基于PIC单片机的电动车正负脉冲式快速充电站设计

使用 过程 中也暴露 出了不少 缺点 ， 如行 驶距 离短 、 充 电时 间长 、 电能 耗尽 后不 能迅 速得 到补充 等 。 针 对这 些 问题 ， 究 了一 种 能 在 短 时 间 内为 研
站采用 以马斯 三定 律 为 理论 基础 的大 电流 正 、 负
脉 冲充 电方式 ， 在快 速充 电 的过 程 中适 时地 对 电 池进 行停 充和放 电 ， 以消 除 电池 的极 化现 象 ， 高 提 蓄 电池 的充 电接 受 能 力 ， 在 不 影 响蓄 电池 寿 命 能
摘 要：针 对 电 动 车 行 驶 距 离 短 、 电 时 间长 、 充 电 能 慢 等 特 点 ， 用 以 充 补 采 ＰＣ ６ ８７ Ｉ １Ｆ ７ Ａ单 片机为核心 、 电流正负 脉冲充 电方式 ， 大 设计 了一款专 门用于 电动车快 速充 电的智 能快 速充 电站。结合 电动车充电的实际要求 ， 出了快速充 电站 的整体方 给
０ 引 言
目前 ， 国电动车 市场保 有量 达 １２亿辆 ， 我 ． 并 且仍 以 ３ ％ 的 年增 长 率 不 断 上 升 。 电动 车 以其 ０ 价格 低 、 便 节 能 、 轻 环保 等 诸 多优 点 ， 为 居 民 日 成 常生 活 中 的重要 交 通 工 具 之 一 。但 是 ， 电动 车在
流大 于该条 曲线 的 充 电 电流 ， 则会 导 致 充 电 电流
电解 水 ， 于 这条 曲线 的 充 电 电 流为 充 电接 受 电 小
流。
０
『
１７ ９ ２年 ， 国科学 家 Ｊ Ａ． ａ 经 过 大量 的蓄 美 ． Ｍｓ 电池 充放 电实 验 ， 出了马斯 三 定律 ， 提 引 即 （ ）对 于任 何 给定 的放 电 电流 ， 电池 充 电 １ 蓄 时 的 电流 接 受 比 。与 电池 放 出的 容 量 Ｃ的 平 方
０ ＝Ｉ Ｃ ， ／ （） ５
的快速 充 电 。当对 蓄 电池进 行 充 电时 ， 电池 充 电
电压 ， 即充 电站 输 出 电压是 不 断 增 大 的 。 由试 验
一
式 中 Ｃ— — 各 次放 电量 的总 和 ， 即蓄 电池 放 出
２ 一 ７
低 压 电 器 （０２ ． ） ２１ Ｎｏ２
正 、 脉 冲快速 充 电站 的整 体 设 计 方 案 框 图 负 如图 ３所示 。整个 快速 充 电站 以 Ｐ Ｃ单片 机为 核 Ｉ
式 中
—— 放 电 电流 常 数 ， 放 电 电流 的大 小 视
而定
一
Ｃ —— 蓄 电池 放 出的容 量
心 ， 过 对 蓄 电池 相关 参 数 的 检测 、 算 处 理 ， 通 计 控 制 Ｄ ／ Ｃ变 换器 和蓄 电池 充放 电 电路 ， 充 电站 ＣＤ 使
案 ， 就 方 案 中的 主 电 路 、 制 电路 及 由 ＰＣ单 片 机 控 制 的 正 负 脉 冲 充 、 电 电 路 进 行 并 控 Ｉ 放 了具 体 的研 究 。试 验 分 析 表 明 ， 电 站 能 够 实 现 对 电 动 车 蓄 电 池 的 无 损 伤 快 速 充 电 ， 充 可 以在 短 时 间 内为 电 动 车 补充 一定 量 的 能 量 ， 足 快 速 充 电 的要 求 。 满 关键 词 ：电动 车 ；智 能 充 电 站 ； 负 脉 冲 ；・ 充 电 正 陕速
的情况 下安 全 、 速 、 快 高效地 充 电 。
ｌ 正 负脉 冲 式充 电原理
蓄 电池充 电 时 ， 非 任 何 条 件下 任 何 充 电 电 并 流都 能接 受 。研 究 表 明 ， 如果 在 充 电过程 中保 持 微 量 的气 体析 出和稳 定 的温 升 ， 充 电接受 曲线 则
张 永 超 （ ９ ７ ） １８ 一 ，
男 ， 士研究 生 ， 硕 研 究 方 向 为 电 力 电 子 技 术 应 用 及 开 关 电
源技术 。
中图分 类号 ： Ｍ ９ ２ 文献标志码 ： 文章编号 ：１０ —５ １ ２ １ ）２０ ２ － Ｔ １ Ｂ ０ １ ３ （０ ２ ０ －０ ６ ５ ５ ０
输 出满 足 蓄 电池 快速充 电的 电压 、 电流 。
（ ）对 于任 何 给定 的放 电量 ， 电池 充 电电 ２ 蓄
流接 受 比 ０与放 电 电流 ， 的对 数成 正 比， ． 即
＝
ｌｇｋｄ ｏ ｌ
（） ３
式 中
—
— — 放 电量 常数 ， 视放 电量 的多 少而定
—
计算 常 数
ｇ ｏ ｌ ｃｒｃ ｌｂｉｙ ｌ ｎ ａ ｓ ｏ ｔｔｍｅ，ｍ ｅ ｔｔ ｅ ｕ ｒ ｍｅ ｔ ｆｆｓ —ｈａ ｇｎ ｙ ｆｒｅ ｅ ｔｉａ ｃ ｃ ｅｉ ｈ ｒ ｉ ｅ ｈｅ ｒ ｑ ｉｅ ｎｓ ｏ ａ ｔｃ ｒ ｉｇ．
Ｋｅ ｒ ｓ ｅｅ ｔ ｉａ ｉｙ ｌ ；ｉ ｔｌ ｇ ｎ ｔ ｔｏ ｙ ｗｏ ｄ ： ｌｃ ｒｃ ｌｂ ｃ ｃｅ ｎ ｅｌ ｅ ｔｓａ ｉ ｎ；ｐ ｓｔ ｅ ａ ｄ ｎ ｇ ｔ ｅ ｐ ｌｅ：ｆ ｓ －ｈ ｒ ｉ ｇ ｉ ｏｉ ｖ ｎ ｅ ａｉ ｕｓ ｉ ｖ ａ ｔｃ ａ ｇ ｎ
交 剐 刨 口 口
交
（ ）蓄 电池 在 以不 同 的放 电率 放 电后 ， 最 ３ 其 终 的 允许 充 电电流 ，（ 受能 力 ） 接 是各个 放 电率 下 的允许 充 电 电流 的总和 ， 即
， ， ＝ １＋， ２＋， １＋， ４＋…… （） ４
键 盘 与 显 示 模 块
正极板 的气 体 ， 使 氧气在 负极 板上 被吸 收 ， 以 并 可
提高 蓄 电池 的充 电接 受能 力 。即通 过反 向大 电流 放 电 ， 以使 蓄 电池 的可接 受 电流 曲线不 断右移 ， 可
同时其 陡度Fra Baidu bibliotek不断 增大 ， 口值增 大 ， 而 大大提 高 即 从
图 １ 蓄 电池可接受充 电电流曲线
式中
， 、 、 、４ Ｉ， ，…—— 各 个 放 电率 下 的允 许 充 ’
电电流
投 币 收 费 模 块
温 度 检 测
蓄 电 池
综合 马斯 三定 律 ， 推 出 蓄 电池 的总 电流 接 可
受 比为
图 ３ 充 电站 整 体 方 案 框 图
所设 计 充 电站适用 于 ３ 、８Ｖ 电动 车 蓄电池 ６ ４
电动 车快 速补充 电能 的智 能快 速充 电站 。该充 电
王春 芳 （ ９５ ） 男 ， 教 授 ， 究 方 向为 电力 电 子 与 电力 传 动 。 １６ 一 ， 副 研 李
一
强 （ ９６ ） 男 ， 士 研 究 生 ， 究 方 向为 电 力 电 子技 术 应 用 及 开 关 电 源技 术 。 １８ 一 ， 硕 研
根成 反 比 ， 即
０ ＝ Ｋ／ （） ２
图 ２ 理 想 正 、 脉 冲 充 电 波 形 负
因此 ， 采用 正 、 脉 冲大 电流 充 电的 电动 车快 负 速 充 电站完 全能 够在 不损 伤蓄 电池 的前提 下对 电
动 车进 行快 速充 电。
２ 快速 充 电站 整体 设 计方 案
充 电速 度 ， 短 充 电时 间 ， 高 充 电效 率 。理 缩 提 想 的正 、 脉冲 充 电波形如 图 ２所 示 。 负
马斯 曲线 的表 达式 为
， ＝ １ｅ ０ （ １
式中
， — 充 电接受 电流 —
， — 最 大初 始 电流 ｎ —
厂 厂 厂 一 ］＿ ＿ ］ ］
马斯 曲线 是 一 条 自然 接 受 曲线 ， 果 充 电 电 如
ｍｅ ｔ ｈ ｗ ｔ ａ ｈ ｌ ｃｒ ａ ｉ ｙ ｌ ａ ｈ ｅ ｅ ｔｅ ｆｓ ｃ ａ ｇｎ ｉ ｏ ｔ ｃ ｔ ｅａ ｄ ｃ ｎ ａ ｄ ａｃ ｒ ｉ ｍｏ ｎ ｆｅ ｅ — ｎ ｓ ｓ ｏ ｈ ｔｔ ｅ ｅｅ ｔｉ ｌ ｃ ｃｅ ｃ ｉｖ ｈ ｔ ｈ ｒ ｉｇ ｗ ｔ ｕ ａｈ ｎ ａ ｄ ｅ ｔ ｎ ａ ｕ ｔ ｎ ｒ ｃ ｂ ａ ｈ ｓ ａ ｏ
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｓｔｖ ｎ ｇ ｔｖ ｓ ・ ｓｇ ｆＰｏ ｉｉ ｅ ａ ｄ Ｎｅ ａ ｉｅ Ｆａ ｔＣｈａ ｇｎｇ Ｓｔ ｔｏ ｓ ｄ ｏ ｒ ｉ ａ ｉｎ Ｂａ ｅ ｎ
ＰＩ Ｍ ｉ ｒ ｃ ｐ ｆ ｒ Ｅｌ ｃ ｒ ｃ ｌＢｉ ｙ ｌ Ｃ ｃ ｏ ｈｉ ｏ ｅ ｔ ｉ ａ ｃ ｃ ｅ
低压 电器（ ０２ ． ） ２ １ Ｎｏ２
－ 分布式电源 ・
基 于 Ｐ Ｃ单 片机 的 电动 车正 负 Ｉ 脉 冲 式 快 速 充 电站 设 计
张永超 ， 王春 芳 ， 李 强 ， 王 帅
（ 岛 大学 自动化 工程 学 院 ， 东 青 岛 ２ ６ ７ ） 青 山 ６ ０ １
Ｚ Ａ Ｇ Ｙ ｎ ｃａ ， Ｗ ＮＧ Ｃ ｕ ａ ｇ Ｌ ｉｎ ， Ｗ Ｎ ｈ ａ Ｈ Ｎ ｏ ｇｈ ｏ Ａ ｈ ｒ ｎ ， ＩＱａ ｇ Ａ ＧＳ ｕ ｉ ￣ （ ｃ ｏｌ ｆ ｕｏ ｔ ｎＥ ｇ ｅｒ ｇ Ｑ ｎｄ ｏＵ ｉｅｓｙ ｉｇ ａ ６ ０ ， ｈ ａ Ｓ ｈ ｏ ｏ ｔ ｉ ｎｉ ｅｉ ， ｉｇ ａ ｎｖｒ ｔ，Ｑｎ ｄ ｏ ６ ７ Ｃ ｉ ） Ａ ｍａ ｏ ｎ ｎ ｉ ２ １ ｎ
Ａｂｓｒ ｔ：Ｆｏ ｏｖｉｇ ｔ ｏ ｌｍ ｆｅ ｅ ｔｉａ ｃ ｃｅ ｎ ｗ ｘｓｅ ｔ ａｃ ｒｓ ｌ ｎ ｈｅｐｒ ｂｅ ｏ ｌ ｃｒｃ ｌｂｉｙ ｌ ｏ ｅ ｉｔ ｄ，ｓ ｃ ｓｓ ｏ ｔｄ ｉ ｉｇ ｄ ｓａ ｃ ｕ ｈ ａ ｈ ｒ ｒｖｎ ｉｔ ｎ ｅ，ｌｎｇｃ ｒ ｏ ｈａ— ｇ ｎ ｉ ｎｄ ｌｗ ｈ ｒ ｉ ｇ ｅ ｉ ｉｎ ｙ ａ ｄ Ｏ ｏｎ， ａ ｎｅ ｌｇ ｎ ａ ｔｃ ａ ｇ ｎ ｓａｉｎ ｂａ ｅ ｎ ｔ ｅ ＰＩ ｍｉ ｒ ｅ ｐ ｉ ｇ ｔｍｅ ａ ｏ ｃ ａ ｇ ｎ ｆ ｃｅ ｃ ｎ Ｓ ｎ ｉ ｔｌｉ ｅ ｔ ｆｓ— ｈ ｒ ｉ ｇ ｔｔｏ ｓ ｄ ｏ ｈ Ｃ ｅ ｏ ｈｉ ｗｈ ｃ ｓ ｕ ｅ ｘ ｌ ｓｖ ｌ ｏ ａ ｔｃ ａ ｇｎ ｆｅ ｅ ｔｉａ ｃ ｃｅ ｗａ ｅ ｉｎ ｄ． Ｉ ｐ ｙ ａｐｏ ｉｉｅ ａ ｄ ｎ ｇａｉｅ ｌｒ ｅ ｉ ｈ ｉ ｓ ｄ ｅ ｃｕ ｉｅｙ ｆｒｆｓ ｈ ｒ ｉｇ ｏ ｌｃ ｒｃ ｌｂｉｙ ｌ ｓｄ ｓｇ ｎｅ ｔａ ｐｌ ｓｔ ｎ ｅ ｔｖ ａ ｇ ｖ ｃ ｒｅ ｔｐ ｓ ｔ ｄ． Ｗ ｉｈ ａ ｔ ｌｒ ｑ ｉｅ ｎ ｓｏ ｈａｇ ｎ ｄ ｌ ｔ ｖ ｒｌ ｅ ｉｎ ｐ ｏ ｒ ｍ ｓ ｇｙ ｎ Ｔｈｅｃ ｎ— ｕ ｒ ｎ ｕｌｅ ｍｅｈｏ ｔ ｃｕａ ｅ ｕ ｒ ｍｅ ｔ ｆｃ ｒ ｉ ｇ ｍｏ ｅ ，ｉｓｏ ｅ ａｌｄ ｓｇ ｒ ｇ ａ ｗａ ｉ ｅ ． ｏ ｃ ｅｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｆｍａｎ ｃｒ ｕ ｔ ｏ ｔｏ ｉｃ ｉ ｎ ｈ ｒ ｉ ｉｃ ｉ ｏ ｔｏ ｌｄ ｂ Ｃ ｍ ｉｒ ｅ ｉ ｒ ｏ ｅ Ｅｘ ｒ— ｒ ｔ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｉ ｉｃ ｉ ，ｃ ｎｒ ｌｃｒ ｕ ｔａ ｄ ｃ ａ ｇｎｇ ｃｒ ｕｔｃ ｎ ｒｌｅ ｙ ＰＩ ｅ ｏ ｈｐ ｗｅ ｅ ｄ ｎ ． ｐｅｉ
２ — ６
・
分布式 电源 ・
低压 电器 （０ ２ ｏ ２ ２１Ｎ ． ）
是一 条指 数 曲线 ， 即马 斯 曲线 ， 图 １ 示 。 如 所
全 部 电量 ＝Ｃ ＋Ｃ ＋Ｃ ＋Ｃ ＋… 】 ２ ３ ４
对 上述 定律 分析 可知 ， 在充 电过 程 中 ， 当充 电 电流接 近 蓄电池 固有 的微 量 析 气 充 电曲线 时 ， 适 时地对 电池 进行 反 向大 电 流 瞬 间放 电 ， 够 除 去 能