Dicharge Rate)為了對(duì)不同容量的電池加以比較，電池的放電電流不用電流的絕對(duì)值來(lái)表示，而是用電池容量 C和放電時(shí)間 t的比表示，稱(chēng)為電池的放電速率或放電倍率。這是因?yàn)樵谶^(guò)充電階段電 池內(nèi)部所進(jìn)行的反應(yīng)為消耗反應(yīng)，它會(huì)加大電池內(nèi)部壓力。 XXX大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 標(biāo)稱(chēng)容量 :是指設(shè)計(jì)和制造電池時(shí)，規(guī)定或保證電池在一定放電條件下應(yīng)該放出的 最低限度的容量。更實(shí)用的定義是式 (): SOC1=(ICu/Cd)*100% () Cu是當(dāng)時(shí)的已用容量，它是從完全充滿的狀態(tài)開(kāi)始計(jì)量的。因此，為延長(zhǎng)電池的使用壽命，盡量不用讓電池處于深度放電狀態(tài)。 (Cycle Life)循環(huán)壽命是指在其實(shí)際容量降低至某一規(guī)定值之前所經(jīng)歷的充放電循環(huán)的次數(shù)，通常用來(lái)定義蓄電池的使用壽命。考慮到這 一點(diǎn)，在設(shè)計(jì)蓄電池智能充電系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)在電池長(zhǎng)時(shí)間不用的情況下對(duì)電池進(jìn)行補(bǔ)充充電。負(fù)極由硫酸鉛轉(zhuǎn)化為海綿狀鉛 (Pb)后將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存在負(fù)極板中。 事實(shí)上，蓄電池在充電時(shí)候會(huì)有氣體析出，這是因?yàn)樵谶M(jìn)行充放電過(guò)程中還會(huì)有其他的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，如充電時(shí)候會(huì)產(chǎn)生氫氣和氧氣兩種氣體，其化學(xué)方程式如下： 222 2 2H H O H O??? ? ? （ ） 鉛酸蓄電池的充電特性 通常，對(duì)鉛酸蓄電池進(jìn)行充電時(shí)，都是用曲線來(lái)表達(dá)電池的端電壓、錫電壓、電解液的密度以及電解液的溫度隨時(shí)間的變化，把這樣的一些曲線，稱(chēng)為電池的特性曲線，來(lái)表示電池的各種特性。當(dāng)達(dá)到 A點(diǎn)后，由于擴(kuò)散使活性物質(zhì)表面及微孔內(nèi)的硫酸濃度不再急劇上升時(shí)，端電 壓也就上升的較緩慢 (ABC部分 )。 在充電過(guò)程中，用某一速率的電流進(jìn)行充電，蓄電池只能充到某一極限值，當(dāng)達(dá)到這一極限后，繼續(xù)充電時(shí)，只能導(dǎo)致電解水反應(yīng)而產(chǎn)生氣體和溫升，不能提高蓄電池的充電速度。 第一定律 :蓄電 池在采用任意放電電流后，其充電接受比和放電放掉的容量的平方根成反比。這是由于極化現(xiàn)象嚴(yán)重引起的。而電極的平衡電勢(shì)是根據(jù) H+離子和 HSO4離子濃度確定的。 由于極化產(chǎn) 生的過(guò)電勢(shì)，不僅阻礙充電電流，放慢了電化學(xué)反應(yīng)。消除極化是智能充電的關(guān)鍵技術(shù)所在。整個(gè)充電過(guò)程按照“充電一停充一放電一停充一充電”這一既定的程序周而復(fù)始。 圖 固定電阻放電法 圖 逆變放電法所用電路 。控制回路是實(shí)現(xiàn)電源各種性能要求的核心，其控制機(jī)理有調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)寬、諧振等。 關(guān)管開(kāi)通時(shí)存在很大的 di/dt，將會(huì)造成較大的 EML ，高頻變換器副邊漏感上的電流瞬變作用將在二極管上產(chǎn)生電壓過(guò)沖和震蕩，所以在實(shí)際應(yīng)用中需在副邊二極管上增設(shè) RC 吸收網(wǎng)絡(luò)。 圖 PWM變換電路。而且它的導(dǎo)通電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于雙極型晶體管 BJT的導(dǎo)通電阻，這使得它能代替 BJT成為高頻開(kāi)關(guān)電源的主流開(kāi)關(guān)器件。由于具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，高耐壓的 IGBT也具有很小的通態(tài)壓降。本系統(tǒng)采用的 EXB841 屬于大容量高速型驅(qū)動(dòng)器 (最大 40kHz 運(yùn)行 )。 XXX大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 圖 能量回饋電路圖 主回路中建波電路的設(shè)計(jì)整流濾波 電路對(duì)降低電源中的噪聲干擾起到了重要作用。本充電系統(tǒng)只設(shè)計(jì)了輸出濾波電路。 XXX大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 ，最大驅(qū)動(dòng)電流為 100mA。該電容的 ES