一種便攜式電動(dòng)車(chē)太陽(yáng)能充電裝置的設計和實(shí)現

1 引言

由于電動(dòng)車(chē)使用輕快便捷，綠色環(huán)保，因此很多人選擇它作為交通工具。但目前電動(dòng)車(chē)的一些缺點(diǎn)也給廣大使用者帶來(lái)了不便，如電動(dòng)車(chē)蓄電池壽命不長(cháng)，功率有限，行駛里程短；在一些小區高層住戶(hù)充電不方便；在野外沒(méi)有市電的地方，其缺點(diǎn)更為突出。在環(huán)境污染和能源形勢日趨嚴峻的情況下，太陽(yáng)能作為一種清潔能源，取之不盡用之不竭，目前其應用技術(shù)非常成熟，且成本不斷降低。在這種背景下，將太陽(yáng)能發(fā)電與電動(dòng)車(chē)的巨大市場(chǎng)相聯(lián)系，必定有非常廣闊的應用前景，但目前國內此類(lèi)相關(guān)產(chǎn)品極少。這里針對電動(dòng)車(chē)使用中的一些不足設計了一個(gè)給電動(dòng)車(chē)及時(shí)、方便充電的太陽(yáng)能充電裝置。

2 實(shí)現方案

此處太陽(yáng)能充電裝置的充電控制模塊為一個(gè)基于UC2843電流型PWM控制芯片的大功率Boost變換器，充電實(shí)現方案如圖1所示。太陽(yáng)能電池板的輸出，經(jīng)DC／DC Boost變換后直接對電動(dòng)車(chē)的蓄電池組進(jìn)行充電，同時(shí)輔助對電動(dòng)機負載供電。將太陽(yáng)能電池板和充電控制模塊固定在電動(dòng)車(chē)的后座上，在行駛和?？繒r(shí)，可不間斷地給電動(dòng)車(chē)充電。目前已商品化的電動(dòng)車(chē)大多使用密封式鉛酸蓄電池，針對48 V和36 V電動(dòng)車(chē)，固定輸出電壓為56 V或42 V，恒壓充電。


3 Boost變換器原理

Boost變換器原理上又稱(chēng)為并聯(lián)型開(kāi)關(guān)變換器，Boost電路拓撲結構如圖2所示。由開(kāi)關(guān)管VT、續流二極管VD、儲能電感L以及濾波電容C組成。開(kāi)關(guān)管的工作頻率為幾十到幾百千赫茲，在Ton期間導通，Toff期間關(guān)斷，工作周期T=Ton+Toff。當VT導通時(shí)，L儲能，VD反偏截止，C向負載供能；當VT截止時(shí)，由于L上電流不能突變，L中的感應電勢使VD導通向電容充電，同時(shí)向負載提供能量。通過(guò)控制開(kāi)關(guān)頻率和開(kāi)通占空比，可得到不同的輸出電壓。


4 UC2843控制器簡(jiǎn)介

UC2843是一種高性能的單端輸出式電流型PWM控制芯片，工作溫度為-25～+85℃，最大工作頻率可達500 kHz，其最大優(yōu)點(diǎn)是外接元件極少，外電路裝配非常簡(jiǎn)單。電流控制環(huán)由PWM鎖存器、電流檢測比較器、誤差放大器、鋸齒波振蕩電路組成，有8管腳和14管腳兩種封裝。其內部結構圖如圖3所示。該芯片能產(chǎn)生頻率固定而脈沖寬度可調的驅動(dòng)信號，用外部元件RT和CT可設定振蕩頻率，并精確地控制占空比?？赏ㄟ^(guò)控制開(kāi)關(guān)管的通斷狀態(tài)來(lái)調節輸出電壓的高低，達到穩壓的目的。

UC2843設有欠壓鎖定電路，其開(kāi)啟電壓為8．4 V，關(guān)閉閾值為7．6 V，UC2843的電源可以直接由輸入電壓Ui提供，0．8 V的啟動(dòng)關(guān)閉的差值電壓可有效防止電路在閾值電壓附近工作時(shí)出現振蕩。在UC2843的輸入端設有一個(gè)34 V齊納管，保證其內部電路絕對在34 V以下工作，防止因高壓帶來(lái)的損壞。
UC2843的OUTPUT端口為圖騰柱式輸出，輸出給開(kāi)關(guān)管的平均電流為+200 mA，最大峰值電流可達±1 A，輸出低電平電壓為1．5 V，輸出高電平電壓為13．5 V，故適合驅動(dòng)晶體管或MOSFET管。UC2843內設置有PWM鎖存器，可保證輸出端在每一振蕩周期內僅出現一個(gè)單控制脈沖，防止噪聲干擾和功率管的超功耗。

5 樣機電路設計

圖4為UC2843控制的Boost電路原理圖，Ui既作為升壓變換的輸入，又給UC2843供電。R2和C6為RC振蕩器，控制主電路的工作頻率和最大輸出占空比；R1，C1，R6為輸出電壓反饋調節器，將輸出電壓反饋信號，即輸出電壓Uo按比例反饋到COMP端。調節R6可實(shí)現Uo連續可調。


6 性能指標及經(jīng)濟技術(shù)指標

此處充電器樣機中太陽(yáng)能電池板選用30 W的多晶硅單板。針對36 V電動(dòng)車(chē)，充電裝置的開(kāi)路輸出電壓調節為42 V。經(jīng)實(shí)測，在各種日照情況下，輸出電壓波動(dòng)不超過(guò)1％。在太陽(yáng)光照強烈的情況下，充電電流峰值約為400 mA，在陰雨天時(shí)，充電電流也約有30 mA。該裝置性能指標如下：Ui為10～32 V；Uo為調節電位器，輸出35～60 V連續可調的電壓；最大輸出電流為5 A；最大輸入電流為16 A；最大輸出功率為120 W；DC／DC模塊轉換效率為80％。

目前電動(dòng)車(chē)使用非常普遍，一般蓄電池的設計壽命為8年，但電動(dòng)車(chē)蓄電池的使用壽命僅有2～3年，其主要原因是充電不合理。蓄電池若長(cháng)期充電不足或過(guò)放電，則會(huì )使內部硫酸鉛結晶，極板硫化，造成蓄電池“餓死”現象。使用太陽(yáng)能充電裝置，只要是白天，就能隨時(shí)隨地為電動(dòng)車(chē)充電，防止電池極板硫化，極大延長(cháng)電池使用壽命。

此外，在一些小區高層住戶(hù)和廣大的農村地區，用太陽(yáng)能為電動(dòng)車(chē)充電會(huì )帶來(lái)極大的方便，可以不間斷增加行駛里程。在一些特殊情況下，還可以應急充電。電動(dòng)車(chē)太陽(yáng)能充電裝置的經(jīng)濟技術(shù)指標如下：①安裝簡(jiǎn)便，用螺絲固定在電動(dòng)車(chē)后鐵架上；②可以適用于36 V，48 V的電動(dòng)車(chē)充電；③在電動(dòng)車(chē)行駛過(guò)程中能夠給蓄電池充電，同時(shí)也能夠向電動(dòng)機輸出功率，共同驅動(dòng)電機，增加了行駛里程：④由于其能連續不斷地給蓄電池充電，可以防止和清除電池極板硫化，恢復電池容量，有效延長(cháng)電池使用壽命。

7 結論

電動(dòng)車(chē)太陽(yáng)能充電是一個(gè)應用前景廣闊、市場(chǎng)潛力較大的項目。這里設計的充電裝置中，基于UC2843的升壓控制電路簡(jiǎn)單可靠，成本低，整個(gè)充電裝置簡(jiǎn)易實(shí)用，實(shí)驗效果良好。后續將進(jìn)一步增加太陽(yáng)能最大功率點(diǎn)跟蹤、充電監視等更多功能，并改進(jìn)太陽(yáng)能板的外形，提升安裝后整體美觀(guān)性，使該裝置更加完善。