實(shí)時(shí)監(jiān)控型智能蓄電池充放控制電路【畢業(yè)設(shè)計(jì)+開(kāi)題報(bào)告+文獻(xiàn)綜述】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</p><p><b>　　（二零 屆）</b></p><p>　　實(shí)時(shí)監(jiān)控型智能蓄電池充放控制電路</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān)業(yè)班級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化 </p&g

2、t;<p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱(chēng) </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　

3、隨著能源的緊缺和大氣污染的日益加劇，電動(dòng)車(chē)作為新型的交通工具,關(guān)于它的研究也日益受到重視，從我國(guó)國(guó)情和人們的消費(fèi)水平出發(fā),電動(dòng)車(chē)亦具有廣闊的發(fā)展前景。而作為電動(dòng)車(chē)核心部件的電池及其充電器，其性能的好壞，直接影響電動(dòng)車(chē)的整體的質(zhì)量狀況。因此，性能良好的智能充電器，會(huì)帶來(lái)更顯著的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益。</p><p>　　針對(duì)電動(dòng)車(chē)充電技術(shù)的要求，為了使電動(dòng)車(chē)充電器獲得良好的性能指標(biāo)，必須配以最佳的充電模式。理論

4、和實(shí)踐表明，涓流充電、大電流充電、過(guò)充電和浮充電組合起來(lái)的充電方式，可達(dá)到最佳的效果。而基于單片機(jī)控制的智能充電器，電路簡(jiǎn)單可靠，參數(shù)調(diào)整方便，具有充電時(shí)間短、能耗低、使用故障低等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)環(huán)保、節(jié)能型電動(dòng)車(chē)和充電器的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)具有重要的意義。</p><p>　　關(guān)鍵詞：鉛酸電池,DC-DC,單片機(jī) </p><p>　　Design of intelligent charger base

5、d on Single-chip microprocessor</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　As the situation of the lack of energy and environment pollution deteriorates rapidly，electric vehicle，a new type of

6、 traffic tool, is being researched worldwide. According to the situation of our nation and people's consumption level, the research and development of electric vehicle would have a bright future. As the core componen

7、ts of electric vehicle, the battery and charger’s performance plays an important role in the quality of electric vehicle. Therefore, research on intelligent charger in </p><p>　　In order to obtain the good p

8、erformance, we should find the best charging pattern for the demands of charging technique. Theory and practice show that, the charging pattern, which is composed of trickle current charging, bulk current charging, over

9、charging and float charging,is the best approach now. But the intelligent charger based on Single-drip microprocessor has a lot of advantages, the circuit topology is simple and reliable, the parameters are easily to be

10、adjusted, and the performances </p><p>　　Keywords: Lead-acid batteries, DC-DC, MCU</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractI

11、I</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1課題的背景1</p><p>　　1.2課題的意義2</p><p>　　1.3鉛酸蓄電池充電器技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3.1 鉛酸電池的研究現(xiàn)狀2</p><p>

12、;　　1.3.2 鉛酸電池充電器的研究現(xiàn)狀3</p><p>　　1.4課題研究的主要內(nèi)容3</p><p>　　2整體方案的設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1充電方案的系統(tǒng)設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.2智能充電器的主要參數(shù)5</p><p>　　3智能充電器硬件電路的設(shè)計(jì)7</p>&l

13、t;p>　　3.1智能充電器原理7</p><p>　　3.2 AC-DC變換7</p><p>　　3.3 DC-DC主電路9</p><p>　　3.4檢測(cè)控制電路11</p><p>　　3.4.1 檢測(cè)電路11</p><p>　　3.4.2 單片機(jī)11</p><p>

14、;　　3.4.3 驅(qū)動(dòng)電路15</p><p>　　3.4.3 電流、電壓采樣電路16</p><p><b>　　3.5總電路18</b></p><p>　　4智能充電器軟件的設(shè)計(jì)21</p><p><b>　　結(jié)論23</b></p><p><b&g

15、t;　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p>　　致謝錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p><b>　　附錄25</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1課題的背景</b></p><p>

16、　　根據(jù)相關(guān)部門(mén)的統(tǒng)計(jì)顯示，目前大氣污染的40%來(lái)自于交通運(yùn)輸。隨著人們生活質(zhì)量的提高，人們對(duì)于汽車(chē)需求量也伴隨著提高，汽車(chē)尾氣對(duì)環(huán)境的污染比例也會(huì)相應(yīng)提高。截止到2010年汽車(chē)排放的尾氣所造成的大氣污染約占到65%,這嚴(yán)重影響和破壞人們賴(lài)以生存的生態(tài)環(huán)境。隨著能源的日益緊缺和大氣污染的嚴(yán)重加劇，目前世界上最有發(fā)展前景的解決方案是電動(dòng)車(chē)。開(kāi)發(fā)安全、實(shí)用、節(jié)能的、環(huán)保的電動(dòng)車(chē)，已經(jīng)變成了各國(guó)的迫切任務(wù)。在中國(guó)伴隨著人們對(duì)汽車(chē)需求量的增加，

17、現(xiàn)在我國(guó)已成為全球第二大汽車(chē)消費(fèi)國(guó)。在今后的十年里中國(guó)對(duì)于汽車(chē)的需求量將逐步升高，我國(guó)即將變成全球第一大汽車(chē)市場(chǎng)。我國(guó)早已把電動(dòng)車(chē)的研究開(kāi)發(fā)項(xiàng)目列為“十五”期間國(guó)家“863”計(jì)劃中的重大項(xiàng)目之一。電動(dòng)車(chē)作為目前唯一能達(dá)到零排放的機(jī)動(dòng)車(chē)，因?yàn)樗h(huán)保的要求，價(jià)值新材料和新技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)車(chē)進(jìn)入了發(fā)展高潮。</p><p>　　電動(dòng)車(chē)作為綠色的交通工具，將在二十一世紀(jì)給人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)顯著的變化。電動(dòng)車(chē)節(jié)約能源、無(wú)尾氣排放

18、、無(wú)噪音，大大緩解了機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣對(duì)大氣的污染，是目前解決能源和環(huán)境問(wèn)題的主要途徑。而且電動(dòng)車(chē)的充電可以利用夜晚用電低谷時(shí)間來(lái)完成，這可也將大大緩解供電、用電矛盾中對(duì)電力儲(chǔ)備能力的要求。因而隨著技術(shù)水平的進(jìn)步，電動(dòng)車(chē)具有廣闊的發(fā)展前景。</p><p>　　目前電動(dòng)車(chē)想要取代燃油發(fā)動(dòng)機(jī)車(chē)，得到很快的發(fā)展，必須克服以下幾個(gè)技術(shù)難點(diǎn)： </p><p><b>　?。?）動(dòng)力電池技術(shù)&l

19、t;/b></p><p>　?。?）電機(jī)技術(shù)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制與集成技術(shù)</p><p>　?。?）電池監(jiān)控與管理系統(tǒng)技術(shù)</p><p><b>　?。?）充電系統(tǒng)技術(shù)</b></p><p>　?。?）電動(dòng)車(chē)整車(chē)布置與匹配技術(shù)</p><p>　　以上關(guān)鍵技術(shù)中，電機(jī)和控制器的技術(shù)自90年

20、代以來(lái)電機(jī)及其控制技術(shù)、電力電子技術(shù)都不斷的發(fā)展和提高，相對(duì)而言的是性能較為穩(wěn)定的零部件；而電動(dòng)車(chē)電池和充電器兩大關(guān)鍵部件的理論和技術(shù)問(wèn)題未能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，沒(méi)有重大的突破。成為制約未來(lái)電動(dòng)車(chē)快速發(fā)展的瓶頸。</p><p><b>　　1.2課題的意義</b></p><p>　　電動(dòng)車(chē)的開(kāi)發(fā)在全球范圍內(nèi)至今還不能深入展開(kāi)，其中，最重要也是最困難的一個(gè)問(wèn)題是“充電”

21、，主要是指充電模式和參數(shù)。在中國(guó)，電動(dòng)車(chē)的大力發(fā)展已經(jīng)是迫在眉睫的事情，因而充電器及其充電技術(shù)處于十分關(guān)鍵的位置。一個(gè)性能優(yōu)良的充電器要解決一系列理論問(wèn)題，例如，要防止或減少極化效應(yīng)；防止出現(xiàn)熱失控；防止或減少失水效應(yīng)；防止充電所形成的不可逆鹽化等等。目前由于傳統(tǒng)充電器充電速度慢，充電時(shí)間長(zhǎng)，充電有效容量低，循環(huán)壽命短，對(duì)電池易損傷，快速充電技術(shù)至今未能解決，因而造成電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)行里程短，電池維護(hù)困難，更換頻率高等一系列問(wèn)題，這成為了制約電

22、動(dòng)車(chē)發(fā)展的瓶頸。電動(dòng)車(chē)動(dòng)力電池與一般電池不同，它以使用中電流持續(xù)放電為主，間或以大電流放電，用以啟動(dòng)、加速或者爬坡。因此，對(duì)電動(dòng)車(chē)動(dòng)力電池的快速充電也提出了不同于一般電池的要求。本課題就是針對(duì)電動(dòng)車(chē)常用的鉛酸電池的特點(diǎn)，以單片機(jī)作為控制芯片，設(shè)計(jì)一款基于單片機(jī)控制的智能充電器，以達(dá)到最佳的充電效果，是智能充電器具有良好的性能指標(biāo)，電路簡(jiǎn)單可靠。因此對(duì)環(huán)保、節(jié)能型電動(dòng)車(chē)和充電器的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)具有重要的意義。</p><p

23、>　　1.3鉛酸蓄電池充電器技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　1.3.1 鉛酸電池的研究現(xiàn)狀</p><p>　　鉛酸電池誕生于1860年, 目前正在開(kāi)發(fā)的電動(dòng)汽車(chē)用先進(jìn)鉛酸蓄電池主要有以下幾種:1)水平密封鉛酸電池, 美國(guó)Electrosour公司開(kāi)發(fā)的。2) 雙極型密封鉛酸電池, 美國(guó)PLrias ReSearch As2sociates公司與加州噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)。3)

24、卷式電極鉛酸電池, 瑞典OPTIMA 公司和美國(guó)EXIDE分別研制。近年來(lái), 鉛酸蓄電池的性能參數(shù)大大提高: 容量可1 Ah ～20 KAh, 質(zhì)量比能量30 ～45Wh /kg, 體積比能量80Wh /L, 循環(huán)使用壽命約為250～1600次, 無(wú)記憶效應(yīng)。鉛酸蓄電池作為車(chē)載動(dòng)力, 占有主要的市場(chǎng)。目前全球密封鉛酸動(dòng)力蓄電池的年銷(xiāo)售額大約在110億美元, 其中美國(guó)、日本、 西歐等發(fā)達(dá)國(guó)家密封鉛酸動(dòng)力蓄電池的比例超出傳統(tǒng)的富液式鉛酸蓄電

25、池, 而發(fā)展中國(guó)家正好相反。并且, 鉛酸蓄電池主要用于輕度混合的HEV, 電池電壓為36 V, 容量為50～60 /Ah。在中混合和全混合方面, ALABC 組織了澳大利亞CSIRO、美國(guó)Hawker公司對(duì)VRLA 動(dòng)力電池進(jìn)行了幾年的攻關(guān), 提出了解決方案, 并在豐田Prius、本田Insi</p><p>　　今后鉛酸蓄電池應(yīng)由少維護(hù)向免維護(hù)方向發(fā)展, 向提高產(chǎn)品的綜合性能、綠色環(huán)保方向發(fā)展,特別是提高密封鉛

26、酸蓄電池的可靠性, 使其成為新型12V和36V實(shí)用化汽車(chē)動(dòng)力電池。未來(lái)市場(chǎng)應(yīng)對(duì)鉛酸蓄電池的要求是高起動(dòng)能力、大容量、高功率、免維護(hù)、長(zhǎng)壽命、耐高溫、高電壓等系統(tǒng)。在某種程度上, 鉛酸電池時(shí)代可以稱(chēng)得上是電動(dòng)汽車(chē)用電源的起步和過(guò)渡階段。在2008年, 國(guó)內(nèi)鉛酸電池廠商多年來(lái)憑借價(jià)格和渠道優(yōu)勢(shì), 市場(chǎng)已經(jīng)有了不錯(cuò)的業(yè)績(jī), 但是它們并不會(huì)安于現(xiàn)狀, 在加大研發(fā)力量的基礎(chǔ)上, 逐步走向高附加值市場(chǎng)。數(shù)據(jù)爆炸所帶來(lái)的對(duì)數(shù)據(jù)中心設(shè)備以及對(duì)供電系統(tǒng)的

27、壓力都是今后鉛酸電池發(fā)展中需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題,鉛酸電池技術(shù)也會(huì)更多的向節(jié)能、綠色的方向發(fā)展。</p><p>　　1.3.2 鉛酸電池充電器的研究現(xiàn)狀 </p><p>　　隨著蓄電池電動(dòng)車(chē)的迅猛發(fā)展，對(duì)充電器的要求越來(lái)越高，從開(kāi)始的單純充電，到目前的延長(zhǎng)蓄電池壽命，減少能源消耗，充電器的功能已發(fā)生了質(zhì)的飛越。現(xiàn)在國(guó)外已研制成功只要用一小時(shí)就可充滿(mǎn)蓄電池的大功率充電器，在體積上也越來(lái)越小，

28、現(xiàn)在最小的大功率充電器只有一只書(shū)包大小。開(kāi)關(guān)電源在我國(guó)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(lái)得到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注，特別在通信、電力領(lǐng)域中，已經(jīng)得到了普遍的發(fā)展與使用。但相對(duì)于控制電源來(lái)說(shuō)，他的價(jià)格較高，而且功率器件的發(fā)熱量也較高，所以，在電力系統(tǒng)中的大功率場(chǎng)合，相控的充電器仍然占有較大比重。</p><p>　　而國(guó)外市場(chǎng)大部分充電器均采用Wa，WaWo，U&U等充電

29、曲線方式，充電方式更科學(xué)、合理，從而大大提高了蓄電池的使用壽命，大大降低了使用和維護(hù)成本，簡(jiǎn)化了充電過(guò)程，解放了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，市場(chǎng)前景廣闊。</p><p>　　近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外人士正致力于充電器的智能化研究，智能化程度較高的充電器解決了動(dòng)態(tài)跟蹤電池可接受充電電流曲線的技術(shù)關(guān)鍵，是充電電流始終與可接受充電電流保持良好的匹配關(guān)系，是充電過(guò)程始終在最佳狀態(tài)下進(jìn)行，比常規(guī)充電模式可節(jié)約電能30%-50%左右，提高了

30、充電質(zhì)量和效率，充電擔(dān)任輔助性工作，為充電技術(shù)和充電設(shè)備的智能化發(fā)展開(kāi)辟了一條新路。 </p><p>　　1.4課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　自動(dòng)檢測(cè)鉛酸蓄電池的電量水平，以自主決定是否采取充電行動(dòng)以及充電的模式，并在充電完成后能自主終止充電過(guò)程。同時(shí)要求電路能夠?qū)Τ?、放電過(guò)程中的蓄電池做出檢測(cè)，依據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)充放電過(guò)程進(jìn)行干預(yù)，以保證鉛酸蓄電池有較長(zhǎng)的工作壽命。</p&

31、gt;<p><b>　　設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容有：</b></p><p><b>　　1.主電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.充放電控制單元設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.控制單元設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.控制單元軟件設(shè)計(jì)</p>

32、<p><b>　　2整體方案的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1充電方案的系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　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)程分為了恒流充電、恒壓充電兩個(gè)階段。</p><p><b>　　恒流充電</b></p><p&

33、gt;　　恒流充電階段充電器以恒電流對(duì)蓄電池快速充電，隨著蓄電池存儲(chǔ)能量的升高，充電電流減小，被充電控制電路檢測(cè)到電流低于一定值時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)入恒壓充電階段。</p><p><b>　　恒壓充電</b></p><p>　　在這種模式下充電器以恒定的電壓繼續(xù)為蓄電池補(bǔ)充能量，電壓上升的幅度比較小并且速度放慢，直到電壓穩(wěn)定，充電結(jié)束。</p><p>

34、;　　二段式充電比器單一的恒壓或恒流充電，大大縮短了充電時(shí)間，更又益于延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。</p><p>　　2.2智能充電器的主要參數(shù)</p><p>　　以密封鉛酸蓄電池為例，對(duì)于單體電池：Voc=2.5V （Voc為充滿(mǎn)電的電壓峰值）</p><p>　　表3-1 智能充電器主要參數(shù)</p><p>　　Vf=10.2V （Vf為

35、開(kāi)始進(jìn)入恒壓充電電池端電壓）</p><p>　　3智能充電器硬件電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1智能充電器原理</p><p>　　智能充電器電路主要包括AC-DC轉(zhuǎn)換電路、DC-DC整流電路、采樣電路和單片機(jī)。根據(jù)題目的要求，由市電送來(lái)的220V交流電經(jīng)整流、濾波后，經(jīng)DC-DC整流送給蓄電池進(jìn)行充電。系統(tǒng)可以分為控制部分和檢測(cè)部分。控制部分則包括單片機(jī)、

36、驅(qū)動(dòng)電路兩個(gè)個(gè)基本部分。檢測(cè)部分由電流檢測(cè)及電壓檢測(cè)組成，其中電流檢測(cè)用以檢測(cè)蓄電池充電時(shí)的充電電流，電壓檢測(cè)用于檢測(cè)蓄電池充電時(shí)蓄電池的實(shí)時(shí)電壓。這兩個(gè)實(shí)時(shí)信號(hào)反饋給單片機(jī)，由單片機(jī)判斷后，控制PWM波形的占空比。從而控制充電電壓和電流的大小。當(dāng)蓄電池的電壓達(dá)到額定值后，說(shuō)明蓄電池已經(jīng)充滿(mǎn)電，單片機(jī)控制開(kāi)關(guān)，斷開(kāi)電源，停止充電。本文主要設(shè)計(jì)的是DC/DC整流與采樣電路這兩塊。其結(jié)構(gòu)圖如圖3-1</p><p>

37、　　3.2 AC-DC變換</p><p>　　AC-DC變換部分由變壓器、橋式整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成。</p><p>　　圖3-2 直流電源電路</p><p>　　AC-DC變換部分工作原理:交流220V的市電經(jīng)變壓器T1降壓、橋式整流電路D1進(jìn)行整流，然后通過(guò)C1濾波，所得到的電壓提供給穩(wěn)壓器LM7805。LM7805三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后的輸出為DC-

38、DC整流電路提供的工作電源。</p><p>　　圖3-3 LM7805內(nèi)部框圖</p><p>　　LM7805是固定輸出正電壓的串聯(lián)型三端集成穩(wěn)壓器，它把調(diào)整管、穩(wěn)壓管、比較放大器和多種保護(hù)電路集成到一塊芯片上，具有體積小、可靠性高、使用簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。特別是集成穩(wěn)壓器內(nèi)部具有多種保護(hù)功能，包括過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)等。性能穩(wěn)定，無(wú)需外部元件，具有輸出晶體管安全范圍保護(hù)。其參數(shù)如表3

39、-2</p><p>　　表3-2 LM7805電參數(shù)表</p><p>　　3.3 DC-DC主電路</p><p>　　如圖3-4 DC-DC主電路主要由BUCK型電路構(gòu)成。</p><p>　　圖3-4 BUCK型電路</p><p><b>　　1.BUCK型電路</b></p>

40、;<p>　　BUCK型電路包括NPN晶體管驅(qū)動(dòng)的P溝道MOSFET開(kāi)關(guān)管，開(kāi)關(guān)管與電感、二極管和電容組成。</p><p>　?。╝） (b)</p><p>　　圖3-5 BUCK變換器開(kāi)關(guān)原理電路</p><p>　　當(dāng)開(kāi)關(guān)管接通時(shí)如圖a（開(kāi)關(guān)管用開(kāi)關(guān)S表示），電流流動(dòng)方向不經(jīng)

41、過(guò)二極管D順時(shí)針流，電容通過(guò)電感被充電(電感也吸收了能量)。當(dāng)開(kāi)關(guān)管打開(kāi)時(shí)，如圖b，電感試圖保持電流，從而導(dǎo)致電流流過(guò)二極管、電感和電容，這是一個(gè)BUCK變換器的工作周期。如果減少占空比，開(kāi)通時(shí)間減少，斷開(kāi)時(shí)間增加，則輸出電壓也將下降。反之輸出電壓增加。在占空比為50%時(shí)，BUCK型電路的效率最高。</p><p>　　2.IRF630結(jié)構(gòu)特點(diǎn)</p><p>　　開(kāi)關(guān)電源是電路中比較容易

42、發(fā)生故障的部分，因此對(duì)于開(kāi)關(guān)管的選擇要十分謹(jǐn)慎。本電路所選用型號(hào)為IRF630的高頻率開(kāi)關(guān)管，其允許最大電流為9A，耐壓為200V，導(dǎo)通后的電阻只有0.4歐，線性轉(zhuǎn)換特性好。該開(kāi)關(guān)管是專(zhuān)用的開(kāi)關(guān)管，能很好的防止二次擊穿。其電氣特性如表3-3</p><p>　　表3-3 IFR630型MOSFET電氣特性</p><p><b>　　3.4檢測(cè)控制電路</b><

43、/p><p>　　3.4.1 檢測(cè)電路</p><p>　　如圖3-6所示本電路主要包括單片機(jī)，檢測(cè)電路和驅(qū)動(dòng)電路。其中檢測(cè)電路由電流檢測(cè)及電壓檢測(cè)組成，電流檢測(cè)電路用以檢測(cè)蓄電池充電時(shí)的充電電流，電壓檢測(cè)電路用于檢測(cè)蓄電池充電時(shí)蓄電池的實(shí)時(shí)電壓。檢測(cè)得到的實(shí)時(shí)信息反饋給單片機(jī)，由單片機(jī)判斷后，控制PWM波形的占空比。驅(qū)動(dòng)電路控制充電電壓和電流的大小。</p><p>

44、　　圖3-6檢測(cè)控制電路</p><p><b>　　3.4.2 單片機(jī)</b></p><p>　　1.單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)</p><p>　　圖3-7ATmega16管腳排列圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用的是ATmega16單片機(jī)，ATmega16是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其

45、先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega16的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。</p><p>　　AVR內(nèi)核具有豐富的指令集和32個(gè)通用工作寄存器。所有的寄存器都道接與算邏單元(ALU)相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問(wèn)兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的數(shù)據(jù)吞吐率。ATmega16

46、有如下特點(diǎn):16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有同時(shí)讀寫(xiě)的能力，即RWW) ,512字節(jié)EEPROM ,1 K字節(jié)SRAM , 32個(gè)通用I/O口線，32個(gè)通用工作寄存器，用于邊界掃描的JTAG接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(T/C)，片內(nèi)/外中斷，可編程串行USART，有起始條件檢測(cè)器的通用串行接口，8路10位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益(TOFP封裝)的 ADC，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)

47、器，一個(gè)SPI串行端口，以及六個(gè)可以通過(guò)軟件進(jìn)行選擇的省電模式。工作于空閑模式時(shí)CPU停止工作，而USART、兩線接口、A/D轉(zhuǎn)換器、SRAM, T/C, SPI端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作;掉電模式時(shí)晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作;在省電模式下，異步定時(shí)器繼續(xù)運(yùn)行，允許用</p><p>　　本芯片是以Atmel高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)生產(chǎn)的。片內(nèi)ISP Flash允許程序存儲(chǔ)器通

48、過(guò)ISP串行接口，或者通用編程器進(jìn)行編程，也可以通過(guò)運(yùn)行于八VR內(nèi)核之中的引導(dǎo)程序進(jìn)行編程。弓}導(dǎo)程序可以使用任意接口將應(yīng)用程序下載到應(yīng)用Flash存儲(chǔ)區(qū)((ApplicationFlash Memory)。在更新應(yīng)用Flash存儲(chǔ)區(qū)時(shí)引導(dǎo)Flash區(qū)(Boot Flash Memory)的程序繼續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了RWW操作。通過(guò)將8位RISC CPU與系統(tǒng)內(nèi)可編程的Flash集成在一個(gè)芯片內(nèi)，ATmega16成為一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)，為許

49、多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的解決方案。</p><p>　　圖3-8 ATmega16結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　2.模數(shù)轉(zhuǎn)換器</b></p><p>　　ATmega16有一個(gè)10位的逐次逼近型ADC。ADC與一個(gè)8通道的模擬多路復(fù)用器連接，能對(duì)來(lái)自端口A的8路單端輸入電壓進(jìn)行采樣。單端電壓輸入以O(shè)V (GND)為基準(zhǔn)。器

50、件還支持16路差分電壓輸入組合。兩路差分輸入(ADC1, ADCO與ADC3, ADC2)有可編程增益級(jí)，在A/D轉(zhuǎn)換前給差分輸入電壓提供OdB(1x), 20dB(10x)或46dB(200x)的放大級(jí)。七路差分模擬輸入通道共享一個(gè)通用負(fù)端(ADC1)，而其他任何ADC輸入可做為正輸入端。如果使用1x或10x增益，可得到8位分辨率。如果使用200x增益，可得到7位分辨率。ADC包括一個(gè)采樣保持電路，以確保在轉(zhuǎn)換過(guò)程中輸入到ADC

51、的電壓保持恒定。ADC由AVCC引腳單獨(dú)提供電源。AVCC與Vcc之間的偏差不能超過(guò)正負(fù)0.3V。標(biāo)稱(chēng)值為2.56V的基準(zhǔn)電壓，以及AVCC，都位于器件之內(nèi)?；鶞?zhǔn)電壓可以通過(guò)在AREF引腳上加一個(gè)電容進(jìn)行解藕，以更好地抑制噪聲。</p><p>　　它的工作原理是：系統(tǒng)上電后，檢測(cè)電路檢測(cè)電源正常、充電器正常工作后，由單片機(jī)的電壓檢測(cè)取樣電路將電池端電壓的大小反饋回系統(tǒng)內(nèi)部，由單片機(jī)分析后判斷應(yīng)采用哪種充電狀態(tài)，

52、PWM脈寬調(diào)制作為占空比調(diào)節(jié)輸出電流，來(lái)控制恒流流充電和恒壓充電兩個(gè)狀態(tài)的充電過(guò)程。</p><p>　　圖3-9 模數(shù)轉(zhuǎn)化器框圖</p><p>　　3.4.3 驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　驅(qū)動(dòng)電路如圖3-10所示</p><p>　　圖3-10 驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　蓄電池的充電電流是由PWM脈寬調(diào)制電路

53、(單片機(jī)內(nèi)核集成)的輸出調(diào)節(jié)的。采樣電路檢測(cè)到的電流和電壓信號(hào)給單片機(jī)，單片機(jī)分析判斷后，調(diào)接PWM占空比，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)控制，以實(shí)現(xiàn)恒流、恒壓充電。當(dāng)充電電流與給定值之間存在誤差時(shí)，可通過(guò)改變微調(diào)電位器RP來(lái)調(diào)節(jié)該電源的輸出電流，以獲得所需要的充電電流。通用型三極管A1015是激勵(lì)放大管，利用它將PWM輸出信號(hào)進(jìn)行電壓放大，給功率放大輸出級(jí)以足夠的驅(qū)動(dòng)電壓。</p><p>　　表3-4 A1015主要參數(shù)&

54、lt;/p><p>　　目前廣泛采用的開(kāi)關(guān)電源供電方式是，由PWM控制器提供脈寬調(diào)制，并發(fā)出脈沖信號(hào)，使MOSFET管導(dǎo)通。同時(shí)扼流線圈作為儲(chǔ)能電感使用并與相接的電容構(gòu)成LC濾波電路。PWM芯片由內(nèi)部和外部線路組成，當(dāng)脈寬調(diào)制要做周期循環(huán)時(shí)由它來(lái)決定這個(gè)頻率的快慢，當(dāng)一個(gè)信號(hào)要發(fā)送到每一個(gè)MOSFET用以接通這些MOSFET時(shí)它就可以直接控制進(jìn)行速度調(diào)節(jié)。本設(shè)計(jì)中由于單片機(jī)內(nèi)核中集成了PWM驅(qū)動(dòng)單元，它能向系統(tǒng)提供更

55、為準(zhǔn)確的數(shù)字電壓。</p><p>　　3.4.3 電流、電壓采樣電路</p><p>　　電流采樣電路如圖3-11</p><p>　　圖3-11電流采樣電路</p><p>　　RA0是用于充電時(shí)的采樣電流輸入，該電路設(shè)置了過(guò)流保護(hù)功能，能達(dá)到恒流充電的目的。其中電流取樣放大電路，是把取樣后的電流以電壓形式送回到PWM比較器中去比較，從而

56、決定輸出的占空比。充電電流通過(guò)采用電流轉(zhuǎn)換比為1:1000的霍爾傳感器(LA55-P/SP50)獲得。為了提高測(cè)量精度，取樣得到的電壓通過(guò)集成運(yùn)算放大器LM324放大，然后再回饋到PIC中。</p><p>　　霍爾傳感器的工作原理，是流過(guò)霍爾傳感器中半導(dǎo)體晶片的電流會(huì)在磁場(chǎng)作用下轉(zhuǎn)化成晶片兩端的電壓，霍爾傳感器輸出電壓信號(hào)隨流過(guò)晶片電流的大小變化，流過(guò)晶片電流越大電壓越高。電路中電壓被傳送給高頻變壓器，轉(zhuǎn)化成脈

57、動(dòng)直流電壓，該脈動(dòng)電壓變化規(guī)律與蓄電池的充電電流變化的絕對(duì)值相同。接下來(lái)，通過(guò)LM324構(gòu)成比較器進(jìn)行最大值檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果給單片機(jī)作為控制依據(jù)。</p><p>　　表3-5 LA55-P/SP50電參數(shù)</p><p>　　要獲得更高的電壓，只需加上分壓電阻，使被測(cè)電壓限制在單片機(jī)0-5V范圍內(nèi)即可。</p><p>　　電壓采樣如圖3-12</p>

58、<p>　　圖3-12電壓采樣電路</p><p>　　RA1是檢測(cè)充電時(shí)電池的端電壓的輸入端。當(dāng)沒(méi)有接入電池時(shí)，MOSFET沒(méi)有電流輸出，充電器不工作。當(dāng)有電池接入時(shí)，檢測(cè)到電池兩端電壓，充電器開(kāi)始充電。當(dāng)檢測(cè)到電池端電壓已經(jīng)達(dá)到恒壓充電值時(shí)，調(diào)整PWM輸出占空比，充電器自動(dòng)轉(zhuǎn)入恒壓充電狀態(tài)。</p><p>　　R3和R4是用于檢測(cè)電池端電壓的分壓電阻，由分壓電阻的阻值來(lái)確

59、定恒流電壓、恒壓充電兩個(gè)充電狀態(tài)。</p><p>　　表3-6 各個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)電池端電壓與充電電流</p><p><b>　　取樣公式為：</b></p><p>　　由公式可得取樣電壓，通過(guò)單片機(jī)分析調(diào)節(jié)PWM占空比，從而確定充電模式。</p><p><b>　　3.5總電路</b></p

60、><p>　　總電路如圖3-13所示，電路由市電送來(lái)的220V交流電經(jīng)橋式整流、濾波后，一路電流經(jīng)DC-DC整流電路整流后給蓄電池進(jìn)行充電。另一路經(jīng)過(guò)U2(LM317)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓后為單片機(jī)提供5V電源。檢測(cè)部分由電流檢測(cè)及電壓檢測(cè)組成，其中電流檢測(cè)用以檢測(cè)蓄電池充電時(shí)的充電電流，電壓檢測(cè)用于檢測(cè)蓄電池充電時(shí)蓄電池的實(shí)時(shí)電壓。這兩個(gè)實(shí)時(shí)信號(hào)反饋給單片機(jī)，由單片機(jī)判斷后，控制</p><p>&l

61、t;b>　　圖3-13 總電路</b></p><p>　　PWM波形的占空比。從而控制充電電壓和電流的大小。當(dāng)蓄電池的電壓達(dá)到額定值后，說(shuō)明蓄電池已經(jīng)充滿(mǎn)電，單片機(jī)控制開(kāi)關(guān)，斷開(kāi)電源，停止充電。</p><p>　　在充電過(guò)程中，充電器始終接在電池組上。當(dāng)充電器的輸入交流電源中斷時(shí)，應(yīng)盡可能減小蓄電池的輸出電流。圖3-13電路中，在充電器串聯(lián)調(diào)整管與輸出端之間串入一只二

62、極管D1，可以防止蓄電池輸出電流流入充電器。 </p><p>　　變壓器要求選用高頻變壓器，該變壓器對(duì)磁性材料的要求較高。本設(shè)計(jì)繞組藕合性能好、分布電容、電感不太大的變壓器。因?yàn)殡娫吹拈_(kāi)關(guān)頻率較高，一般的電容器的電容損耗較大，電感量較大，當(dāng)頻率增加時(shí)，衰減很大，無(wú)法滿(mǎn)足要求。因此選用了高頻耐高溫電容器，同時(shí)對(duì)電容容量和電容溫度系數(shù)要求也較高，從而保證電路的穩(wěn)定運(yùn)行.</p><p>　　

63、4智能充電器軟件的設(shè)計(jì)</p><p>　　主程序流程框圖見(jiàn)圖4-1</p><p>　　圖4-1主程序流程圖</p><p>　　系統(tǒng)上電后，程序初始化，檢測(cè)電網(wǎng)電壓是否正常，電網(wǎng)電壓正常后，則檢測(cè)充電器輸出端是否接入電池，如果沒(méi)有接入電池，則系統(tǒng)不工作;檢測(cè)到接入電池后，系統(tǒng)開(kāi)始工作，判斷電池端電壓的大小，由端電壓的大小決定進(jìn)入恒流充電還是恒壓充電。如果檢測(cè)到電

64、池端電壓小于10.2V，則系統(tǒng)進(jìn)入恒流充電狀態(tài)，以0.7A的電流給電池進(jìn)行恒流充電;如果檢測(cè)到電池端電壓已經(jīng)在10.2V以上時(shí)，則系統(tǒng)判斷進(jìn)入恒壓充電狀態(tài)，以恒定的電壓給電池進(jìn)行充電。同時(shí)系統(tǒng)繼續(xù)檢測(cè)電池端電壓，當(dāng)檢測(cè)到電池端電壓達(dá)到額定值時(shí)，表示蓄電池已經(jīng)充滿(mǎn)，單片機(jī)控制開(kāi)關(guān)關(guān)斷，充電結(jié)束。程序見(jiàn)附錄</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　論

65、文對(duì)我國(guó)電動(dòng)車(chē)智能充電器的發(fā)展前景進(jìn)行了探討，對(duì)所設(shè)計(jì)的智能充電器的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，討論了電動(dòng)車(chē)電池充電器的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)，采用BUCK變換器電壓環(huán)、好的穩(wěn)態(tài)波形，用所設(shè)計(jì)的智能充電器給15V, 2Ah的密封鉛蓄電池充電，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，該智能充電器能按照恒流充電、恒壓充電兩個(gè)模式給電池進(jìn)行充電。</p><p>　　論文設(shè)計(jì)的智能充電器采用新型多模式充電控制方案，用ATmega16單片機(jī)進(jìn)行控制，結(jié)

66、構(gòu)簡(jiǎn)單，降低了成本，且易于實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)的可編程功能還可以準(zhǔn)確判斷充電的不同階段、設(shè)定充電電流和對(duì)充電模式及時(shí)調(diào)整。由于可容易地進(jìn)行電流設(shè)置和編程，此充電器不用更改硬件就可以支持新的電池充電法，通過(guò)編程也支持未來(lái)的可充電技術(shù)，增加了系統(tǒng)智能性和先進(jìn)性。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該智能充電器的充電保護(hù)措施可靠，充電狀態(tài)準(zhǔn)確，充電效率較高，并具有充電時(shí)間短、能耗低、使用故障率低和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

67、證明了該智能充電器的設(shè)計(jì)的合理性和可用性。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　?。?］Many Brown著，徐德鴻等譯，開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)指南，機(jī)械工業(yè)出版社，2004</p><p>　?。?］李關(guān)華，黃杰，周玲等，《電子技術(shù)與應(yīng)用實(shí)踐》(教材)，化學(xué)工業(yè)出版社，2006. 7</p><p>

68、;　?。?］王少龍等，動(dòng)力電池的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，起開(kāi)論文<云南冶金>，2010.</p><p>　?。?］李坤，智能充電器及蓄電池維護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究,[學(xué)位論文〕2007年大津工業(yè)大學(xué)</p><p>　　［5］分布式蓄電池化成電源控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用研究[學(xué)位論文〕李麗，2005年武漢理工大學(xué)</p><p>　?。?］周玲，基于單片機(jī)控制的智能充電

69、器設(shè)計(jì)，廣西大學(xué)，2006.12</p><p>　?。?］LM7805中文資料（說(shuō)明書(shū)）</p><p>　?。?］陳延明等，一種新型的移相軟開(kāi)關(guān)變換電路，電力電子技術(shù)，1999. 33(1)， 12-14</p><p>　?。?］ATmega16中文資料（說(shuō)明書(shū)）</p><p>　?。?0］趙良炳，現(xiàn)代電力電子技術(shù).清華大學(xué)出版社.1

70、995</p><p>　?。?2］LA55-P/SP50中文資料（說(shuō)明書(shū)）</p><p>　　［13］干鴻麟，錢(qián)律立.周略軍.智能快速充電器設(shè)計(jì)與制作.科學(xué)出版社.2001</p><p>　?。?4］林渭勛,現(xiàn)代電力電子電路浙江大學(xué)出版社，2002</p><p>　?。?5］張華,龍LED光伏照明系統(tǒng)的研究[學(xué)位論文〕，天津大學(xué),20

71、08 </p><p>　?。?6］楊幫文,實(shí)用電池充電器與保護(hù)器電路集錦。電子工業(yè)出版社，2001</p><p>　　[17] 李朝青，《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》（教材），北京航空航天大學(xué)出版社，2009</p><p>　　[18] 李維祥，單片機(jī)原理與應(yīng)用，天津大學(xué)出版社，2001</p><p>　　[19] 朱定華，單片機(jī)原理與應(yīng)用

72、，天津大學(xué)出版社，2001</p><p>　　[20] 肖洪兵等，跟我學(xué)單片機(jī)，北京行紅航天大學(xué)出版社，2002</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　#include<iom16v.h></p><p>　　#include<macros.h></p>&

73、lt;p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int </p><p><b>　　//宏定義</b></p><p>　　#define clr_bit(x,y) (x&=~(1<<y))&l

74、t;/p><p>　　#define set_bit(x,y) (x|=(1<<y)) </p><p>　　#define get_bit(x,y) ((x&(1<<y)) ? 1 : 0)</p><p><b>　　//位尋址定義</b></p><p>　　unsigned int

75、ada1=0;</p><p><b>　　//定義全局變量</b></p><p>　　#pragma data:code </p><p><b>　　//編碼</b></p><p>　　/****************************************************

76、***************************</p><p>　　函數(shù)名：Port_Init()</p><p>　　功 能： 配置端口為輸入輸出</p><p><b>　　參 數(shù)：</b></p><p><b>　　返回值：</b></p><p>　　***

77、****************************************************************************/</p><p>　　void Port_Init()</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　PORTA= 0XFF; </p><

78、;p>　　DDRA= 0X00; //配置端口PA全部為輸入口</p><p>　　PORTB = 0X00; </p><p>　　DDRB = 0XFF; //配置端口PB全部為輸出口 </p><p>　　PORTC = 0X00; </p><p>　　DDRC = 0XF

79、F; //配置端口PC全部為輸出口</p><p>　　PORTD= 0X00; </p><p>　　DDRD = 0XFF; //配置端口PD全部為輸出口, </p><p><b>　　}</b></p><p>　　/******************************

80、*************************************************</p><p>　　函數(shù)名：timer0_init()</p><p>　　功 能： 配置中斷的寄存器的值,為了產(chǎn)生pwm波</p><p><b>　　參 數(shù)：</b></p><p><b>　　返回值：&l

81、t;/b></p><p>　　*******************************************************************************/</p><p>　　void timer0_init(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>

82、　　TCCR0 = 0x00; </p><p>　　TCNT0 = 0x00; </p><p>　　TCCR0 = 0x04; </p><p><b>　　}</b></p><p>　　/***************************************************************

83、****************</p><p>　　函數(shù)名：init_devices()</p><p>　　功 能： 配置單片機(jī) 包括端口配置和中斷配置</p><p><b>　　參 數(shù)：</b></p><p><b>　　返回值：</b></p><p>　　***

84、****************************************************************************/</p><p>　　void init_devices(void)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　CLI(); </b></

85、p><p>　　Port_Init();</p><p>　　timer0_init();</p><p>　　TIMSK = 0x01;</p><p><b>　　SEI();</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/**

86、*****************************************************************************</p><p>　　函數(shù)名：mega16_ad1()</p><p>　　功 能：ad轉(zhuǎn)化程序 PA0口的ad轉(zhuǎn)化寄存器置值</p><p><b>　　參 數(shù)：</b></p>

87、<p>　　返回值：uint的數(shù)字信號(hào)</p><p>　　*******************************************************************************/</p><p>　　uint mega16_ad1()</p><p><b>　　{</b></p&g

88、t;<p>　　uint addata;</p><p>　　DDRA&=~BIT(PA0);</p><p>　　PORTA&=~BIT(PA0);</p><p><b>　　ADMUX=0;</b></p><p>　　ADCSR=0X80;</p><p>　

89、　ADCSR|=BIT(ADSC);</p><p>　　while(!(ADCSR&(BIT(ADIF))));</p><p>　　addata=ADCL;</p><p>　　addata=addata+ADCH*256;</p><p>　　return addata;</p><p><b>

90、;　　} </b></p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　init_devices(); //端口初始化</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b&

91、gt;　　{ </b></p><p>　　ada1=mega16_ad1();</p><p>　　if(ada1<=523)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TCCR1A=0XA1;</p><p>　　TCCR1B=0X0B;</p>

92、;<p>　　OCR1B=191;</p><p>　　OCR1A=191; //產(chǎn)生占空比為191/255的PWM波，恒流,產(chǎn)生在PD4上</p><p><b>　　}</b></p><p>　　else if(ada1>523&&ada1<753)</p

93、><p><b>　　{</b></p><p>　　TCCR1A=0XA1;</p><p>　　TCCR1B=0X0B;</p><p>　　OCR1B=242;</p><p>　　OCR1A=242; //產(chǎn)生占空比為242/255的PWM波,恒壓</

94、p><p><b>　　}</b></p><p>　　else if(ada1>753)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TCCR1A=0XA1;</p><p>　　TCCR1B=0X0B;</p><p><b

95、>　　OCR1B=0;</b></p><p>　　OCR1A=0; //產(chǎn)生占空比為0的PWM波,不充電</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b>

96、;</p><p><b>　　文獻(xiàn)綜述</b></p><p>　　實(shí)時(shí)監(jiān)控型智能蓄電池充放控制電路</p><p><b>　　一 、前言</b></p><p>　　以動(dòng)力蓄電池作為能源的電動(dòng)車(chē)被認(rèn)為是21世紀(jì)的綠色工程，它的出現(xiàn)將汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展帶入了一個(gè)全新的領(lǐng)域。目前，電動(dòng)車(chē)核心部件中的電

97、動(dòng)機(jī)、控制器和車(chē)體三大部件在理論和技術(shù)已較為成熟，而另兩大部件蓄電池、充電器的發(fā)展還不能滿(mǎn)足電動(dòng)車(chē)的要求，有一些理論和技術(shù)問(wèn)題還待攻關(guān)，現(xiàn)已成為影響電動(dòng)交通工具發(fā)展的瓶頸。目前，我國(guó)的電動(dòng)車(chē)蓄電池大多為鉛酸蓄電池，這主要是由于鉛酸蓄電池具有技術(shù)成熟、成本低、電池容量大、跟隨負(fù)荷輸出特性好、無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。然而由于充電方法不正確，充電技術(shù)不能適應(yīng)免維護(hù)電池的特殊需求，造成電池很難達(dá)到規(guī)定的循環(huán)壽命。雖然近年來(lái)蓄電池自身的技術(shù)有了不小的進(jìn)

98、步，但作為其能量再次補(bǔ)充的充電器的發(fā)展非常緩慢。因此，研制性能良好的智能充電器，會(huì)帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和良好的社會(huì)效益。</p><p>　　鉛酸蓄電池的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　鉛酸電池誕生于1860年, 目前正在開(kāi)發(fā)的電動(dòng)汽車(chē)用先進(jìn)鉛酸蓄電池主要有以下幾種[1]:1)水平密封鉛酸電池, 美國(guó)Electrosour公司開(kāi)發(fā)的。2) 雙極型密封鉛酸電池, 美國(guó)PLrias ReSe

99、arch As2sociates公司與加州噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)。3) 卷式電極鉛酸電池, 瑞典OPTIMA 公司和美國(guó)EXIDE分別研制。近年來(lái), 鉛酸蓄電池的性能參數(shù)大大提高: 容量可1 Ah ～20 KAh, 質(zhì)量比能量30 ～45Wh /kg, 體積比能量80Wh /L, 循環(huán)使用壽命約為250～1600次, 無(wú)記憶效應(yīng)[2]。鉛酸蓄電池作為車(chē)載動(dòng)力, 占有主要的市場(chǎng)。目前全球密封鉛酸動(dòng)力蓄電池的年銷(xiāo)售額大約在110億美元, 其中美

100、國(guó)、日本、 西歐等發(fā)達(dá)國(guó)家密封鉛酸動(dòng)力蓄電池的比例超出傳統(tǒng)的富液式鉛酸蓄電池, 而發(fā)展中國(guó)家正好相反。并且, 鉛酸蓄電池主要用于輕度混合的HEV, 電池電壓為36 V, 容量為50～60 /Ah。在中混合和全混合方面, ALABC 組織了澳大利亞CSIRO、美國(guó)Hawker公司對(duì)VRLA 動(dòng)力電池進(jìn)行了幾年的攻關(guān), 提出了解決方案, 并在豐田Prius、</p><p>　　今后鉛酸蓄電池應(yīng)由少維護(hù)向免維護(hù)方向發(fā)

101、展, 向提高產(chǎn)品的綜合性能、綠色環(huán)保方向發(fā)展,特別是提高密封鉛酸蓄電池的可靠性, 使其成為新型12 V和36 V實(shí)用化汽車(chē)動(dòng)力電池。未來(lái)市場(chǎng)應(yīng)對(duì)鉛酸蓄電池的要求是高起動(dòng)能力、大容量、高功率、免維護(hù)、長(zhǎng)壽命、耐高溫、高電壓等系統(tǒng)[3]。在某種程度上, 鉛酸電池時(shí)代可以稱(chēng)得上是電動(dòng)汽車(chē)用電源的起步和過(guò)渡階段。在2008年, 國(guó)內(nèi)鉛酸電池廠商多年來(lái)憑借價(jià)格和渠道優(yōu)勢(shì), 市場(chǎng)已經(jīng)有了不錯(cuò)的業(yè)績(jī), 但是它們并不會(huì)安于現(xiàn)狀, 在加大研發(fā)力量的基礎(chǔ)上

102、, 逐步走向高附加值市場(chǎng)。數(shù)據(jù)爆炸所帶來(lái)的對(duì)數(shù)據(jù)中心設(shè)備以及對(duì)供電系統(tǒng)的壓力都是今后鉛酸電池發(fā)展中需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題,鉛酸電池技術(shù)也會(huì)更多的向節(jié)能、綠色的方向發(fā)展。[4]</p><p><b>　　二、主題</b></p><p><b>　　充電方法的研究</b></p><p>　　容量和壽命是蓄電池的重要參數(shù)，蓄電

103、池的額定容量通常作為電池充放電速率的單位，例如100A·h的蓄電池，采用20A電流充電式，充電速率為C/5。不正確的充電方式不僅會(huì)降低電池的儲(chǔ)能容量，還會(huì)縮短電池的使用壽命。上世紀(jì)60年代末期。，美國(guó)科學(xué)家馬斯（Mascc）提出了以最低出氣率為前提的蓄電池可接受充電電流曲線如圖1所示，原則上把這條曲線稱(chēng)為最佳充電曲線，其充電電流軌跡是一條呈指數(shù)規(guī)律下降的曲線，從而奠定了快速充電方法的研究方向。</p><p

104、>　　圖1 蓄電池可接受充電電流曲線</p><p>　　由圖1可以看出：初始充電電流很大，但是衰減很快。主要原因是充電過(guò)程中產(chǎn)生了極化現(xiàn)象。在密封式蓄電池充電過(guò)程中，內(nèi)部產(chǎn)生氧氣</p><p>　　和氫氣，當(dāng)氧氣不能被及時(shí)吸收時(shí)，便堆積在正極板（正極板產(chǎn)生氧氣），使電池內(nèi)部壓力加大，</p><p>　　電池溫度上升，同時(shí)縮小了正極板的面積，表現(xiàn)為內(nèi)

105、阻上升，出現(xiàn)所謂的極化現(xiàn)象。蓄電池是可逆的。其放電及充電的化學(xué)反應(yīng)式如下：</p><p>　　PbO2＋Pb＋2H2SO4→2PbSO4＋2H2O   </p><p>　　很顯然，充電過(guò)程和放電過(guò)程互為逆反應(yīng)[5]?？赡孢^(guò)程就是熱力學(xué)的平衡過(guò)程，為保障電池能夠始終維持在平衡狀態(tài)之下充電，必須盡量使通過(guò)電池的電流小一些。理想條件是外加電壓

106、等于電池本身的電動(dòng)勢(shì)。但是，實(shí)踐表明，蓄電池充電時(shí)，外加電壓必須增大到一定數(shù)值才行,而這個(gè)數(shù)值又因?yàn)殡姌O材料，溶液濃度等各種因素的差別而在不同程度上超過(guò)了蓄電池的平衡電動(dòng)勢(shì)值。在化學(xué)應(yīng)中，這種電動(dòng)勢(shì)超過(guò)熱力學(xué)平衡值的現(xiàn)象，就是極化現(xiàn)象。</p><p><b>　　常規(guī)充電法</b></p><p>　　常規(guī)充電制度是依據(jù)1940年前國(guó)際公認(rèn)的經(jīng)驗(yàn)法則設(shè)計(jì)的。其中最著

107、名的就是“安培小時(shí)規(guī)則”[6]：充電電流安培數(shù)，不應(yīng)超過(guò)蓄電池待充電的安培時(shí)數(shù)。實(shí)際上，常規(guī)充電的速度被蓄電池在充電過(guò)程中的溫升和氣體的產(chǎn)生所限制。這個(gè)現(xiàn)象對(duì)蓄電池充電所必須的最短時(shí)間具有重要意義。一般來(lái)說(shuō)，常規(guī)充電有以下3種。</p><p><b>　　恒流充電法</b></p><p>　　恒流充電法[7]是用調(diào)整充電裝置輸出電壓或改變與蓄電池串聯(lián)電阻的方法，保

108、持充電電流強(qiáng)度不變的充電方法，如圖2所示?？刂品椒ê?jiǎn)單，但由于電池的可接受電流能力是隨著充電過(guò)程的進(jìn)行而逐漸下降的，到充電后期，充電電流多于電解水，產(chǎn)生氣體，使出氣過(guò)甚，因此，常選用階段充電法。</p><p>　　圖 2 恒流充電曲線</p><p><b>　　階段充電法</b></p><p>　　此方法包括二階段充電法和三階段充電法。&

109、lt;/p><p>　　二階段法采用恒電流和恒電壓相結(jié)合的快速充電方法，如圖3所示。首先，以恒電流充電至預(yù)定的電壓值，然后，改為恒電壓完成剩余的充電。一般兩階段之間的轉(zhuǎn)換電壓就是第二階段的恒電壓。</p><p><b>　　圖 3二階段法曲線</b></p><p>　　三階段充電法在充電開(kāi)始和結(jié)束時(shí)采用恒電流充電，中間用恒電壓充電。當(dāng)電流衰減到

110、預(yù)定值時(shí)，由第二階段轉(zhuǎn)換到第三階段。這種方法可以將出氣量減到最少，但作為一種快速充電方法使用，受到一定的限制。</p><p><b>　　恒壓充電法</b></p><p>　　充電電源的電壓在全部充電時(shí)間里保持恒定的數(shù)值，隨著蓄電池端電壓的逐漸升高，電流逐漸減少。與恒流充電法相比，其充電過(guò)程更接近于最佳充電曲線。用恒定電壓快速充電，如圖4所示。由于充電初期蓄電池電

111、動(dòng)勢(shì)較低充電電流很大，隨著充電的進(jìn)行，電流將逐漸減少，因此，只需簡(jiǎn)易的控制系統(tǒng)。</p><p>　　圖 4 恒壓充電法曲線</p><p>　　這種充電方法電解水很少，避免了蓄電池過(guò)充。但在充電初期電流過(guò)大，對(duì)蓄電池壽命造成很大影響，且容易使蓄電池極板彎曲，造成電池報(bào)廢。鑒于這種缺點(diǎn)，恒壓充電很少使用，只有在充電電源電壓低而電流大時(shí)采用。例如，汽車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，蓄電池就是以恒壓充電法充電的

112、。</p><p><b>　　快速充電方法</b></p><p>　　1972年，美國(guó)科學(xué)家馬斯在第二屆世界電動(dòng)汽車(chē)年會(huì)上提出了著名的馬斯三定律，即對(duì)于任何給定的放電電流，蓄電池充電時(shí)的電流接受比”a”與電池放出的容量的平方根成反比[8]</p><p>　　a=k1/ </p><p&

113、gt;　　式中：K1為放電電流常數(shù)，視放電電流的大小而定；C為蓄電池放出的容量。</p><p>　　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。&l

114、t;/p><p>　　基于上述理論，并考慮到鉛酸蓄電池自身的一些特性，快速充電裝置所用的充電方法將整個(gè)充電過(guò)程分為了預(yù)充電、快速充電、補(bǔ)足充電、浮充電4個(gè)階段。</p><p><b>　?。?）預(yù)充電</b></p><p>　　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

115、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。</p><p><b>　　（2）快速充電 </b></p><p>　　在快速充電過(guò)程中，采用分級(jí)定電流脈沖快速充電法[9]，將充電電流分成三級(jí)，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