數(shù)字化快速充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)附件(編輯修改稿)
2024-10-06 09:10 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 U (V )T (m in )0t1 t2 t3 Δ VABC U (V )T (m in )0t1 t2 t30 Δ VABC 圖 鎳鎘電池的充電特性 圖 鎳氫電池的充電特性 鎳氫電池與鎳鎘電池的特性基本一致如圖 ，只是鎳氫電池具有很弱的記憶效應(yīng)，在充電之前無需放電，只需對(duì)其直接充電。充電曲線與鎳鎘電池充電曲線相似，只是充電電壓到最高點(diǎn)后，電池端電壓 變化較小，此時(shí)出現(xiàn)零增量 0Δ V。此刻同樣應(yīng)對(duì)電池進(jìn)入浮充維護(hù)狀態(tài)。為了敘述方便，以后若無特別說明，負(fù)增量（ Δ V）和零增量（ 0Δ V）統(tǒng)稱為Δ V。 根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求，設(shè)計(jì)的智能充電器必須能對(duì)鎳鎘，鎳氫及鋰離子電池組充電。并能夠?qū)Τ潆娺^程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，針對(duì)不同電池的不同充電狀態(tài)做出及時(shí)調(diào)整，使之符合與其相應(yīng)的充電曲線。對(duì)此，本次設(shè)計(jì)的主要設(shè)計(jì)電路包括電源電路、充電電路和充電控制電路。其主要功能是實(shí)施對(duì)電池組的快速充電，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池電流，電池端電壓及充電持續(xù)時(shí)間等參數(shù)。通過這些信息，判斷 出電池的實(shí)時(shí)充電狀態(tài)，并對(duì)充電電流作出及時(shí)調(diào)整，從而實(shí)時(shí)而正確地控制充電過程。當(dāng)檢測(cè)到電池已充滿時(shí)，會(huì)提示用戶并且充電器自動(dòng)進(jìn)入浮沖維護(hù)狀態(tài)。充電過程中，充電器設(shè)置有定時(shí)，電流保護(hù)和故障檢測(cè)功能，如有異常將使充電器停止充電而保護(hù)電池。利用模糊控制理論對(duì)充電過程進(jìn)行優(yōu)化控制，使充電嚴(yán)格地按照具體電池理想的充電曲線進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種電壓等級(jí)和不同類型電池的智能充電。系統(tǒng)的總體框圖如圖 所示 。 220V 交流電壓 首先送入反激式開關(guān)電源進(jìn)行 AC/DC 變換，使其直流輸出電壓為25V，再經(jīng)過 DC/DC 變化轉(zhuǎn)化為供電電壓和充電電壓。此充電電壓不能直接對(duì)電池進(jìn)行充電，必須經(jīng)過充電電路，采用 BUCK 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ,對(duì) AC/DC 變換電路所得的 1825V 的直流輸入電壓進(jìn)行二次斬波 ,得到合適的充電電流、電壓給電池充電。整個(gè)充電過程由充電控制電路控制，充電控制電路保證整個(gè)充電過程的順利進(jìn)行，該電路通過充電電池接口和檢測(cè)單元得到電池工作狀態(tài)，同時(shí)，該電路還實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電路各部分工作是否正常，并提供保護(hù)功能。另外，鍵盤輸入單元用于設(shè)定輸出電 壓等參數(shù)，顯示單元顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)和故障類型等信息。所以，本系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備對(duì)電壓、電流、溫度的檢測(cè)和保護(hù)電路，并且這些電路在對(duì)傳統(tǒng)電池組充電時(shí)也是必不可少的。 開關(guān)電源電路設(shè)計(jì) 開關(guān)電源電路的主要任務(wù)是將市電 220VAC轉(zhuǎn)化成充電所需的 25VDC的電壓。電源電路主要包括輸入濾波器，整流器， DC/DC 轉(zhuǎn)換器，輸入整流濾波器等電源變換電路。 220VAC 的市電經(jīng)過輸入濾波器能夠抑制大部份共模干擾和差模干擾。 保 護(hù) 電 路 PWM 220V 25V 開 關(guān) 電 源 B u ck 拓?fù)? 充電電池 電壓 電流 測(cè)量 電路 顯 示 鍵 盤 XC164CM 單片機(jī) 控制電 路 圖 智能充電器的總體設(shè)計(jì)框圖 整流器將交流電整流濾波成直流電，然后經(jīng)過 DC/DC 變換器得到充電所需的直流電壓 。為了抑制電壓波動(dòng)得到持續(xù)穩(wěn)定的輸出電壓，在輸出端添加一電壓負(fù)反饋電路。該電路由光電耦合器將檢測(cè)到的電壓狀態(tài)參量反饋給控制電路。 AC/DC 轉(zhuǎn)換器電路的設(shè)計(jì) 該部分電路主要包括：保險(xiǎn)絲；濾波電容 C1組成的主要用來對(duì)輸入交流電濾波，消除共模干擾和差模干擾濾波網(wǎng)絡(luò)；橋式整流電容濾波電路如圖 。 12J1C O N 2FF U S E 1 / 3 . 5 A1234DB R I D G E 1L12 2 m HC24 7 u / 4 5 0 VC10 . 1 u /2 7 5 V A CR11 0 K 4 7 1 圖 單相橋式整流電容濾波電路 DC/DC 變換器電路的設(shè)計(jì) 該電路主要是應(yīng)用 PWM 調(diào)制的反激式開關(guān)電路，并由芯片 TOP224Y 進(jìn)行輸出電壓反饋控制，保持變換后的輸出電壓穩(wěn)定。原理如圖 。 圖 DC/DC 變換器電路 充電電路的設(shè)計(jì) 充電電路由 25V 電壓輸入，通過一個(gè)由控制器控制的 PWM 調(diào)制的 BUCK 開關(guān)電路得到對(duì)電池充電所需的直流電壓，對(duì)電池充電。原理圖如圖 所示。 L422 0u H / 2. 5AQ2C 18 15R 18220ΩR7110ΩQ1C 18 15C 15102Q1I R F I 9Z 43 ND612 V / 0. 5WR64. 7K2 5 V D CC P W MC 1510 00 U F / 50 VB A T +D88T Q 10 012J4C O N 2R 1210kR 1010KD I S _C U RR922010 0V / 33 A / 41 . 5m Ω開關(guān)頻率 20KD9F R 30 7D78T Q 10 0D51N 41 48Q3I R F 54 0NQ2I R F 54 0NC 17104B A T O U T _S WC 1647 U F / 25 VR 11220R820 / 5W 圖 充電電路 充電控制電路的設(shè)計(jì) 充電控制電路核心控制器 XC164CM 單片機(jī)控制充電電路對(duì)電池充電。并通過電流檢測(cè)，電壓檢測(cè)，時(shí)間定時(shí)等電路獲得當(dāng)前充電狀態(tài)參數(shù)。并與設(shè)定各狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)充電電流，最大允許電池電壓，最長(zhǎng)充電時(shí)間等比較。智能地控制和選 擇合適地充電模式，保證快速有效充電，并在電池組充滿電時(shí)要及時(shí)結(jié)束充電。這時(shí)就要通過對(duì)被充電電池地電量，電壓，電流變化，充電時(shí)間等參數(shù)來判斷電池電量地飽和程度，并決定是否進(jìn)入緩流維護(hù)狀態(tài)或者停止充電。 由于各個(gè)電池特性有所差異，因此各自的充電狀態(tài)都不會(huì)相同所需充電時(shí)間也不會(huì)一樣，所以要對(duì)每個(gè)電池的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，比較處理后決定每個(gè)電池的充電狀態(tài)轉(zhuǎn)換及充電終止。整個(gè)充電過程的數(shù)據(jù)
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