電動車用48V （20A·h）蓄電池充電器的研究

近年來，電動車作為一種新型的綠色交通工具得到了迅猛的發展，并呈現出向大功率、高速化和功能多樣化的發展趨勢。因此，電動車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。實驗研究表明：影響蓄電池性能的因素多種多樣，如電動車的裝配性能、行駛電流、充電策略等。

其中蓄電池的充電過程對其壽命影響最大，過充電、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，開發一種具有自主知識產權，具備適用功率大( 100 ~500W ) 、性能可靠等特點的電動車用48V (20A·h)蓄電池充電器以滿足電動摩托車、卡丁車、沙地車等電動車發展的迫切需要。該充電器以P IC16C712作為實時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調節輸出電壓、電流，進行智能充電，并且能夠對充電器的運行狀態進行實時監測，若有異常，能及時地進行保護。此外，該充電器還具有體積小、重量輕、精度高、充電速度快、性能穩定等顯著優點。

1 充電器原理與硬件設計

1. 1 總體設計

目前，電動車電池作為一種儲能裝置，主要以鉛酸蓄電池為主，充電器是專門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達到恒流/恒壓充電的目的，為了實現充電過程各種工作參量的實時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，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關電源單元(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、電源專用集成芯片UC3875及微控制器P IC16C712)兩部分組成。

在開關電源單元，單相220V /50Hz的交流電需經過全橋整流及大電容低頻濾波穩壓，然后經過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。經高頻變壓器耦合到副邊，再經整流管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8位A /D, 3個定時器和1個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，經過F /V轉換之后輸入到由美國Unitrode公司生產的移相式開關電源專用集成芯片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現。

1. 2 溫度信號采集電路

在充電過程中，蓄電池的溫度是一個非常重要的參數。因為鉛酸蓄電池的電壓具有負溫度系數，其值為- 4mV /℃，對于一個在環境溫度為25℃時工作很理想的充電器在環境溫度降到0℃時，蓄電池將出現充電不足的現象;而當環境溫度升高到50℃時，蓄電池將出現過充電的現象，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境溫度調整充電過程中的各轉換電壓值;同時，充電器還應具備溫度保護功能，在充電過程中，當蓄電池溫度超出限定的溫度范圍時充電器應立即停止充電或進入涓流充電，并且PIC16C712應點亮故障指示燈以提示用戶出現何種異常。由上分析可知，溫度檢測的準確性將在很大程度上影響充電器的性能。為此，利用LM61B IM3溫度傳感器設計了溫度檢測電路，如圖3所示，該傳感器可以測量的溫度范圍為- 25℃~ + 85℃，線性度為10mV /℃，即：

圖3 溫度采集電路圖

2 充電策略與算法設計

2. 1 充電流程