基于單片機(jī)控制的電動(dòng)車快速充電器的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-15 18:17 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 .. （4）式中：IIII4...為各個(gè)放電率下的允許充電電流。綜合馬斯三定律,可以推出，蓄電池的總電流接受比可表示為α=It/Ct （5）式中：Ct=C1＋C2＋C3＋C4＋...為各次放電量的總和，即蓄電池放出的全部電量。馬斯三定律說(shuō)明，在充電過(guò)程中，當(dāng)充電電流接近蓄電池固有的微量析氣充電曲線時(shí)，適時(shí)地對(duì)電池進(jìn)行反向大電流瞬間放電，以消除電池的極化現(xiàn)象，可以提高蓄電池的充電接受能力，如圖1所示。也就是說(shuō)通過(guò)反向大電流放電，可以使蓄電池的可接受電流曲線不斷右移，同時(shí)其陡度不斷增大，即α值增大，從而大大提高充電速度，縮短充電時(shí)間。 脈沖快速充電器的工作原理基于上述理論，并考慮到鉛酸蓄電池自身的一些特性，本文介紹的快速充電裝置所采用的充電方法將整個(gè)充電過(guò)程分為了預(yù)充電、脈沖快速充電、補(bǔ)足充電、浮充電4個(gè)階段，如圖6所示。根據(jù)蓄電池充電前的殘余電量，進(jìn)入不同的充電階段。圖6 分級(jí)定電流脈沖快速充電法原理圖 預(yù)充電對(duì)長(zhǎng)期不用的電池、新電池或在充電初期已處于深度放電狀態(tài)的蓄電池充電時(shí)，一開(kāi)始就采用快速充電會(huì)影響電池的壽命。為了避免這一問(wèn)題要先對(duì)蓄電池實(shí)行穩(wěn)定小電流充電，使電池電壓上升，當(dāng)電池電壓上升到能接受大電流充電的閾值時(shí)再進(jìn)行大電流快速充電。 脈沖快速充電在快速充電過(guò)程中，采用分級(jí)定電流脈沖快速充電法，將充電電流分成三級(jí)，如圖7所示。開(kāi)始充電時(shí)采用大電流，隨著電池容量的增加，電壓逐漸升高，電流等級(jí)開(kāi)始降低，使充電電流的脈沖幅度和寬度隨蓄電池端電壓的升高而分級(jí)減小。采用這種方法可以消除充電接近充滿時(shí)易出現(xiàn)的振蕩現(xiàn)象及過(guò)充電問(wèn)題。圖7 分級(jí)定電流脈沖快速充電法原理圖在脈沖快速充電過(guò)程中，電池電壓上升較快，當(dāng)電壓上升至補(bǔ)足充電電壓閾值時(shí)，轉(zhuǎn)入補(bǔ)足充電階段。 補(bǔ)足充電快速充電終止后，電池并不一定充足電，為了保證電池充入100％的電量，對(duì)電池還要進(jìn)行補(bǔ)足充電。此階段充電采用恒壓充電，可使電池容量快速恢復(fù)。此時(shí)充電電流逐漸減小，當(dāng)電流下降至某一閾值時(shí)，轉(zhuǎn)入浮充階段。 浮充電此階段主要用來(lái)補(bǔ)充蓄電池自放電所消耗的能量，只要電池接在充電器上并且充電器接通電源，充電器就會(huì)給電池不斷補(bǔ)充電荷，這樣可使電池總處于充足電狀態(tài)。此時(shí)也標(biāo)志著充電過(guò)程已結(jié)束。第三章 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 控制方式 單片機(jī)的控制方式根據(jù)鉛蓄電池脈沖魁岸素充電理論，可利用單片機(jī)的輸出脈沖控制半橋式變換器的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管VV2的通斷。單片機(jī)通過(guò)各種檢測(cè)電路在充電過(guò)程中對(duì)鉛蓄電池進(jìn)行檢測(cè)并做出相應(yīng)的控制處理。鉛蓄電池的充電溫度可以通過(guò)溫度傳感器測(cè)量，將測(cè)出的電壓量送至單片機(jī)的輸入口，充電電壓有兩個(gè)分壓電阻檢測(cè)。單片機(jī)通過(guò)檢測(cè)的蓄電池的充電溫度、充電電流、充電電壓等，再經(jīng)軟件處理計(jì)算后控制主電路處于不同的充電狀態(tài)：預(yù)充電、脈沖快速充電、補(bǔ)足充電和浮充電?！】傮w控制方案如8圖所示。43圖8 單片機(jī)總體控制方案 脈沖調(diào)制控制器SG2535的控制方式通過(guò)對(duì)電壓、溫度的檢測(cè)控制脈沖調(diào)制控制器SG2535的輸出脈沖寬度，以實(shí)現(xiàn)不同階段的充電、暫停和終止充電。本方案由脈沖調(diào)制控制器SG2535輸出的脈沖控制開(kāi)關(guān)管VV2的柵極，以達(dá)到控制充電狀態(tài)的目的。 總體方案設(shè)計(jì)基于鉛蓄電池的充電理論，充電器主電路采用半橋變換器高頻開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。而控制電路通過(guò)單片機(jī)控制。電網(wǎng)點(diǎn)先經(jīng)過(guò)各種保護(hù)環(huán)節(jié)，在通過(guò)EMI濾波器除去共模信號(hào)。橋式整流后，通過(guò)兩電容分壓，分壓后與兩開(kāi)關(guān)管VV2相聯(lián)。組成半橋式功率變換器，將正弦交流電壓變換成約高于充電電壓的脈沖電壓。在經(jīng)過(guò)半橋?yàn)V波和LC濾波電路使電壓達(dá)到一較穩(wěn)定值?？刂齐娐酚蓡纹瑱C(jī)AT89C51組成，電源由電網(wǎng)交流電經(jīng)過(guò)變壓器變壓、全橋整流、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓后提供。單片機(jī)通過(guò)檢測(cè)溫度傳感器的電壓信號(hào)，以軟件的方式控制輸出脈沖，從而控制開(kāi)關(guān)管的通斷。另外，通過(guò)檢測(cè)充電電壓和電流值，控制單片機(jī)輸出脈沖寬度，以進(jìn)入不同的充電階段。第四章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 充電器主電路設(shè)計(jì)a) 橋式整流由于單相半波整流只利用了電源電壓的半個(gè)周期，同時(shí)整流電壓的脈動(dòng)較大。為了克服這些缺點(diǎn)，這里采用全波整流電路——單相橋式整流電路。單相橋式整流電路由4個(gè)整流二極管接成電橋的形式構(gòu)成，如圖9所示。圖9橋式整流電路由電路圖10可知，無(wú)論電壓U2是在正半周還是負(fù)半周，負(fù)載上都有相同方式的電流流過(guò)。因此，在負(fù)載得到的是單相脈動(dòng)電壓和電流。忽略二極管導(dǎo)通時(shí)的正向壓降，則單相橋式整流電路的波形圖如下?！ ? 圖10 橋式整流電路的輸出波形單相半波整流電壓的平均值為：二極管截止時(shí)承受的最高反向電壓為U的最大值，即 UDRM =U2M ==220V=308V因此，所選用的整流二極管的最高工作電壓為1000V。b) 電容濾波電路電容濾波電路是在整流電路的直流輸出側(cè)與負(fù)載并聯(lián)電容器，利用電容的端電壓在電路狀態(tài)改變時(shí)不能突變的原理，使輸出電壓趨于平滑。電容濾波電路如圖11所示?！ D11電容濾波電路 本電路的輸出電壓在負(fù)載變化時(shí)波動(dòng)大，說(shuō)明它的帶負(fù)載能力差，只適合于負(fù)載較輕且變化不大的場(chǎng)合。電路簡(jiǎn)單，輸出電壓高，只是輸出電壓不穩(wěn)定。電容濾波是的輸出電壓平均值為：全波： U3 = (～)U1 = (～)220V = 264V () 半橋逆變電路半橋逆變電路由兩個(gè)導(dǎo)電臂構(gòu)成，每個(gè)導(dǎo)電臂由一個(gè)全控器件和一個(gè)反并聯(lián)二極管組成。電路圖如圖12所示。直流側(cè)接有兩個(gè)相互串聯(lián)切足夠大的電容器C1和C2，滿足C1=C2。圖12半橋逆變器電路在一個(gè)周期內(nèi)，開(kāi)關(guān)管VV2的基極信號(hào)各有半周正偏、半周反偏，且互補(bǔ)。設(shè)在t2時(shí)刻以前V1導(dǎo)通，V2截止，則U4=177。1/2U3。t2時(shí)刻V1截止，同時(shí)給V2發(fā)出導(dǎo)通信號(hào)，由于感性負(fù)載中的電流i不能立即改變方向，于是D2導(dǎo)通續(xù)流。U4=－1/2U3。t3時(shí)刻i0降至零，D2截止，V2導(dǎo)通，i0開(kāi)始反向增大。此時(shí)仍然有U4=－1/2U3。t4時(shí)刻V2截止，同時(shí)給V1發(fā)出導(dǎo)通信號(hào)，由于感性負(fù)載中的電流i0不能立即改變方向，于是D1先導(dǎo)通續(xù)流。此時(shí)仍然有U4=＋1/2U3。t5時(shí)刻i0降至零， V1導(dǎo)通。U4=＋1/2U3。由上分析可知，輸出電壓U4周期為TS矩形波，其幅值為1/2U3。當(dāng)V1或V2導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電流和電壓同方向，直流側(cè)向負(fù)載提供能量。而當(dāng)D1或D2導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電流和電壓反方向，負(fù)載中電感的能量向直流側(cè)反饋，即負(fù)載將起吸收的無(wú)功能量反饋回直流側(cè)，反饋的能量暫時(shí)存儲(chǔ)在直流側(cè)的電容中。該電容起緩沖這種無(wú)功能量的作用。半橋逆變電路輸出電壓波形如圖13所示?！ D13半橋逆變電路輸出電壓波形 開(kāi)關(guān)變壓器的設(shè)計(jì)計(jì)算開(kāi)關(guān)變壓器的磁化特性工作在第一、第三象限，它的磁通變化可以從－BM到＋BM，屬于對(duì)稱式工作變壓器。主變壓器施加電壓只有一半輸入電壓值1/2U4(＋132V)。開(kāi)關(guān)管的反向耐壓比較低。在兩功率管交替開(kāi)關(guān)作用下，變換器原邊可產(chǎn)生幅值280V的方波電壓。經(jīng)變壓
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