06v三段式智能电池充电器设计毕业设计.docx
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06v三段式智能电池充电器设计毕业设计
本科生毕业论文(设计)
题目:
60V三段式智能电池充电器设计
专业代码:
080604
作者姓名:
周乐平
学号:
2007201076
单位:
物理科学与信息工程学院
指导教师:
于会山
2011年5月26日
目录
摘要I
AbstractII
1前言1
2充电器原理2
2.1铅酸蓄电池的充电以及放电特性2
2.2充电器的工作原理3
3本设计的硬件设计4
3.1使用芯片介绍4
3.2电路总体设计9
3.3本设计的硬件工作原理10
3.4本设计的硬件主要工作原理图及实现12
4三段式电池充电器设计的优点15
4.1设计可实现的功能15
4.2设计的主要技术创新点16
总结17
参考文献18
致谢19
摘要
该设计公开了一种通用型快速智能充电器,其主要由电池检测分析模块、充电参数调整与动态控制模块、综合控制检测模块、充电模块和指示模块构成。
该充电器采用KA3842、LM358为控制单元,将蓄电池的预充电控制、快速充电控制、补充充电控制和涓流充电控制四个过程集于一体,完成对充电执行电路的全过程控制,能极大改善充电水平,从而有效提高电池的实际使用寿命。
自动识别不同种类的电池,根据其最佳充电曲线自动对控制器里的充电程序进行相应的调整,完成对不同类型的蓄电池充电。
关键词:
智能充电器;预充电控制;快速充电控制;补充充电控制;涓流充电控制。
Abstract
Thepresentinventiondisclosesauniversalquicksmartcharger,themainanalysismodulebythebatterydetection,chargeparameteradjustmentanddynamiccontrolmodule,integratedcontroldetectionmodule,chargemoduleandinstructionmodule.ThechargerusesKA3842,LM358forthecontrolunit,thebatteryofpre-chargecontrol,fastchargecontrol,supplementarytricklechargecontrolandchargecontrolprocesssetinoneoffourtocompletetheimplementationofthechargingcontrolcircuitofthewholeprocess,cangreatlyimprovethelevelofcharge,thuseffectivelyimprovingtheactualbatterylife.Automaticidentificationofdifferenttypesofbatteries,accordingtoitsoptimumchargingcurveautomaticallychargethecontrollertoadjustproceduresaccordinglytocompletethedifferenttypesofbatterycharging.
Keywords:
intelligentcharger;pre-chargecontrol;fastchargecontrol;addedchargecontrol;tricklechargecontrol.
1前言
电动车以其方便,快捷,环保,经济,实用的特点,获得人们的青睐,越来越多的人选择电动车作为代步工具,电动车也被人们认为是21世纪的绿色工程,同时它的出现也将汽车工业的发展带入了一个全新的领域。
电动车核心部件中的电动机,控制器和车体三大部件在理论和技术上已较为成熟,而另两大部件蓄电池,充电器的发展还不能满足电动车的要求,有一些理论和技术问题还有待攻关,现已成为影响电动车发展的瓶颈。
目前电动车使用的电池主要由铅酸蓄电池,镍—金属氢化物蓄电池,锂离子蓄电池,燃料电池等,其中铅酸蓄电池以其价格低廉,材料来源丰富,技术和制造工艺较成熟,电池容量大,跟随负荷输出特性好,无记忆效应等优势成为电动车目前主要采用的电池种类。
近年来铅酸蓄电池自身的技术有了不小的进步,比如全密封免维修铅酸蓄电池的出现还有铅酸蓄电池广泛应用于国防,通信,铁路,交通工农业生产部门等,但作为其能量再次补充的充电器却发展缓慢,充电时间过长,充电电流调整不好,充电器输出电压不足等等原因导致蓄电池的使用寿命大大地缩短,严重的制约着电动车的发展。
一般人们都是在蓄电池的电量全部使用完之后再对其进行充电,但这样的结果却容易导致充电器的过充而损坏,致使蓄电池过早地报废而污染环境,要知道每年报废的蓄电池的数量是十分恐怖的。
现在全世界都在宣传低碳生活,如果使用智能式充电器就能起到节约能量消耗,增加蓄电池的使用寿命,不仅是对于电动车也是对地球的一种保护。
而且最近几年许多新闻报道中都有使用者因为使用不当,比如蓄电池的反接或者先将充电器与市电相连再与蓄电池相接,这些都会危及到使用者的生命安全和蓄电池的完好,所以我们需要一种更安全更环保的充电器,这定将是未来充电器的发展方向。
于是我们根据时代的发展及要求设计了一款目前市场充电器流行使用的方法,也是技术较成熟的一种设计,采用UC3842驱动场效应管的单管开关电源配合LM358设计的三段式智能充电器。
该充电器虽然存在维修难度大,功率小等缺点,但它具有体积小,重量轻,效率高,适应市电输入范围宽,安全可靠等优点,所以开关电源式充电器相对于变压器式充电器和可控硅式充电器来说将会是今后电动车充电器的发展方向,我也相信随着科学技术的不断进步,电动车以及电动汽车的也会有更加美好的未来。
2充电器原理
2.1铅酸蓄电池的充电以及放电特性
所谓蓄电池即是储存化学能量,于必要时放出电能的一种电气化学设备。
而铅酸蓄电池是通过阳极的
以及阴极的
浸到电解液(稀硫酸)中发生化学反应来进行充电和放电的。
当铅酸蓄电池连接外部电路放电时,稀硫酸即会与阴,阳极板上的活性物质产生反应,生成新化合物硫酸铅,在此过程中会产生自由电子,从而产生电流。
而由于放电时在阳极板,阴极板上所产生的硫酸铅会在充电时被分解还原成硫酸,铅及过氧化铅,因此电池内电解液的浓度逐渐增加,亦即电解液之比重上升,并逐渐回复到放电前的浓度,这种变化显示出蓄电池中的活性物质已还原到可以再度供电的状态,当两级的硫酸铅被还原成原来的活性物质时,即等于充电结束。
铅酸蓄电池的典型放电曲线特性是以一个单体蓄电池为例,采用1/20放电进行分析的,蓄电池端电压根据各极板间硫酸密度的变化规律分为三个阶段:
开始放电阶段,相对稳定阶段和迅速下降阶段,其放电曲线如图2.1所示。
铅酸蓄电池的典型充电特性曲线如图2.2所示,通常是以恒流充电进行分析。
其充电特性仍然可以归纳为三个阶段来阐述:
开始充电阶段,相对稳定阶段以及迅速上升阶段。
2.2充电器的工作原理
电动车充电器常用的充电方式一般分为二段式充电模式和三段式充电模式两种。
其中的二段式充电是指先恒压充电,充电电流随蓄电池电压的上升逐渐减小,等蓄电池的电量补充到一定程度以后,电压会上升到充电器的设定值,随后进入涓流的浮充状态。
而对于三段式将在后面具体介绍。
1、恒流充电
恒流充电,又叫定电流充电法,在整个充电过程中,始终保持充电电流恒定不变。
在充电过程中,由于蓄电池的段电压逐渐升高,为了保持充电电流的恒定,必须相应提高充电电压。
采用恒流充电法,可以将不同容量的蓄电池串联在一起进行充电。
但是各个蓄电池的容量应当尽可能相同,否则应当以容量最小的蓄电池计算充电电流,当小蓄电池充足之后,应当及时摘除,再继续给大容量蓄电池充电。
恒流充电法的优点是可以任意选择充电电流,有益于延长蓄电池的使用寿命。
缺点是充电时间长,并且需要经常调整充电电流。
2、恒压充电
恒压充电又叫定电压充电法,在充电过程中,始终保持一个恒定的充电电压,绝大多数汽车都采用这种充电方法对车载蓄电池进行充电。
充电初期,由于蓄电池的端电压较低,充电器与蓄电池的电压差较大,所以充电电流也大。
随着充电的进行,蓄电池端电压逐渐上升,充电器与蓄电池的电压差也减小,所以充电电流减小。
如果充电器输出电压不足,则充电很短时间就导致充电电流下降为零,过早地结束了充电,长期如此,势必导致蓄电池长期充电不足,容量下降,寿命缩短。
如果充电器输出电压过高,充电电流将显著增大,即使蓄电池已经充足电,但端电压仍然低于充电器的输出电压,充电电流仍然纯在,充电始终在进行,势必导致蓄电池过充电,加快电解液的消耗,使用寿命缩短。
3、三段式充电
三段式充电与二段式充电的不同之处在于其第一个阶段为恒流充电阶段,充电器先以恒流对蓄电池快速充电,随着蓄电池存储能量的升高,充电电流减小,被充电控制电路检测后充电器自动转入第二个阶段恒压充电,继续为蓄电池补充能量,电压上升的幅度较小并且速度放慢,直到电压稳定。
当充电电流小于300mA的转折电流后自动转为涓流充电,以补偿蓄电池的自放电电流,并起到保养蓄电池的作用。
本设计主要是针对60V的充电器,对于三段式充电器的三个主要参数的要求是相当严格的:
涓流阶段的参考电压值:
涓流阶段的参考电压值一般为71.0V左右,不能大于或小于该参考值。
该值高容易导致电池失水,会引起蓄电池发热变形;该值低不仅充电速度慢,而且不利于蓄电池充足电。
因此,这个参数极为重要,只有满足这个参数要求才能延长蓄电池的使用寿命。
恒压阶段的参考电压值:
恒压阶段的参考电压值为73.9V左右,此值高有利于快速充足电,但容易造成蓄电池失水,充电后期不能使电流降下来,容易导致蓄电池发热变形;此值低则蓄电池快速充电的时间短,延长了蓄电池充足电的时间,但有利于向涓流阶段转换。
因此,这个也是个重要参数,不能偏离过多。
转换电流:
转换电流的参考值为500mA左右。
通常该参考值范围是450—550mA,若此值过高,虽然有利于延长蓄电池的使用寿命,但增加了充电时间,但不能低于400mA。
若此值低,虽有利于充足电并缩短充电时间,但会导致恒压充电时间过长,容易引起蓄电池失水,降低蓄电池的使用寿命。
当个别蓄电池出现问题,使充电电流不能降为转折电流时,会损坏同组其他蓄电池。
注意事项:
充电时要注意的事项:
一是在通风良好的环境下进行,以免温度过高给充电器和蓄电池带来危害,影响三段式充电过程;二是充电过程中如果闻到异味或充电器外壳温度过高,应立即停止充电,对充电器进行检修或更换;三是不要让金属和水等导电物质进入充电器内部,以免充电器内部的电子元器件被短路损坏。
3本设计的硬件设计
3.1使用芯片介绍
电动车的充电器随着时代的发展,体积越来越小,重量越来越轻,效率越来越高,安全度也逐步提升的主要原因在于集成芯片的发展和使用。
将更多的功能集成于一块芯片上,这将是未来电子技术发展的必然趋势,我相信随着集成芯片的不断发展,充电器的发展也会步入一个崭新的时代。
1、UC3842单管开关电源
UC3842属于单端输出脉宽控制芯片,它是一种高性能的固定频率电流型控制电路,广泛应用在隔离式单端开关电源设计以及直流—直流电源变换器中。
它主要的优点是外界元件少,结构简单,成本低。
它的内部电路包括如下性能:
一是可调整的充放电振荡器,可精确的控制占空比;二是采用电流型控制,并可在500KHz高频状态下工作;三是误差放大器具有自动补偿功能;四是带锁定的PWM控制电路,可进行逐个脉冲的电
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- 关 键 词:
- 06 三段式 智能 电池充电器 设计 毕业设计