大电流充电器设计

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毕业设计（论文）题目：大电流充电器设计

学生姓名：学号：

学部（系）：机械与电气工程学部

专业年级：电气工程及其自动化

指导教师：职称：

2010年5月16日

目录

摘要 (Ⅱ)

Abstract (Ⅱ)

绪论 (1)

1. 铅酸蓄电池的工作原理与快速充电方法研究 (3)

1.1 铅酸蓄电池的工作原理 (3)

1.2 铅酸蓄电池的快速充电方法 (3)

1.2.1 麦斯定律 (3)

1.2.2 快速充电的分类 (4)

1.2.3 变电压变电流波浪式正负零脉冲快速充电法 (5)

2. 总体设计要求 (6)

2.1 系统的设计要求 (6)

2.2 快速充电方法的选择 (6)

2.3 系统硬件电路的实现 (6)

2.4 充电方法的控制与实现的简单介绍 (7)

3. 系统硬件的设计 (7)

3.1 充电电源部分 (7)

3.1.1 开关电源原理 (7)

3.1.2 开关电源主回路设计 (8)

3.1.3半桥变换器中功率变压器参数的设计 (13)

3.1.4 半桥变换器中功率变压器参数的设计结果 (17)

3.2 开关电源PWM控制电路的设计 (18)

3.3 辅助电源部分的设计与实现 (22)

3.4 充放电及其控制电路的设计 (24)

3.5 系统保护措施的设计 (26)

4. 充电方案软件实现 (28)

4.1 软件流程 (28)

结束语 (29)

参考文献 (29)

致谢 (30)

大电流充电器

摘要

据研究表明充电过程对电池实际使用寿命的影响约占70％，放电过程的保护、限流、控制器的能量回收以及驱动部分效率的提高对蓄电池寿命影响约占30％。由此可见，一个好的充电器对蓄电池的使用寿命是至关重要的。我们以现在在电动自行车上普遍使用的全密封型免维护铅酸蓄电池对对象。在分析充电过程蓄电池内部化学反应机理和快速充电理论的基础上，分析比较了恒流充电法、恒压充电法、多阶段充电法、脉冲充电法、变电流间歇充电法、变电压间歇充电法等多种充电方法，然后提出了一种新型的波浪式正负零脉冲间歇充电方法。通过对智能充电算法的研究，采用单片机作控制器，实时监控电压、电流，使充电过程按理想的充电曲线进行，达到既保护电池，又能使电池充满的最优效果。本系统对新型充电电源和充电方法的研究，不仅可以在电动自行车等助力车行业得到应用，而且对相关的多个技术领域如电力系统、通信网络等都有借鉴作用。

关键词：电动自行车；铅酸蓄电池；快速充电；波浪式；正负零脉冲；间歇时间

Abstract

The charging process have a crucial influence on the battery life，for the rest factors，the protection from against over discharging，inversing of the energy of controlling process，respectively70％and 30％. The fully recombining sealed lead—acid battery is the main Subject investigated .One new charging method，undulant variable current and voltage charge with positive—zero—negative and interval rest time，is put forward based on the constant current charge，constant voltage charge，pulse charge，reflex charge，variable current charging with interval rest time and variable voltage charging with interval rest time．Charging power consist of half．bridge converter and auxiliary units．Charging and discharging process are controlled by MCU to realize the intelligent safe full charge．This charging system is simple and useful in electric bicycle，even in electric power system or communication networks．

Key Words：Electric bicycle；Lead—acid battery；Fast charge；Undulant Positive-zero-negative pulse；Interval

绪论

为缓解燃油机车对环境造成的严重污染和日益突出的能源危机，寻找新型的交通工具势在必行。而电动车以其零污染、高效率、低噪声展现了良好的应用前景，其中电动自行车更是以实用经济广受关注。庞大的人口基数使我国在电动自行车上有广阔市场前景，但我们的发展情况不如人意。其中蓄电池特性及蓄电池的使用始终是制约电动车的进步和发展的主要问题。目前对蓄电池多数采用简单的定电压或恒流方式充电，没有很好的解决充电特性及电池的不一致性。往往会出现好电池充不满而坏电池被充坏的现象，不能达到无伤害充电的要求。充电时间多为6-8小时，对夜间来说是已经满足要求，但不能满足白天快速充电的要求。蓄电池的主要指标有寿命、重量、和能量比。目前国产蓄电池的电池寿命仅一年左右，这对使用者来说是难以接受的。因此，电池的实际寿命仍然是电动助力车的“瓶颈问题”。如何提高电池的使用寿命，也就成了电动助力率开发研制的技术关键。事实上一辆电动助力车电池的实际使用寿命可由函数关系式(1)表示：

L=f(1X ，2X ，3X ，4X ) (0—1)

其中：1X —电池充电；2X —电池放电；3X —控制器；4X —驱动器，L —电池实际

寿命，它是几个相关因素的函数。

齐国光等教授在所写的论文中谈及“八五”、“九五”期间电动汽车的攻关时指出：充电过程对电池实际使用寿命的影响约占70％，放电过程的保护、限流、控制器的能量回收以及驱动部分效率的提高对蓄电池使用寿命的影响约占30％。因此电池的质量和使用是电动助力车需要解决的关键问题。充电器应以无伤害、长寿命为根本目标。采用先进的充电方法，这是目前提高电池使用寿命的关键途径。

在60年代中期，美国科学家Max 对开口蓄电池的充电过程作了大量的试验研究，并提出了以最低出气率为前提的蓄电池可接受的充电曲线，如图l 最佳充电曲线所示。实验表明，如果充电电流按这条曲线变化，就可以大大缩短充电时间，并且对电池的容量和寿命也没有影响。原则上人们就把这条曲线作为最佳充电曲线。

图1 最佳充电曲线