電動車充電器的設(shè)計.doc

電動車充電器的設(shè)計一、密封鉛酸蓄電池的充電特性電池充電通常要完成兩個任務(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，電池開始發(fā)生過充電反應(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，氫氣和氧氣能夠重新化合為水。過充電開始的時間與充電的速率有關(guān)。當(dāng)充電速率大于時，電池容量恢復(fù)到額定容量的以前，即開始發(fā)生過充電反應(yīng)。只有充電速率小于，才能使電池在容量恢復(fù)到后，出現(xiàn)過充電反應(yīng)。為了使電池容量恢復(fù)到，必須允許一定的過充電反應(yīng)。過充電反應(yīng)發(fā)生后，單格電池的電壓迅速上升，達到一定數(shù)值后，上升速率減小，然后電池電壓開始緩慢下降。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)能補充電池因自放電而失去的能量。浮充電壓不能過高，以免因嚴(yán)重的過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年以上。實踐證明，實際的浮充電壓與規(guī)定的浮充電壓相差時，免維護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。在環(huán)境溫度為時工作很理想的普通（無溫度補償）充電器，當(dāng)環(huán)境溫度降到時，電池就不能充足電，當(dāng)環(huán)境溫度上升到時，電池將因嚴(yán)重的過充電而縮短壽命。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。常見的幾種充電模式為： 限流恒壓充電模式，其充電曲線和轉(zhuǎn)換電壓如圖所示。 兩階段恒流充電模式，其充電曲線和轉(zhuǎn)換電壓如圖所示。 恒流脈沖充電模式，其充電曲線和轉(zhuǎn)換電壓如圖所示。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，都分別受有溫度補償?shù)霓D(zhuǎn)換電壓（快充最低允許電壓）、（快充終止電壓）和（浮充電壓）控制。國外已開發(fā)出多款具有上述功能的專用充電集成電路，如，等。二、電動自行車充電器的制作實例 目前國內(nèi)市場上的電動自行車大多采用或密封鉛酸蓄電池組，為了降低成本，與其相配套的充電器大多采用簡化的恒流恒壓模式，充電曲線見圖。此方案與圖相比，由于省卻了補足充電階段（即高電壓恒壓過充電階段），故電池的容量只能恢復(fù)到額定容量的，同時，其充電轉(zhuǎn)換電壓也沒有溫度補償。在冬夏兩季易出現(xiàn)充電不足或過充電現(xiàn)象。再者，由于串聯(lián)電池組中各個電池的自放電率亦不盡相同，如果采用恒定的浮充電壓，那么將影響單體電池的充電狀態(tài)。 本充電機實例采用圖充電模式，原理圖見圖。本機選用諧振式高效變換器組件，作為前級隔離降壓。此組件效率高達以上。組件輸出的直流電，由、端進入后級充電電路。后級功率元件采用低導(dǎo)通壓降器件，考慮到便攜性，本機采用小型化設(shè)計，內(nèi)置自動小型風(fēng)扇，整機體積為。和、等組成快速恒流充電系統(tǒng)。采用，、為的供電電路，、決定的振蕩頻率，、為補償元件。剛開始充電時，電池電壓較低，不導(dǎo)通（原理后述）。腳被、拉到地電位，腳輸出約脈沖，通過加到柵極，控制通斷。導(dǎo)通期間，腳輸出的充電電流，經(jīng)儲能電感、外接電池、到腳。在給電池充電的同時，電感也存儲著能量，充電電流呈線性增大，并在上產(chǎn)生檢測壓降，經(jīng)、傳遞到腳。當(dāng)腳上的電壓達到時，腳關(guān)閉脈沖，截止。此時電感中的磁場能釋放，所產(chǎn)生的電流繼續(xù)向電池供電。為提供續(xù)流通道。平均充電電流的大小由決定。電池充滿后，導(dǎo)通，腳輸出的電壓經(jīng)加到上，腳的電位高于時，腳關(guān)閉輸出，充電器停止充電。為鉛酸電池組專用充電檢測與控制模塊，內(nèi)部有兩種充電模式。的工作原理是：當(dāng)電池電壓接入端時，工作于恒流脈沖充電模式，即腳電位小于時，腳輸出高電位，光耦不導(dǎo)通，組成的充電電路開始工作，同時導(dǎo)通，風(fēng)扇得電工作。當(dāng)電池電壓逐漸升高，腳電位達到時，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，腳輸出低電平，光耦初級流過電流，次級導(dǎo)通，腳高于，腳停止輸出脈沖，截止，充電器停止充電。同時風(fēng)扇停轉(zhuǎn)。隨后電池電壓逐漸下降，當(dāng)電壓下降到時，觸發(fā)器復(fù)位，腳輸出高電平，光耦截止，解除對的封鎖，充電器重新輸出電流。周而復(fù)始，充電的時間越來越短，電池電壓由下降到的自放電時間越來越長，電量逐步恢復(fù)到。此種狀態(tài)由充電指示燈充電時滅、停充時亮表現(xiàn)出來，而風(fēng)扇的工作狀態(tài)剛好與相反：充電時轉(zhuǎn)動，停充時停轉(zhuǎn)。、組成的供電電路。當(dāng)電池電壓接入端時，工作于恒流恒壓充電模式，開始時，充電器輸出恒流連續(xù)對電池充電，當(dāng)電池電壓上升到時，腳檢測基準(zhǔn)電壓由自動切換到并保持不變，通過光耦的反饋，充電器則由恒流充電轉(zhuǎn)換為恒壓浮充充電狀態(tài)。應(yīng)當(dāng)注意，如充電電流過大，使電池的溫度顯著增加，那么自放電電流可能會超過充電電流，溫度的繼續(xù)升高，使不斷下降，將出現(xiàn)嚴(yán)重的過充電反應(yīng)