最新锂电池充电系统说明书

总线型锂电池充电系统设计说明书

2012年8月

天津大学电气与自动化工程学院

目录

第一章技术规范和要求 (2)

第二章系统概述 (3)

第三章各模块功能实现 (5)

第四章性能和技术保障 (12)

第五章项目实施和产品报价 (13)

第一章技术规范和要求

一、技术指标

1.运行环境条件：海拔小于2500m（室内/室外），环境温度-40℃～+55℃；

相对湿度≤95%；

2.运输和贮存环境条件：海拔小于3500m（室内/室外）温度-45℃～+80℃；

相对湿度≤95%；

3.防护等级：IP45；

4.输入电源：180V～250V,50±5Hz；

5.单模块技术指标：输出电压0～7V,输出电流20A,效率>0.9,纹波<100mv；

6.输入输出隔离电压Vrms≥3500V/1mA 1min。

二、电源充电指标

1.采取全并充充电模式；具备恒流、恒压和限流充电功能；

2.充电电流3A～7A；控制精度±0.2A；检测精度±0.05A，恒流充电电流值

可以在其允许的范围内任意设置（设置的最小单位为0.05A）；

3.单体电池恒压充电值为3V至

4.15V，精度为±0.02V，恒压充电电压值可

以在其允许的范围内任意设置（设置的最小单位为0.02V）；

4.截止充电电流值为0.5A，截止充电电压值为4.17V，截止充电时间为1-8h

可设定；

5.充电机具备双总线通讯接口，可冗余通讯故障，通过配套的控制软件和上

位计算机通讯。上位计算机软件可以获取电池组各单体每次充电的充电时间、电流、单体电压、充电量等各种信息。

三、技术规范

1.HJB68-92 《舰艇电子装备显控台，机箱，机柜通用规范》

2.QJ201A-99 《印制电路板通用规范》

3.QJ165A-95 《航天电子电气产品安装通用技术要求》

4.GB2421 《电工电子产品基本环境试验规程总则》

5.JB/TS234-91 《工业控制计算机系统验收大纲》

6.GB/T15532-2008 《计算机软件单元测试》

第二章系统概述一、控制柜外形设计

图1 控制柜外形

800

线缆长度根据用户要求而定

其他线缆走线方式如一组三组方式

图2 控制柜各模块安装图

锂电池充电系统控制柜上层为工控机监控系统，整流电路，开关按钮，控制系统，右侧包含四块备用充电模块，以便故障模块的切换，下层分为四小层，每层为高为100mm，存放模块组，每层分为两组，每组存放10块，共80块充电模块，如图依次编号，备用模块编号为81至84号，图示每个模块上红色圆圈代表正极，黑色圆圈代表负极。

二、控制系统集成

图3 锂电池充电系统

1.主电路采用整流桥实现双整流电路供电，输入为工频220V交流电，直流

母线输出300v，通过两路AC/DC整流桥，实现整流电源的热冗余，避免

故障引发的电源断电；

2.RM1～RM80为插件式模块设计,采用微控制器与可靠性极高的全砖功率模

块实现375V输入电压至输出3～5V隔离变换,采用零电流谐振变换，开关

频率高达40MHZ，极大地缩小了电源尺寸；

3.RM1～RM80带有双总线通讯接口实现与上位机的实时数据交换，各类管理

指令通过内置的微控制器及电压电流传感与保护电路实现锂离子电池充

电参数设定和充电过程的监控与管理；

4.上位机可实现友好的人机交互能力，各种控制指令通过菜单选项自动配置，

图形化显示过程曲线和故障诊断结论，输出报告可方便用户管理。

第三章各模块功能实现

一、插件式全砖功率模块设计

RM1~RM80为VICOR公司生产的插件式模块设计,采用微控制器与可靠性极高的全砖功率模块实现375V输入电压至输出3~5V隔离变换,采用零电流谐振变换，开关频率高达40MH Z，极大地缩小了电源尺寸。

1.高密度DC-DC 转换器技术

VICOR(怀格)公司是美国的专业模块电源生产厂家，其产品最大特点是功率密度高、可靠性好。产品系列覆盖10W～600W，输入输出隔离，使用方便，广泛应用于电信、工控、电力电子、军工、三航等领域。第二代VICOR模块使用了ZCS/ZVS（零电流/零电压开关）技术，能有效率、低噪声，高频操作。主开关是共漏极，可以改善散热和噪声管理。而设置于初级控制集成电路内的复位开关，是一个共用源，方便控制。

图4 全型、小型、微型模块的功率处理和控制基本原理

（* 微型系列没有+/- SENSE 引脚）

VICOR公司的DC-DC模块把控制部份集成为两个集成电路（初级和次级端）。减少元件数目，减少成本及提升可靠性。同时，多出来的空间可以用来处理功率转换。

2.控制引脚功能及应用

（1）初级控制

模块使能/ 失能可通过将PC 电压拉到 2.3 V 以下(相对于负输入)，使模块失能。并联两个或以上转换器以增大系统功率时，应连接所有PC 引脚，以确保所有转换器同时启动。应该用外部电路控制阵列中所有转换器的PC 引脚，一旦输入电压在正常操作范围内，这外部电路会令转换器使能。

（2）初级辅助电源

在5.75 V 时，PC 可提供高达 1.5 mA 的电流。PC端可向LED供电，以表示，模块使能。

（3）并联母线

Vicor全型、小型和微型转换器模块内有独特的设计，方便并联操作，容易增大功率或组成冗余阵列。PR 引脚是一个可以在模块之间发送和接收信息的双向端口。并联(PR) 母线上的脉冲信号可使每个转换器模块中的高频开关同步操作，从而实现负载均流。这些模块能自行定出主导模块，即民主阵列。主导模块向并联母线发送同步脉冲信号，同时，母线上的其它模块接收同步脉冲。一旦主导模块发生故障，阵列会“挑选”出新的主导，而不会中断输出电源。模块并联方式如下：

图5 并联模块接线图

（4）控制功能

输出电压编程可通过固定电阻、电位器或者DAC 调整或程控转换器的输出电压。