电动汽车镍氢充电器的设计
电动汽车充电机(站)设计规范
电动汽车充电机（站）设计规范目次前言 11 适用范围 22 引用标准 23 定义 34 对充电机的要求 44.1 适应电池类型 44.2 对供电电压的要求 44.3操作方式 44.4 充电机的充电效率和功率因数 54.5 充电机控制的安全要求 55 充电控制导引电路 75.1 充电控制导引电路组成 75.2 安全控制功能 76 对充电连接器的要求 76.1 主要技术参数 76.2 对连接器的基本要求 86.3 连接器插接端子的连接和分离顺序 97 充电机接口和通信要求 97.1 充电机接口 97.2充电机通信要求 98 计量、计费 99 充电机的质量认证 1010 外观、标识和标志 10前言电动汽车能源供给系统主要由供电系统、充电系统和动力蓄电池构成。
充电机（站）是充电系统的重要组成部分。
制定充电机（站）的技术标准，是建立能源供给系统的基础。
目前已经颁布的电动汽车充电系统国家标准有：GB/T 18487.1-2001《电动车辆传导充电系统一般要求》、GB/T 18487.2-2001《电动车辆传导充电系统电动车辆与交流/直流电源的连接要求》、GB/T 18487.3-2001《电动车辆传导充电系统电动车辆与交流/直流充电机（站）》。
本规范是在GB/T 18487标准的基础上，根据国家电网公司建立能源供给系统的要求，对电动汽车充电机（站）的基本功能、工作状态、安全要求、充电控制导引电路、充电连接器、接口和通信要求、产品质量认证等做出了规定。
对充电站技术规范其他部分的内容将在后期工作中补充和完善。
国家电网公司将根据项目进展需要，陆续发布相关技术规范（草案），在项目实施过程中修改、完善和提高，最终形成国家或行业标准。
本规范供国家电网公司所属各省市公司试行，并请各省市公司根据实施情况，提出修改建议。
1 适用范围本规范适用于国家电网公司设计使用的电动汽车用充电机（站）。
2 引用标准下列标准所包含的条文，通过在本规范中引用而构成为本规范的条文。
混合电动汽车镍氢电池的建模分析
关键 词 ：镍 氢 电池 ；Ｓｅ ｈｒ 模 型 ； 电压 特 性 ；仿 真 模 型 ｈｐ ｅｄ
ｂｉ ｌｃ ｃｖｈｃｅ ｉ ｅｔｂｉ ｅ ｅＳｍ ｏ ｅ Ｓｓ ｍ （ Ｐ ） ｈ ｏ ａｅａｄ ｃｒ ｎ ｈ ｒｃ ｒ ｔ ｓｉ ａａ ｒ ｅ ｔ ｅ ｉ ｓ ｓ ｓ ｌｈ ｄｉ ｔ ｉ Ｐ ｗ ｒ ｙｔ ｄ ｅｒ ｉ ｌ ａ ｓ ｎｈ ｅ Ｓ Ｓ ．Ｔ ｅｖｌ ｇ ｎ ｕｒ ｔｃａａｔ ｓｃ ｓ ｎ — ｔ ｅ ｅ ｉ ｉ
第 ３期 ２１ ０ ２年 ６月
机
电
元
件
Ｖ０． ２ Ｎｏ ３ １３ ．
ＥＬＥＣＴＲ０Ｍ ＥＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＣｏＭ ＰｏＮＥＮＴＳ
Ｊｎ ２ ２ ｕ ． ０１
混合 电动 汽 车镍 氢 电池 的建 模 分 析
马晓峰 。嵇 伟
（ ．石 家庄 惠远 邮 电设 计 咨询 有 限公 司 ，河 北 石 家庄 ０ ０２ ； １ ５０ １
Ｄ ｉ ０ ９ ９ ｊ ｉ ｎ １ ０ ６ ３ ．２ １ ． ０ ．０ １ ｏ ：１ ．３ ６ ／ ． ｓ ． ０ ０— 】 ３ ０ ２ ３ １ ｓ
中 图 分 类 号 ：Ｕ４ ９ ６ ．７
文 献 标 识 码 ：Ａ
文章 编 号 ：１０ ６ ３ （０ ２ ０ ０４ ０ ０ ０— １３ ２ １ ）３— ０ ８— ５
（ ． ｈ ｉｚｕ ｎ ｉ ａ ＆ＴＤ ｓ ｎａ ｄＣ ｎｕｔｔ ｎＣ Ｌ Ｄ， ｅ ｅ Ｓ ｉａｈ ａ ｇ０ ０ ２ ； １ Ｓ ｉａｈ ａ ｇＨｕ ｕ ｎＰ ｅｉ ｎ ｏ ｓｌ ｉ Ｏ． Ｔ Ｈ ｂｉ ｈｊ ｚｕ ｎ ，５ ０ １ ｊ ｙ ｇ ａｏ ｉ
一种电动汽车蓄电池智能充电器的设计
电 池 是 电动 汽 车 关键 动 力 的输 出单 位 ，在 铅 酸 蓄 电池 、
镍 氢 电池 、 锂 电池 等 几 种 常 用 电池 中 ． 铅 酸 蓄 电池 因 为 具 有
产生 Ｐ ＷＭ 控 制 信 号 来 控 制 开 关 管 的导 通 和截 止 ，从 而 控 制 输 出 电 压 电 流 ，为 蓄 电池 提 供 ０ — ６ ０ Ｖ的电压和 ０ ～ １ ０ ０ Ａ 的
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆＥ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｎ ｄ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ，Ｗｕ ｈ ａ ｎ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ，Ｗｕ ｈ ａ ｎ ４ ３ ０ ２ ０ ５ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｅ ｒ ａ ｇ ａ ｉ ｎ ｓ ｔ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ａ ｕ ｔ ｏ ｍｏ ｂ ｉ ｌ ｅ ｌ ｅ ａ ｄ － ａ ｃ ｉ ｄ ｂ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｉ ｅ ｓ ． Ｔ ｈ ｅ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｓ ｉ ｔ ｓ ｈ ａ ｒ ｄ ｗ ａ ｒ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｎ ａ ｕｔ ｏ ｍｏ ｂｉ ｌ ｅ ｂａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｙ ｉ ｎｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｇ ｅ ｎｃ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｅ ｒ
Ｌ ＥＩ Ｙ ｕ ａ ｎ — ｌ ｉ ｎ，ＨＵ ＡＮ Ｇ Ｙｕ ａ ｎ — ｆ ｅ ｎ ｇ ，ＹＵ ＡＮ Ｘｉ ａ ｏ — ｙ ｕ
第２ １卷 第 ２ ４期
Ｖｏ １ ． ２１
Ｎｏ． ２ ４
电 子 设 计 工 程
Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
电动汽车拆解1——PCU
PCU（一）：采用双面冷却构造实现小型化图1：混合动力车的系统构成（雷克萨斯LS600h）由充电电池（镍氢）、PCU（功率控制单元）、驱动马达及发电机等构成。
PCU具有升降压转换器和逆变器功能。
(点击放大)电装已开始向丰田汽车的部分混合动力车型提供PCU（功率控制单元）。
丰田汽车现在的混合动力系统全部为水冷式，而非空冷式。
混合动力车在前格栅的发动机室内配置了不同于发动机用散热器的混合动力系统专用散热器。
混合动力系统采用冷却水来冷却PCU和驱动马达。
过去，丰田汽车的“普锐斯”及“皇冠Hybrid”等车型一直利用水冷单面冷却PCU内的功率半导体。
而“雷克萨斯LS600h”采用的最新PCU虽然同样是水冷式，但采用的是双面冷却构造（图1，2）。
由于散热面积增大，因此比单面冷却更容易冷却。
单位体积的输出功率比原来提高了60％。
在相同的输出功率情况下，体积则可比原来减小约30％，重量减轻约20％。
PCU具有逆变器和升降压转换器的作用。
逆变器具有将充电电池的直流电压转换成马达驱动用交流电压的功能以机将马达再生的交流电压转换成直流图 2：PCU（功率控制单元）主体由控制底板电路、双面散热的功率半导体元件、层叠型冷却器及电容器等构成。
PCU内的功率半导体从两面进行冷却。
过去采用的是单面冷却。
(点击放大)电压的功能。
升降压转换器用来升高和降低充电电池供应给马达的电压。
向雷克萨斯LS600h等高功率混合动力车提供PCU，需要提高逆变器和升降压转换器的输出功率，也即需要增大电流。
解决方法之一是增加PCU的功率半导体元件数量或使元件比原来流过更大电流。
PCU存在问题是散热。
现在的车载用功率半导体最高可耐150℃高温，因此需要采用始终将温度保持在150℃ 以下的冷却结构。
雷克萨斯LS600h需要提高PCU的性能，同时减小PCU尺寸。
由于不能增加元件数量，因此采用了支持更大电流的功率半导体。
这样，单面冷却就不足以解决大电流功率半导体的散热问题，因此采用了双面冷却结构。
电动汽车充电机(站)设计规范
电动汽车充电机（站）设计规范目次前言 11 适用范围 22 引用标准 23 定义 34 对充电机的要求 44.1 适应电池类型 44.2 对供电电压的要求 44.3操作方式 44.4 充电机的充电效率和功率因数 54.5 充电机控制的安全要求 55 充电控制导引电路 75.1 充电控制导引电路组成 75.2 安全控制功能 76 对充电连接器的要求 76.1 主要技术参数 76.2 对连接器的基本要求 86.3 连接器插接端子的连接和分离顺序 97 充电机接口和通信要求 97.1 充电机接口 97.2充电机通信要求 98 计量、计费 99 充电机的质量认证 1010 外观、标识和标志 10前言电动汽车能源供给系统主要由供电系统、充电系统和动力蓄电池构成。
充电机（站）是充电系统的重要组成部分。
制定充电机（站）的技术标准，是建立能源供给系统的基础。
目前已经颁布的电动汽车充电系统国家标准有：GB/T 18487.1-2001《电动车辆传导充电系统一般要求》、GB/T 18487.2-2001《电动车辆传导充电系统电动车辆与交流/直流电源的连接要求》、GB/T 18487.3-2001《电动车辆传导充电系统电动车辆与交流/直流充电机（站）》。
本规范是在GB/T 18487标准的基础上，根据国家电网公司建立能源供给系统的要求，对电动汽车充电机（站）的基本功能、工作状态、安全要求、充电控制导引电路、充电连接器、接口和通信要求、产品质量认证等做出了规定。
对充电站技术规范其他部分的内容将在后期工作中补充和完善。
国家电网公司将根据项目进展需要，陆续发布相关技术规范（草案），在项目实施过程中修改、完善和提高，最终形成国家或行业标准。
本规范供国家电网公司所属各省市公司试行，并请各省市公司根据实施情况，提出修改建议。
1 适用范围本规范适用于国家电网公司设计使用的电动汽车用充电机（站）。
2 引用标准下列标准所包含的条文，通过在本规范中引用而构成为本规范的条文。
电动汽车用镍氢蓄电池技术条件
电动汽车用镍氢蓄电池技术条件电动汽车用镍氢蓄电池1 范围本标准规定了电动汽车用镍氢蓄电池的技术要求、试验方法、检验规则以及标志、包装、运输和贮存等。
本标准适用于混合动力电动汽车用镍氢蓄电池单体，以及由单体组成的蓄电池模块和蓄电池包。
2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB 4208-93 外壳防护等级QC/T 744 -2006 电动汽车用金属氢化物镍蓄电池SAND2005-3123 FreedomCAR Electrical Energy Storage System Abuse Test Manual forElectric and Hybrid Electric Vehicle Applications3 术语和定义下列术语和定义适用于本标准。
3.1蓄电池单体构成电池系统的最小单元，一般由正极、负极和电解液等组成，其标称电压为电化学偶的标称电压。
3.2蓄电池模块放置在一个单独的机械或电气单元内的一组相联的蓄电池单体（模块内蓄电池单体串联数记为n1）。
3.3蓄电池包能量存储装置，包括蓄电池单体或蓄电池模块的集成（蓄电池包内单体总串联数记为n2）、高压电路、低压电路、冷却装置以及机械总成。
3.4额定电压指蓄电池单体串联数乘以1.2V所得到的电压。
3.5额定容量制造厂规定的在指定的放电率、温度及放电终止电压下，从完全充电的蓄电池（单体、模块、包）中放出的容量。
3.6荷电状态（SOC）在蓄电池全充电的状态下，放电后剩余容量和全荷电容量之比。
3.7放电深度（DOD）表示蓄电池（单体、模块、包）放电状态的参数，等于实际放电容量和额定容量的百分比。
3.8峰值功率由制造商规定的，蓄电池（单体、模块、包）所允许的不影响循环寿命的瞬态（10秒）充放电的最大功率3.9过充电对已经充满电（SOC达到100％）的蓄电池（单体、模块、包）继续充电，或超出最大充电电流限制的充电。
镍氢电池智能充电器的设计
镍氢电池智能充电器的设计摘要：本文探讨了镍氢电池智能充电器的硬件结构与软件设计，通过对充电电压，电流及温度的检测，不但很好地延长了电池的寿命，而且又能使电池快速充满。
关键字：智能充电 AVR 单片机镍化氢电池（Ni-MH）具有价格比较低，通用性强，输出电流大的优点，由于使用了以储氢合金取代负极原来使用的镉，没有了重金属镉带来的环境污染，被人们成为“绿色电池”，与镍镉电池相比没有记忆效应，并且有很好的冲放电性能，在轻重量的手持设备中镍氢电池有广泛的使用。
一、镍氢电池充电原理电池充电是通过逆向化学反应将能量存储到化学系统里实现的。
电池的充电特性受充电电流、温度和充电时间的影响。
电池端电压会随着充电电流的升高、温度的降低而增加;充电效率会随着充电电流、充电时间和温度的改变而不同。
镍氢电池工作温度在0℃~45℃，充电时电池温度在10℃~30℃之间效率最高。
电池的充电速率的单位用C表示，C为电池的额定容量。
例如300mA对600mAH电池充电，充电率为0. 5C, 2小时才能充入600mA的电量使电池变满。
充电分为快速充电（Fast Charge）和涓流充电（Trickle Charge），快速充电的充电速率一般为1C，涓流充电的充电速率一般为0.01C~0.05C。
充电的方式分为分级恒流方式和脉动方式。
分级恒流方式是目前主要采用的方式，它在充电的不同阶段采用不同的大小的恒定充电电流，脉动方式的充电电流的大小是恒定的，通过一个PWM信号控制充电电路的通断，通过调整占空比使充电曲线尽可能地模拟最佳充电曲线。
充电电池是否充满有多种方法，本系统采用的是检验电压变化率的方法：充电过程中电池上的电压会越来越高，但是增长到一定时，电压便不再变化。
当ΔV/Δt到一定值时,我们认为电池已经充满,必须停止充电,否则会过充而损坏电池。
（某些类型的电池，当电池充满后继续充电将导致电压的下降，不适用此法）当然也可以采用检测电池温度变化率，检测充电电池电压，检测充电电流等方法。
电动汽车电池管理系统设计方案设计说明 (1)
随着能源枯竭和节能产业的发展，社会对环境保护的呼声，使得零排放电动汽车的研究得到了许多国家的大力支持。
电动汽车的各种特性取决于其动力源——电池。
管理可以提高电池效率，保证电池安全运行在最佳状态，延长电池寿命。
1.1电动汽车目前，全球汽车保有量超过6亿辆，汽车的石油消耗量非常大，达到每年6至70亿桶，可占世界石油产量的一半以上。
长期现代化和规模化开采，石油资源逐渐增加。
筋疲力尽的。
电能来源广泛，人们在用电方面积累了丰富的经验。
进入2 1世纪，电能将成为各种地面交通工具的主要能源。
电动汽车的发展是交通运输业和汽车业发展的必然趋势。
由于电动汽车的显着特点和优势，各国都在发展电动汽车。
中国：早在“九五”时期，我国就将电动汽车列为科技产业重大工程项目。
在全市七尾岛设立示范区。
清华大学、华南理工大学、广东汽车改装厂等单位都参与了电动汽车的研发，丰田汽车公司和通用汽车公司提供样车和技术支持在示范区进行测试.德国：吕根岛测试场是德国联邦教育、科学研究和技术部资助的最大的 EV 和 HEV 测试项目，提供 Mercedes-Benz AG、Volkswagen AG、Opel AG、BMW A G 和 MAN Motors 64 辆 EV 和 HEV经公司测试。
法国：拉罗尔市成为第一个安装电动汽车系统的城市，拥有 12 个充电站，其中 3 个是快速充电站。
标致雪铁龙、雪铁龙和标致雪铁龙集团都参与了电动汽车的建设。
日本：在大阪市，大发汽车公司、日本蓄电池公司和大阪电力公司共同建立了EV和HEV试验区。
1.2 电动汽车电池根据汽车的特点，实用的动力电池一般应具有比能量高、比功率高、自放电少、工作温度范围宽、充电快、使用寿命长、安全可靠等特点。
前景较好的是镍氢电池、铅酸电池、锂离子电池、1.3 电池管理系统（BMS）电池能量管理系统是维持供电系统正常应用、保障电动汽车安全、提高电池寿命的关键技术。
可以保护电池的性能，防止单个电池的早期损坏，方便电动汽车的运行，并具有保护和警示功能。
镍氢电池充电器设计方案汇总（五款模拟电路设计原理图详解）
镍氢电池充电器设计方案汇总（五款模拟电路设计原理图详解）镍氢电池的特点单体镍氢电池的结构是密封圆柱形，标称电压为1.2V，它主要有以下特点：（1）容量大NiMH电池的“储能密度”，以5号（AA型）可充电电池为例，至少在1000mAh以上，好的能达到1400mAh，在同等体积和重量的条件下，其容量是镍镉电池的2～3倍，而比传统型镍镉电池要多出1倍多。
（2）无“记忆效应”“记忆效应”是指电池在使用过程中，由于没有完全放电就进行充电，造成电池负极板上产生不正常的氧化物导致，它对电池电压有抑制作用，表现为电池充电很足，但放电时，电压骤减，致使电池使用寿命缩短。
镍氢电池无“记忆效应”，但在使用过程中，有自放电现象。
正常使用情况下，其电量的流失量为每天1％～3％，充满电的镍氢电池，放置几星期后再使用，就必须重新充电。
由于镍氢电池无“记忆效应”，所以在开始为它充电前不需做放电处理，可以随用随充，在任一点充电。
（3）耐过充电、过放电能力强镍氢电池充电、放电比较随便，即使过充电也不会造成电池永久性损伤，电池放电到0V以后再充电，仍然能够恢复镍氢电池的容量。
（4）无污染由于镍氢电池含镉成分极微，甚至不含镉成分，不会污染环境，所以镍氢电池也叫环保电池或“绿色电池”。
现有很多国家都投巨资兴建镍氢电池生产线。
（5）资源丰富镍氢电池所用的储氢合金是从稀土中提炼出来的，而我国是稀土资源大国，约占全球总储存量的80％，所以我国发展镍氢电池具有得天独厚的优势。
（6）寿命长镍氢电池以1C电流充电、放电循环使用寿命超过500次，以0.2C 电流充、放电循环使用寿命超过1000次，从实际使用寿命看，以5号镍氢电池为例，采用1000mA电流充电，可累计重复使用1000h。
镍氢电池充电器设计方案（一）该电池盒由14节1.2V／1.8A·h镍氢电池组成，每7节为一组并联组成8.4V／3.6A·h电池。
每组电池经过电流、超温保护元件连接，并由热敏电阻与充电控制板组成一体，通过六芯插座与外部电源适配器连接，实现电池组的充电控制。
电动汽车镍氢充电器的设计
参考文献 :
图 2 充电程序流程图
系统软件用 C 语言编写 , 在 ICCAVR 环境下编 译 , AVR Studio4环境下调试完成 。在编制软件的过程 中 ,虽然先恒流后恒压的控制方式比较简单 ,但要充分 考虑到单片机检测充电机输出电压的检测点与电池端 之间的线压降 。因此 ,在处理充电电流不断减小的过 程中 ,只有控制充电机的输出电压与线压降之间的平
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2008年 1月 25日第 25卷第 1期
通信电源技术
Telecom Power Technologies
Jan. 25 , 2008, Vol. 25 No. 1
在恒压阶段如果单片机检测到电池温度高于 45 °则自 动转入第三阶段 ,待温度下降后再转入第二阶段 。充 满后通过单片机关断继电器 ,停止充电 。
3 系统软件设计
软件流程框图如图 2所示 。
衡关系 ,才能使电池端的电压为恒定值 。
4 结束语
相对于传统的定电压和定电流充电法 ,三段式充
收稿日期 : 2007 207202 作者简介 : 李昌林 (19802) ,男 ,湖北武汉人 ,武汉理工大学硕士 研究生 ,研究方向 : 检测技术与自动化装置 。
电理论则可以大大提高电池的充电效率 。三段式充电 采用先恒流充电 ,再恒压充电 ,最后采用浮充充电 。如 果充电前电池处于深度放电状态则还要在充电前进行 预充电 。
2008年 1月 25日第 25卷第 1期
文章编号 : 1009 23664 (2008 ) 01 20046 203
电动汽车充电设施通用技术要求
电动汽车充电设施通用技术要求
电动汽车充电设施通用技术要求是指适用于各种类型和品牌的电动汽车充电设施的技术标准和要求。
以下是一些常见的电动汽车充电设施通用技术要求：
1. 充电接口标准：充电设施应符合国际标准，如IEC 62196或GB/T 20234等，以确保充电设施与电动汽车之间的兼容性。
2. 充电功率：充电设施应能够提供不同功率级别的充电，以满足不同电动汽车的需求。
通常有快速充电、普通充电和慢速充电三种功率级别。
3. 安全要求：充电设施应符合相关的安全标准，如防护等级、防雷击、漏电保护、过电流保护等，以确保用户和设备的安全。
4. 充电效率：充电设施应具备高效率的充电能力，以减少能源的浪费和充电时间。
5. 通信协议：充电设施应支持与电动汽车之间的通信，以实现监测、控制和计费等功能。
常见的通信协议有OCPP、GB/T 27930等。
6. 车载识别：充电设施应能够识别电动汽车的车辆类型和充电需求，以自动调整充电功率和充电方式。
7. 数据采集和管理：充电设施应能够采集和管理充电过程中的相关数据，如充电量、充电时间等，以便于用户和运营商进行监控和管
理。
8. 充电设施布局：充电设施应具备合理的布局和设计，以方便用户使用和充电设备的维护。
以上是一些常见的电动汽车充电设施通用技术要求，具体要求还需根据当地法规和市场需求进行调整和制定。
电动汽车镍氢充电器的设计
案 ， 能 有 效 的 提 高 充 电 效 率 ， 延
长 电池 的使 用 寿பைடு நூலகம் 。
（ ｍｉ ）。 综 合 控 制 法 是 指 综 合 Ｔ ｎ 使 用 上 述 控 制 方 法 中 的 几 种 控 制
方法 。
２ 控 制 方 法 介 绍 ．
ＣＬ ｎｕ ｂ Ｃ ｍ ｅｒ： ９ １ １１
Ｄ￣ ｕｍ ｅｎｔ￣ｏ ｄｅ： Ａ
ＡＩ ｉ ｅ Ｉ ０ ３ ０ ０ ２０ ７ １ － １ － ＇ｄ ｔ Ｉｋ１ ０ １ ７（ ０ ） ０ ００ ５ ０３
１ 引 言 。
电 池 是 电 动 汽 车 的 关 键 动 力 输 出 单 位 ， 在 铅 酸 蓄 电 池 ， 镍 镉 电 池 ， 镍 氢 电 池 ， 锂 电 池 和 燃 料 电 池 等 几 种 常 用 电 池 中 ， 因 为 具 有 能 量 比 大 、 重 量 轻 、 温 度 特 性
不 正 确 ， 造 成 充 电 电 池 的 使 用 寿 命 远 远 低 于 规 定 的 寿 命 。 也 就 是 说 很 多 电 池 不 是 被 用 坏 的 而 是 被 充 坏 的 ， 可 见 充 电 器 的 好 坏 对 电 池 寿 命 有 很 大 的影 响 。 基 于 此 ， 本 文 提 出 一 种 使 用 ３ 式 充 电 控 段 制 方 案 的 智 能 充 电 器 的 设 计 方
‘
一 ～
３ 系统 硬 件构 成 。
３． １总 体 硬 件 设 计
充 电 对 象 为 镍 氢 电 池 ， 采 用 电
用 的 温 度 控 制 法 包 括 最 高 温 度
法 （ Ｔｍａｘ）， 充 温 升 法 （Ａ Ｔ）。 温
镍氢电池充电器论文.doc
一．概述近年来，因为便携式电子产品用量大增，使得对电池的要求不管是质还是量，都有很大幅度的成长。
在这样的背景下，镍氢电池的也越来越受到广大用户的关注。
镍氢电池于1988年进入实用化阶段，1990年在日本开始规模生产，此后产量成倍增加。
镍氢电池是有氢离子和金属镍合成，电量储备比镍镉电池多30%，比镍镉电池更轻，使用寿命也更长，并对环境无污染。
与镍镉电池相同，镍氢电池也具有记忆效应，但远小于镍镉电池，因此每次充电前没有必要进行放电操作。
镍氢电池的自放电率较大，可达25%—35%每月，其充电方式是以定电流充电，无法耐过充电。
不同型号的电池，由于体积，重量等因素的不同，因而储存容量也不同。
镍氢电池的这些性能也对其充电电路的设计有相关要求，本次课程设计题目就为镍氢电池充电器的设计，具有一定的实用价值。
二．方案设计提到镍氢电池，首先应考虑到电池充电器的基本组成部分，分析如下：第一，充电器一般用的都是220V的交流市电，而镍氢电池充电电压明显要小于220V，而且是直流电，因此充电器内应该有电源部分的电路，对外接的电源进行降压和整流；第二，对电池充电应要考虑该电池的充电电流的大小，对电流应该有个控制部分电路；第三，应时刻对电池两端电压进行检测，作为反馈接到控制部分。
即镍氢电池充电器电路由电源电路、电池电压检测电路、控制电路和充电电路组成，基本设计原理如图1所示：图1镍氢电池充电器电路原理框图由外接220V交流电压通过电源电路为整个系统进行供电，设计控制电路来调整充电电流等相关参数，最后通过充电电路来实现对镍氢电池的充电，与此同时利用电池两端的电压检测电路作为反馈到控制电路中，以此实现整体对镍氢电池的充电过程。
此方案的特点是设计结构清晰简明，工作可靠，无需调整，利用所学的模拟电子技术的只是便可解决。
三、电路设计1.直流稳压电源电路外接市电电源为220V，频率为50HZ的交流电，而实验需要的是直流稳压电源，所以首先应进行交直流的转换，对于整流来说，最常用的要算是二极管组成的桥式整流电路了，用四个1N4007二极管组成桥式电路进行整流。
镍氢智能充电器的设计(DOC)
目录设计总说明: (I)Instruction: (III)绪论 (1)1 概述 (2)1.1 镍氢电池的发展状况及其应用领域 (2)1.2镍氢电池的简述 (3)2 镍氢电池的充电原理 (4)2.1 充电相关术语 (4)2.2镍氢电池的工作原理和电化学原理 (6)2.2.1镍氢电池的工作原理 (6)2.2.2镍氢电池充放电时的电化学原理 (6)2.3镍氢电池的特性 (8)2.3.1镍氢电池的充放电特性曲线 (8)2.3.2 镍氢电池的使用寿命 (10)2.3.3 镍氢电池充电、放电过程中的注意事项 (10)2.4 充电方法、过程及充电终止控制方法 (11)2.4.1 充电方法 (11)2.4.2充电过程 (13)2.4.3充电终止控制方法 (13)3 硬件电路的设计 (15)3.1电路整体框架 (15)3.2控制芯片AT89C2051简介 (15)3.3充放电路的设计 (17)3.4 电压变换和模拟开关选通电路设计 (18)3.4.1 LF353简介 (19)3.4.2 TL431简介 (20)3.4.3 CD4051简介 (22)3.4.4电路功能及参数的确定 (24)3.5 A/D转换电路设计 (25)3.6 电路其他组成部分 (26)3.7 电路工作过程分析 (26)3.8误差分析及解决办法 (27)3.8.1 A/D转换误差分析 (27)3.8.2 误差解决办法 (28)3.9影响A/D转换速度的因素及提高办法 (28)4 程序设计 (29)4.1 设计整体思路 (29)4.2 主程序代码设计 (30)4.3 子程序设计 (34)5 结论 (37)参考文献 (39)附录A 系统电路图 (40)附录B 主要源代码 (41)致谢 (50)镍氢电池智能充电器的设计设计总说明:最近几年以来，数码技术的发展使人们对能源的要求越来越高，作为能源市场上的佼佼者，性价比高的镍镉镍氢电池可满足很多方面的需求，得到了众人的青睐，各种镍镉镍氢电池的充电器也得到了很大发展。
电动汽车用镍氢蓄电池充电发热问题的研究
蓄电池要达到实用化和产业化的水平，必须解决的 一个很重要的问题就是快速充电及快速充电过程中 蓄电池发热问题。本文试图对镍氢蓄电池充电过程 中的发热问题进行一些探索。 " 镍氢蓄电池充电过程中的热效应分析 要解决镍氢蓄电池充电过程中的发热问题，首 先必须了解镍氢蓄电池充电过程中的热量来源，以 便采取有效措施减少蓄电池的发热。
［-］ 由热力学导出的热函电 $ * 第 # 种方法是 AH>PP 压法。 AH>PP 用 ! U " （ # $ # ! $ ）来计算铅酸蓄电池 瞬时热量产生的速率 ! 。其中， " 为电流，充电为
越来越多。据估计，大约有 ( 亿辆汽车在行驶，每 年要消耗 ’ 亿 G 汽油。这些汽车产生的尾气对环境 造成了很大的污染，尤其是在汽车较多的大城市。 要消除汽车尾气对环境的污染，一般来说有 ! 条途 径：一条途径是研制高性能的尾气净化器，以减少 汽车尾气对环境的污染，但这种方法并不能完全消 除污染；另一种彻底解决汽车尾气对环境污染的途 径就是用电动汽车代替燃油汽车。然而，电动汽车 的关键是蓄电池。在众多现行研制和开发的电动汽 车用蓄电池（如铅酸、镉镍、镍氢、锂离子、锂聚 合物和钠硫等蓄电池）中，镍氢蓄电池以其高比能 量、长寿命、适合大电流放电、无污染等优异综合
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设计"研究
电动汽车用镍氢蓄电池充电发热问题的研究
镍氢电池充电器的设计
镍氢电池充电器的设计序言社会信息化进程的加快对电力、信息系统的安全稳定运行提出了更高的要求。
在人们的生产、生活中，各种电气、电子设备的应用也越来越广泛，与人们的工作、生活的关系日益密切，越来越多的工业生产、控制、信息等重要数据都要由电子信息系统来处理和存储。
而各种用电设备都离不开可靠的电源，如果在工作中间电源中断，人们的生产和生活都将受到不可估量的经济损失。
对于由交流供电的用电设备，为了避免出现上述不利情况，必须设计一种电源系统，它能不间断地为人们的生产和生活提供以安全和操作为目的可靠的备用电源。
为此，以安全和操作为目的的备用电源设备上都使用充电电池。
这样，即使电力网停电，也可利用由充电电池构成的安全和操作备用电源，从容地采用其他应急手段，避免重大损失的发生。
而对于采用充电电池供电的用电设备，从生产、信息、供电安全角度来说，充电电池在系统中处于及其重要的地位。
特别是镍氢电池具有良好的充放电性能，可随充随放、快充深放，无记忆效应，不含镉、铅、汞等有害物质，对环境无污染，被称为绿色电池。
基于这些特性，所以镍氢电池得到了迅速的发展和广泛的应用。
镍氢电池充电器是为镍氢充电电池补充能源的静止变流装置，其性能的优劣直接关系到整个用电系统的安全性和可靠性指标。
本论文从镍氢电池技术特性、充电技术、充电器电路结构、充电器典型电路和电池保护等方面，多角度地阐述了充电技术发展和应用。
由于时间仓促以及本人水平有限，论文中难免存在疏漏之处，敬请老师批评指正。
第1章绪论1.1 课题研究的背景电池是一种化学电源，是通过能量转换而获得电能的器件。
二次电池是可多次反复使用的电池，它又称为可充电池或蓄电池。
当对二次电池充电时，电能转变为化学能，实现向负荷供电，伴随吸热过程。
对于二次电池，其性能参数很多，主要有以下4个指标：①工作电压：电池放电曲线上的平台电压。
②电池容量：常用单位为安时(Ah)和毫安时(mAh)。
③工作温区：电池正常放电的温度范围。
电动汽车充电机原理图
电动汽车充电机原理图
电动汽车充电机原理图如下：
图中标注了相关的元件和电路连接，以下对各部分进行解释：
1. 交流电源：图中的插座代表外部交流电源，可以是家庭电源或者充电桩等。
2. 变压器：交流电源经过变压器，将其转换为车载充电机所需的电压。
变压器由有输入和输出端，输入端连接到交流电源，输出端连接到车载充电机。
3. 输入电阻：为了稳定电流和保护充电机，电路中通常会加入一个输入电阻。
4. 整流器：交流电压经过整流器，将其转换为直流电压。
整流器一般采用二极管或者晶闸管等元件。
5. 电容器: 用于储存电荷，平滑输出的直流电压。
充电机输出平滑的直流电压给电动汽车充电。
6. 锂电池管理系统：电动汽车中通常采用锂电池作为能源，充电过程需要电池管理系统对充电电流进行监控和控制。
7. 充电控制器：负责监测充电过程中的电流和电压，并控制充电过程中的各个阶段，如恒流充电和恒压充电。
8. 充电插头和插座：用于连接电动汽车和充电机，实现电能传输和充电。
请注意，以上只是简要的电动汽车充电机原理图说明，实际的充电机可能还包括其他电路和元件，以满足不同的充电需求和标准。
镍氢电池生产设备在新能源汽车领域的应用
镍氢电池生产设备在新能源汽车领域的应用近年来，随着新能源汽车的快速发展，镍氢电池作为一种高效、环保的电池技术，逐渐在新能源汽车领域得到了广泛的应用。
镍氢电池生产设备的不断升级和改进，为新能源汽车的推广和发展提供了坚实的技术基础。
首先，在新能源汽车领域，镍氢电池作为一种能量密度较高、充电效率较高、寿命较长的电池技术，因其具备高能量密度、快速充电、环保等优势，被广泛应用于电动汽车、混合动力汽车和其他新能源汽车。
镍氢电池生产设备在新能源汽车领域的应用主要体现在以下几个方面：首先，镍氢电池生产设备在生产工艺上进行了不断的优化和改进。
通过对生产设备的改良和升级，可以实现对镍氢电池的自动化生产、精确的控制和高效的生产能力。
这不仅提高了生产效率，降低了生产成本，也大大提升了镍氢电池的质量和性能稳定性。
其次，镍氢电池生产设备在材料选择和电池设计方面的优化，使得电池的能量密度得到了显著提高。
尤其是在正极材料的选择上，不断遴选出更加高效的材料，并采用优化的电池设计，极大地提升了电池的能量密度。
这使得新能源汽车的续航里程大大增加，满足了消费者对于续航里程的需求。
此外，镍氢电池生产设备在电池回收利用方面也进行了有效的创新。
由于电池的使用寿命有限，如何对电池进行回收和再利用，成为了新能源汽车发展过程中的一大难题。
镍氢电池生产设备通过改良回收系统，可以实现对废旧电池进行高效回收和再利用，从而减少资源浪费，降低了环境污染。
在新能源汽车领域中，镍氢电池生产设备的应用不仅带来了技术进步和环境保护，还为相关产业的发展带来了新的机遇和挑战。
一方面，镍氢电池生产设备的广泛应用，促进了相关产业链的发展，推动了新能源汽车产业的整体进步。
另一方面，镍氢电池生产设备的升级和改进，也为相关企业提供了更多的市场机会和竞争优势。
然而，镍氢电池生产设备在新能源汽车领域的应用还面临一些挑战和问题。
首先，镍氢电池生产设备的成本仍然相对较高，需要进一步降低生产成本，提高生产效率。
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2008年1月25日第25卷第1期通信电源技术Telecom Power Technol ogiesJan .25,2008,Vol .25No .1收稿日期:2007207202作者简介:李昌林(19802),男,湖北武汉人,武汉理工大学硕士研究生,研究方向:检测技术与自动化装置。
文章编号:100923664(2008)0120046203设计应用电动汽车镍氢充电器的设计李昌林,李 波,宋晓东(武汉理工大学自动化学院,湖北武汉430070) 摘要:介绍了一种2.4k W 用于电动汽车的高频软开关镍氢充电器,该充电器主充电电路采用零电压零电流全桥P WM 逆变器,移相芯片UCC 3895作为调节器,单片机AT MEG A 8作为辅助控制器,实现对镍氢电池的智能三段式充电。
关键词:蓄电池充电器;AT MEG A 8;自动控制中图分类号:T N 710文献标识码:ADesign of I ntelligent Charger forMH 2N IBattery of Electric VehiclesL I Chang 2lin,L IBo,S ONG Xiao 2dong(School of Aut omati on,W uhan University of Tchnol ogy,W uhan 430070,China )Abstract:The paper intr oduces a kind of intelligent MH 2N I battery charger which is used in electric vehicles with 2.4k W high frequency s oft 2s witching circuit .The main circuit of the charger is zer o 2voltage and zer o 2current s witching full bridge P WM converter .A phase shift res onant contr oller UCC 3895is used as a regulat or .A macr o 2contr oller AT MEG A 8is used as an contr oller t o realize the 32stage charging .Key words:battery charger;AT M EG A 8;aut omatic contr ol0 引 言电池是电动汽车的关键动力输出单元。
在铅酸蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂电池和燃料电池等几种常用电池中,镍氢电池因为具有能量比大、重量轻、温度特性好,污染低,记忆效果不明显等特点,在电动汽车中使用很普遍。
然而由于充电方法的不正确,造成充电电池的使用寿命远远低于规定的寿命。
也就是说很多电池不是被用坏的而是被充坏的,可见充电器的好坏对电池寿命有很大的影响。
因此,本文提出一种使用3段式充电控制方案的智能充电器的设计方案,能有效的提高充电效率,延长电池的使用寿命。
1 控制方法介绍常用的充电终止控制方法包括:定时控制法、电压控制法、电流控制法和综合控制法。
定时控制法是指用定时系统来控制充电时间,时间设定值到达时,对电池停止充电。
常用的电压控制法包括最高电压法(U max )、电压负增量法(-△U )、零电压增量法(0△U ),常用的温度控制法包括最高温度法(T max )、充温升法(△T )、温度变化率(△T /△t ),最低温法(T m in )。
综合控制法是指综合使用上述控制方法中的几种控制方法。
相对于传统的定电压和定电流充电法,三段式充电理论则可以大大提高电池的充电效率。
三段式充电采用先恒流充电,再恒压充电,最后采用浮充充电。
如果充电前电池处于深度放电状态则还要在充电前进行预充电。
2 系统硬件构成2.1 总体硬件设计充电对象为镍氢电池,采用电压、电流反馈的方法来达到恒流、恒压充电的目的,同时对充电过程中的各种参数进行检测和控制。
该充电器的总体设计如图1。
该方案中开关电源的最大输出功率为2.4k W ,交流输入范围为176V ～264V,充电器电路主要包括主充电电路和辅助控制电路两部分。
程为:220V 单相交流电经过全桥整流由电容进行滤波,得到约300V 左右的直流电,经过由4只I G BT 构成的逆变桥,得到高频交流电,经高频变压器耦合到副边,再经过整流管D 1、D 2整流,最后经过电感L 2和电容C 8滤波后得到稳定的直流输出。
由于采用三段式充电,每个阶段充电电压和充电电流都不同。
所以使用AT MEG A 8单片机作为充电过程控制设备,充电时单片机检测充电电池的充电电流、充电电压、电池温度,防止电路过压和过流,电池温度过高,还可以通过检测电池电压电流值来决定是否在切换到下一个充电阶段。
同时通过单片机给出每一阶段的充电电压值或电流值,与采样所得的对应电压电流值相比较,通过移相控制芯片UCC 3895来改变P WM 值来改变功率管的导通时间,来达到在不同阶段得到不同的稳定输出值的目的。
・64・ÓÉ Foxit Reader ±à¼-°æȨËùÓÐ (C) Foxit Software Company,2005-2006½öÓÃÓÚÆÀ¹À¡£通信电源技术 2008年1月25日第25卷第1期李昌林等: 电动汽车镍氢充电器的设计Telecom Power Technol ogiesJan.25,2008,Vol.25No.1图1 充电器总体设计图2.2 主充电电路介绍主充电电路采用全桥逆变电路。
H桥由4个I G2BT管Q1、Q2、Q3、Q4组成,Q1和Q4构成的超前桥臂实现零电压导通和关断,Q2和Q3构成的滞后桥臂实现零电流导通和关断。
工作时Q1和Q2的驱动电压反向,Q3和Q4的驱动电压也反向,Q1和Q2以及Q3和Q4在导通切换时的死区时间是可以由移相控制器UCC3895来控制的,通过调节Q4相位的移动来调节超前桥臂的共同导通时间来调节占空比,来达到改变输出功率的目的。
Q2和Q3组成的滞后桥臂的调节原理和超前桥臂一样。
UCC3895是新一代先进的B I C MOS移相式P WM控制器,它保持了UCC3875/6/7/8/9系列I C的主要功能,新增了增强型控制逻辑、自适应延时设定及关断等性能。
UCC3895利用两个半桥开关之间相对应的相移来实现全桥功率级的控制。
在高频率条件下,利用稳定频率脉宽调制和谐振零电压开关技术使它达到或具有很高的效率。
UCC3895既可作电压模式控制器,也可作电流模式控制器。
UCC3895具有输出开通延时可编程,自适应延时设定,可工作在电压电流模式,软启动/软停止可编程,占空比0～100%可调,1MHz的最大时钟频率等特性。
2.3 辅助控制电路介绍(1)充电控制电路。
采用AT mega8单片机进行数据采集和控制,该芯片是增强型R I SC结构的低功耗8位微控制器,数据吞吐量达到1M I PS/MHz,8字节的Flash程序存储器,擦写次数大于1000次,支持可在线编程(I SP),极大的方便了程序的调试和修改。
由于其具有6路10位ADC和2路8位ADC,能对来自端口P ORTC的8路单端输入电压进行采样。
6通道P WM,片内可编程看门狗定时器,可大大简化控制电路的外围设计和保证程序的安全运行。
ADC负责对充电时电压、电流、温度数据的采集,P WM输出充电时电压电流的基准值到比较电路,同时单片机控制开关电源控制模块UCC3895。
(2)电压检测电路。
电压采样电路由精密电阻和可调电阻构成,由于该单片机AD测量最大设定范围为5V。
所以要使电池组电压成比例的缩小在5V范围内,然后利用AT MEG A8内部的AD转换功能进行转换,其精度可以达到0.1V。
单片机在内部通过相减计算出电池电压,该电路采用单片机内部自带10位AD转换,减少了设计电路的复杂性,并提高了可靠性和精度,为了抵抗电气干扰和高压电击,该电路采用高速隔离光耦PC817隔离。
(3)电流检测电路。
一般进行电流采集时在电路中串联一个阻值很小的取样电阻,把取样电阻上的电压输入单片机转换通道,进行A/D转换,再通过计算把电压值转换为电流值。
但由于本方案中充电电流较大,使用电阻采样会消耗较多的功率,可使用电流互感器采样。
(4)温度检测电路。
温度采样采用温度传感器DS18B20,它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进,用户满意度更高。
它与系统的连接有两种方法,一种是采用寄生电源方式、一种是外接电源驱动方式,这里采用后者。
2.4 工作过程介绍上电后,单片机首先检查电池是否接反,电池电压是否因为过放电而过低,如果电压过低,就要先使用小电流给电池充电一段时间,使电压达到三阶段充电的正常水平再开始充电,如果电压正常则直接进入正常充电阶段。
首先是恒流充电阶段,充电电流小于0.5C,一般取0.1C,电池电压会缓慢的上升,当电压上升到一定阶段(本例中采用电压为60V)改为恒压充电,此时随着充电过程的进行电池内阻会逐渐上升,充电电流会随着内阻的增加而减小,当单片机检测电流减小到一定的值(小于恒流充电值的1/10),立即转入涓流充电阶段,充电电流一般取0.03C,在此阶段电池电压会减小,当充电电流小于0.01C时即可认为电池已充满,单片机会自动将电池从充电电路中切除。
・74・ÓÉ Foxit Reader ±à¼-°æȨËùÓÐ (C) Foxit Software Company,2005-2006½öÓÃÓÚÆÀ¹À¡£ 2008年1月25日第25卷第1期通信电源技术Telecom Power Technol ogiesJan .25,2008,Vol .25No .1在恒压阶段如果单片机检测到电池温度高于45°则自动转入第三阶段,待温度下降后再转入第二阶段。
充满后通过单片机关断继电器,停止充电。
3 系统软件设计软件流程框图如图2所示。
图2 充电程序流程图 系统软件用C 语言编写,在I CCAVR 环境下编译,AVR Studi o 4环境下调试完成。