【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 恒流電源電路如圖所示 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 圖 22 恒流電源充電電路 恒流充電雖然具有較高的充電效率，能方便地根據(jù)充電時(shí)間來(lái)決 定充電是否停止，也可以改變被充蓄電池的數(shù)目，但在開(kāi)始時(shí)充電電流過(guò)小，而充電后期充電電流過(guò)大，不僅充電時(shí)間長(zhǎng)，而且耗氣量大，能量高，充電效率在 65%以下。恒流的電流在充電后期會(huì)電解水，產(chǎn)生氣體，是蓄電池內(nèi)部壓力上升，如不加控制極易是蓄電池因失水而干枯，最終將造成蓄電池容量急劇下降。如下圖 22 所示： 圖 23 閥控鉛酸蓄電池工作特性曲線 閥控鉛酸電池的充電特性曲線可以清楚的看到充電過(guò)程中蓄電池在不同時(shí)刻接受電流的能力是不一樣的。蓄電池每次使用 的放電深度、環(huán)境溫度及新舊程度均不一樣，若每次都用同樣的恒定電流和時(shí)間去充電，勢(shì)必造成蓄電池放生不可逆轉(zhuǎn)的損壞。因此，密封免維護(hù)蓄電池不宜采用恒流充電法。 恒壓充電法是充電電源的電壓在充電的整個(gè)過(guò)程中保持恒定不變。恒壓充電電路如圖所示。 圖 24恒壓充電電路 這種充電方法充電初期充電電流很大，隨著蓄電池端電壓的逐漸升高，充電電流逐漸減小，充電過(guò)程不必調(diào)整電流。這種方法在充電過(guò)程中析氣量也很小，充電時(shí)間短，能耗低，充電效率高，一般 8 小時(shí)即可充滿。 第二章 電動(dòng)自行車充電器發(fā)展與類型 7 在閥 控鉛酸蓄電池的充電特性曲線 V（圖 23）上 ,充電器的輸出電壓始終是在充電器設(shè)計(jì)人認(rèn)為蓄電池安全受電的最高允許電壓上，低于這個(gè)電壓，則蓄電池?zé)o法充滿，在充電過(guò)程中，單體蓄電池的充電電壓比蓄電池本身的實(shí)際電壓高；通過(guò)蓄電池的充電電流，則比蓄電池的最大安全接受電流大 10 倍以上。 浮充法是充電器以很小的充電電流（ C/30~C/20）對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，以確保蓄電池始終處于充滿電的狀態(tài)。浮充法廣泛用于蓄電池作為備用電源或應(yīng)急電源的電器設(shè)備中，是一種有備而無(wú)患的充電方式。浮充法電源的原理示意圖如圖 25 圖 25浮充法電源原理示意第三章 電動(dòng)車充電器的關(guān)鍵技術(shù) 9 第三章 電動(dòng)車充電器的關(guān)鍵技術(shù) 蓄電池及其應(yīng)用技術(shù) 蓄電池及其應(yīng)用水平始終是制約包括電動(dòng)自行車在內(nèi)的電動(dòng)車輛進(jìn)步的瓶頸。日前已達(dá)到實(shí)用程度的新型蓄電池性能比較見(jiàn)表一。 電動(dòng)車對(duì)蓄電池的主要要求是；高能量密度，使電動(dòng)車有較長(zhǎng)的一次充電續(xù)駛里程；高功率密度，賦予電動(dòng)車良好的起動(dòng)、加速、爬坡性能；長(zhǎng)壽命，可有效降低車輛的運(yùn)行成本。表格： 特性 鉛酸型電池 鎘鎳電池 氫鎳電池 鋰離子電池 比能量/ 35 55 60 120 能量密度/ 65 85 140 250 單元電壓 /V 放電曲線 平坦 平坦 平坦 平坦 循環(huán)壽命 /次 150~140 500~1000 500~1000 600~1000 月自放電率 /% 6 15 25 5 制造成本 /（美元 /kWh） 75150 100200 230500 120200 記憶效應(yīng) 有 有 無(wú) 無(wú) 環(huán)境保護(hù) 有污染 有污染 無(wú)污染 無(wú)污染 安全性 安全 安全 安全 潛在問(wèn)題 研制生 產(chǎn)情況 生產(chǎn)中 生產(chǎn)中 生產(chǎn)中 實(shí)驗(yàn)中 表 31 新型蓄電池性能比較表 密封鉛酸蓄電池的充電特性 電池充電通常要完成兩個(gè)任務(wù)，首先是盡可能快地使電池恢復(fù)額定容量，另一是使用小電流充電，補(bǔ)充電池因自放電而損失的能量，以維持電池的額定容量。在充電過(guò)程中，鉛酸電池負(fù)極板上的硫酸鉛逐漸析出鉛，正極板上的硫酸鉛逐漸生成二氧化鉛。當(dāng)正負(fù)極板上的硫酸鉛完全生成鉛和二氧化鉛后，電池開(kāi)始發(fā)生過(guò)充電反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣和氧氣。這樣，在非密封電池中，電解液中的水將逐漸減少。在密封鉛酸蓄電池中，采用中等充電速率時(shí)，氫氣 和氧氣能夠重新化合為水。 過(guò)充電開(kāi)始的時(shí)間與充電的速率有關(guān)。當(dāng)充電速率大于Ｃ／５時(shí)，電池容量恢復(fù)到額定容量的８０％以前，即開(kāi)始發(fā)生過(guò)充電反應(yīng)。只有充電速率小于Ｃ／１００，才能使電池在容量恢復(fù)到１００％后，出現(xiàn)過(guò)充電反應(yīng)。為了使電淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 池容量恢復(fù)到１００％，必須允許一定的過(guò)充電反應(yīng)。過(guò)充電反應(yīng)發(fā)生后，單格電池的電壓迅速上升，達(dá)到一定數(shù)值后，上升速率減小，然后電池電壓開(kāi)始緩慢下降。由此可知，電池充足電后，維持電容容量的最佳方法就是在電池組兩端加入恒定的電壓。浮充電壓下，充入的電流應(yīng)能補(bǔ)充電池因自放電而 失去的能量。浮充電壓不能過(guò)高，以免因嚴(yán)重的過(guò)充電而縮短電池壽命。采用適當(dāng)?shù)母〕潆妷?，密封鉛酸蓄電池的壽命可達(dá)１０年以上。實(shí)踐證明，實(shí)際的浮充電壓與規(guī)定的浮充電壓相差５％時(shí)，免維護(hù)蓄電池的壽命將縮短一半。 鉛酸電池的電壓具有負(fù)溫度系數(shù)，其單格值為－４ｍＶ／ ℃ 。在環(huán)境溫度為２５ ℃ 時(shí)工作很理想的普通（無(wú)溫度補(bǔ)償）充電器，當(dāng)環(huán)境溫度降到０ ℃ 時(shí)，電池就不能充足電，當(dāng)環(huán)境溫度上升到５０ ℃ 時(shí)，電池將因嚴(yán)重的過(guò)充電而縮短壽命。因此，為了保證在很寬的溫度范圍內(nèi)，都能使電池剛好充足電，充電器的各種轉(zhuǎn)換電壓必須隨電池 電壓的溫度系數(shù)而變。 常見(jiàn)的幾種充電模式為：１． 限流恒壓充電模式，其充電曲線和轉(zhuǎn)換電壓如圖１所示。２． 兩階段恒流充電模式，其充電曲線和轉(zhuǎn)換電壓如圖２所示。３． 恒流脈沖充電模式，其充電曲線和轉(zhuǎn)換電壓如圖３所示。此三種充電模式均為業(yè)界推薦采用，其各階段充電電流間的轉(zhuǎn)換，都分別受有溫度補(bǔ)償?shù)霓D(zhuǎn)換電壓Ｖｍｉｎ（快充最低允許電壓）、Ｖｂｉｋ（快充終止電壓）和Ｖｆｌｔ（浮充電壓）控制。國(guó)外已開(kāi)發(fā)出多款具有上述功能的專用充電集成電路，如ＵＣ３９０６，ｂｑ２０３１等。第四章 充電器硬件電路設(shè)計(jì) 11 第四章 充電器硬件電路設(shè)計(jì) 電動(dòng)自 行車充電器的設(shè)計(jì)方案可謂是多種多樣，本次設(shè)計(jì)主要以模擬器件為核心器件設(shè)計(jì)并制作了充電電源及控制電路。本次設(shè)計(jì)主要分為四個(gè)模塊，即電源電路、振蕩電路、電壓保護(hù)電路及燈光指示電路。通過(guò)這幾部分的整合，從而實(shí)現(xiàn)充電器的功能。下面將具體介紹這四大模塊的電路設(shè)計(jì)。 電源電路的設(shè)計(jì) 圖 41 電源電路 由圖 41 可知，電源電路是由橋式整流及濾波電路組成。整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流電。完成這一任務(wù)主要是靠二極管的單向?qū)щ娮饔?，因此二極管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件。該電路是將市電 220V 由 JP1 輸入，經(jīng) D1D4橋式整流變成脈動(dòng)直流，再經(jīng) E1 濾波將脈動(dòng)直流轉(zhuǎn)換成約 311V 的直流電壓。 單相整流電路 (1) 單相橋式整流電路 1) 工作原理 單相橋式整流電路是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路，如圖 42（ a）所示。 在分析整流電路工作原理時(shí)，整流電路中的二極管是作為開(kāi)關(guān)運(yùn)用，具有單向?qū)щ娦?。根?jù)圖 42（ a）的電路圖可知： 當(dāng)正半周時(shí)，二極管 D D3 導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。 當(dāng)負(fù)半周時(shí)，二極管 D D4 導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。 在負(fù)載電阻上正、負(fù)半周經(jīng)過(guò)合成，得到的是 同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。單相橋式整流電路的波形圖見(jiàn)圖 42（ b）。 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 （ a）橋式整流電路 （ b）波形圖 圖 42單相橋式整流電路 2) 單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線 單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線是指輸出電壓與負(fù)載電流之間 的關(guān)系 該曲線如圖 43 所示，曲線的斜率代表了整流電路的內(nèi)阻。 圖 43單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線 (3) 單相半波整流電路 單相整流電路除橋式整流電路外還有有單相半波和單相全波兩種形式。單相半波整流電路如圖 44(a)所示，波形圖如圖 44(b)所示。 根據(jù)圖 44 可知，輸出電壓在一個(gè)工頻周期內(nèi)，只是正半周導(dǎo)電，在負(fù)載上得到的是半個(gè)正弦波。 第四章 充電器硬件電路設(shè)計(jì) 13 (a)電路圖 (b)波形圖 圖 44 單相半波整流電路 (3) 單相全波整流電路 單相全波整流電路如圖 45(a)所示，波形圖如圖 45(b)所示。 (a)電路圖 (b)波形圖 圖 45單相全波整流電路 單相全波整流電路的脈動(dòng)系數(shù) S 與單相橋式整流電路相同。 通過(guò)對(duì)比可知， 單相橋式整流電路的變壓器中只有交流電流流過(guò)，而半波和全波整流電路中均有直流分量流過(guò)。所以單相橋式整流電路的變壓器效率較高，單相橋式整流電路的總體性能優(yōu)于單相半波和全波整流電路，故廣泛應(yīng)用于直流電源之中。因此，設(shè)計(jì)中采用單向橋式整流電路對(duì) 220V 交流電壓進(jìn)行整流，從而得到 311V 左右的脈動(dòng)直流。 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 14 濾波電路 整流電路輸出的直流電壓脈動(dòng)大，僅適用于對(duì)直流電壓要求不高的場(chǎng)合，如電鍍、電解等設(shè)備。而在有些設(shè)備中，如電子儀、自動(dòng)控 制裝備等，則要求直流電壓非常穩(wěn)定。為了獲得平滑的直流電壓，可采用濾波電路。