電動(dòng)車(chē)用48V （20A?h）蓄電池充電器的研究

近年來(lái)，電動(dòng)車(chē)作為一種新型的綠色交通工具得到了迅猛的發(fā)展，并呈現出向大功率、高速化和功能多樣化的發(fā)展趨勢。因此，電動(dòng)車(chē)對蓄電池的使用壽命、續行里程等性能提出的要求比以往更加苛刻。實(shí)驗研究表明：影響蓄電池性能的因素多種多樣，如電動(dòng)車(chē)的裝配性能、行駛電流、充電策略等。

其中蓄電池的充電過(guò)程對其壽命影響最大，過(guò)充電、充電不足是引起蓄電池故障的主要原因。所以，必須通過(guò)設計合理的充電策略和充電算法以有效地減少蓄電池的損傷、減少充電損耗、提高充電速度。

為此，開(kāi)發(fā)一種具有自主知識產(chǎn)權，具備適用功率大( 100 ~500W ) 、性能可靠等特點(diǎn)的電動(dòng)車(chē)用48V (20A·h)蓄電池充電器以滿(mǎn)足電動(dòng)摩托車(chē)、卡丁車(chē)、沙地車(chē)等電動(dòng)車(chē)發(fā)展的迫切需要。該充電器以P IC16C712作為實(shí)時(shí)監控和中心控制單元，采用PWM DC-DC全橋變換器作為主電路，使得該充電器能夠根據蓄電池的充電特性自動(dòng)調節輸出電壓、電流，進(jìn)行智能充電，并且能夠對充電器的運行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，若有異常，能及時(shí)地進(jìn)行保護。此外，該充電器還具有體積小、重量輕、精度高、充電速度快、性能穩定等顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)。

1 充電器原理與硬件設計

1. 1 總體設計

目前，電動(dòng)車(chē)電池作為一種儲能裝置，主要以鉛酸蓄電池為主，充電器是專(zhuān)門(mén)針對鉛酸蓄電池所設計的。傳統的蓄電池充電器采用電流/電壓負反饋的方法來(lái)達到恒流/恒壓充電的目的，為了實(shí)現充電過(guò)程各種工作參量的實(shí)時(shí)監測及智能多段式充電策略的精確控制，引入電流/電壓反饋環(huán)，應用P IC16C712 單片機及相應的控制電路，其硬件結構框圖如圖1所示，電路圖如圖2所示。

圖1 硬件結構框圖

圖2 電路原理圖

由圖1和圖2可以看出，蓄電池充電器主要由開(kāi)關(guān)電源單元(電源變壓器、整流電路及濾波電路)和監測與控制單元(傳感器、電源專(zhuān)用集成芯片UC3875及微控制器P IC16C712)兩部分組成。

在開(kāi)關(guān)電源單元，單相220V /50Hz的交流電需經(jīng)過(guò)全橋整流及大電容低頻濾波穩壓，然后經(jīng)過(guò)4只IGBT器件IGBTl ~ IGBT4 組成的全橋逆變器可得到脈寬可調的高頻交流電。經(jīng)高頻變壓器耦合到副邊，再經(jīng)整流管D9 和D10整流和電感L2、電容C5 濾波，由此可以得到大小可變的低紋波直流電壓。

根據實(shí)際需要，監測與控制單元選擇的單片機型號是由M ICROCH IP公司推出的P IC16C712,其內部有容量為1KB ×14 的EPROM、128 ×8 的RAM,此外，還包括4個(gè)8位A /D, 3個(gè)定時(shí)器和1個(gè)CCP模塊。充電器的電壓和電流控制信號是由P IC16C712的CCP模塊輸出，經(jīng)過(guò)F /V轉換之后輸入到由美國Unitrode公司生產(chǎn)的移相式開(kāi)關(guān)電源專(zhuān)用集成芯片UC3875的誤差放大器輸入端E /A + ,反相輸入端E /A - 接主電路輸出直流電流或直流電壓反饋信號，二者之間的切換由P IC16C712單片機控制中間繼電器實(shí)現。

1. 2 溫度信號采集電路

在充電過(guò)程中，蓄電池的溫度是一個(gè)非常重要的參數。因為鉛酸蓄電池的電壓具有負溫度系數，其值為- 4mV /℃，對于一個(gè)在環(huán)境溫度為25℃時(shí)工作很理想的充電器在環(huán)境溫度降到0℃時(shí)，蓄電池將出現充電不足的現象;而當環(huán)境溫度升高到50℃時(shí)，蓄電池將出現過(guò)充電的現象，這將導致蓄電池壽命縮短。

因此，設計良好的充電器應具有溫度檢測功能并能夠根據不同的環(huán)境溫度調整充電過(guò)程中的各轉換電壓值;同時(shí)，充電器還應具備溫度保護功能，在充電過(guò)程中，當蓄電池溫度超出限定的溫度范圍時(shí)充電器應立即停止充電或進(jìn)入涓流充電，并且PIC16C712應點(diǎn)亮故障指示燈以提示用戶(hù)出現何種異常。