充电技术Word文档下载推荐.docx

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根据BUCEO≥UOMAX，ICM≥1.5IOM，选取V1为2N6703。

　　1.2.3基准电压

　　选择原则是使取样电压尽可能高一些，以更好地反映Uo的变化，一般取分压比为（0.5～0.8），稳压值在6V左右较好。

所以选取稳压值为6.2V，型号为IN4735A的稳压管。

　　1.2.4放大电路和取样电路

　　选择放大电路参数的原则是保证在电网电压或负载电流变化时放大电路都应工作在放大区并且尽量提高放大倍数，以满足稳压精度的要求。

这里选取2N2222。

　　取样电路，为了提高稳定性，要使通过取样电阻R7、RP、R8的电流比V4基极电流大得多，这样才能保证分压比的要求。

但是电流太大时，取样电阻上的损耗也大，这里取电流为20mA。

根据计算选取R7=100Ω，R8=200Ω，RP=220Ω。

　　2.编辑电路原理图

　　2.1放置元器件

　　在Windows桌面上，双击Multisim2001图标进入程序主窗口，主窗口中最大的区域是电路工作区，在此可对电路原理图进行编辑和测试。

首先，将初选电路原理图中的所有元器件，分类从元器件库中调出来。

方法是在元器件库工具栏中，单击包含该元器件的图标，打开该元器件库，从元器件库中将该元器件拖拽至电路工作区。

例如：

放置V1，单击三极管元器件库图标，打开Transistors三极管元器件库，三极管图标下的底纹有灰色和绿色，灰色是表示现实中存在的元器件，绿色表示在现实中不存在，是虚拟元器件。

单击灰色底纹的NPN型三极管，打开ComponentBrowser对话框，选择2N6703，单击OK，移动鼠标到合适位置，单击鼠标放下三极管。

元器件方向不合适，在其上右键单击，出现快捷菜单，在菜单上根据需要选择镜像、旋转……。

元器件V1需要执行90CounterCW命令，逆时针旋转90°

。

到此为止，元器件V1放置完毕。

利用此方法依次放置所有元器件。

元器件放置完后，要精心布局元器件的放置位置，以确保元器件分布合理、美观。

　　元器件放置完毕后，进行连线，按照原理图，将鼠标指向元器件的管脚使其出现实心小十字，按下鼠标左键，拖拽出一根导线并连接至相关元器件的管脚，同样方法，正确完成所有导线的连接。

至此原理图编辑完成，如图1所示。

2.3仪器的调入

　　选用仪器可从仪器库中将相应的仪器图标拖拽至电路工作区，仪器图标上有连接端，用于将仪器连入电路，如图2所示。

本例中使用了万用表、示波器。

万用表有两个输入端，示波器共有4个接线端（A通道端、B通道端、T触发端、G接地端）。

需要观察测试波形时，可以双击仪器图标打开仪器面板，如图2（a），示波器显示的是桥式整流后没有滤波的波形，图2（b）万用表显示的是输出UO的数值。

仪器的使用方法和实际仪器基本相同，万用表的使用方法，首先要根据被测两点的实际情况，用鼠标选择测量直流-还是交流～，然屙选抒测量电压V、电流I或电阻R。

示波器的使用方法，首先选择工作模式Y／T，然后选择A、B通道的输入耦合开关，是直流DC、交流AC还是接地零。

3.电路的仿真分析

　　3.1仿真步骤

　　仿真分析开始前可双击仪器图标打开仪器面板。

准备观察被测试波形。

按下程序窗口右上角的启动／停止开关状态为1，仿真分析开始。

若再次按下，启动／停止升关状态为0，仿真分析停止。

电路启动后，需要调整示波器的时基和通道控制，使波形显示正常。

仿真后的的仪器工作状态如图3所示。

3.2仿真输出结果

　　3.2.1整流滤波

　　在输入端加人幅度U1=15V，频率为50Hz的交流电压，RL=100Ω，可用Multisim2001电子工作台上提供的万用表、示波器观察滤波电路输出结果。

这时调节RP，使输出UO在10V左右，从图3中可以看到用万用表测量出关键点的电压U1=14.998V，UI=18.381V，UO=10.156V，用示波器A通道和B通道分别显示整流滤波后电压UI的波形和稳压输出电压Uo的波形，从示波器显示窗口可以看山：

上面一条锯齿波曲线为UI波形，下面一条线为Uo波形。

　　3.2.2稳压电路

　　模拟交流电网波动±

10％分别为13.5V和16.5V，频率为50Hz交流电压时的情况。

首先改变输入电压信号，模拟电网波动，用Multi-sim2001工作平台操作比较简单，只需用鼠标对准电压源双击，根据屏幕显示将其由15V，分别改变为13.5V、16.5V，这时测量的对应的UI分别为16.280V和20.406V，输出电压UO为10.133V和10.181V。

　　3.2.3过流保护电路

　　当U1=15V，频率为50Hz，分别改变RL。

　　当RL=∞，Uo=10.160V；

　　当RL=100Ω，IL=101.816mA，Uo=10.156V；

　　当RL=10Ω，IL=160.075mA，Uo=1.601V；

　　当RL=5.1Ω，IL=158.433mA，Uo=808.005mV，

　　当当负载短路时，IL=156.741mA，Uo=156.74lpV。

　　从测量的数据看，本电路是一个限流型保护电路。

　　4.与设计指标比较校核

　　4.1输出电压

　　理论计算Uo=（R7′+R8′）（Vz+Ube4）／R8=10.196V。

式中R7′=R7+RP′=265Ω，R8′=R8+RP″=255Ω，VZ=4.3V，Ube4=0.7V。

式中RP′是RP的上半部分阻值，RP″是RP的下半部分阻值。

用Multisim2001模拟仿真。

使用万用表实测输出电压为Uo=10.160V，测量稳压电源输出电压Uo调节范围当U1=15V，频率为50Hz，调节RP，即当键盘字母为小写状态，连续按下A键，电位器滑动头向下移动，直至最下端，这时测量Uo=13.29V：

反之，当键盘字母为大写状态，连续按下A键，电位器滑动头向上移动，直至最上端，这时测量Uo=6.064V。

　　4.2稳压系数Sr理论值的计算

本文相关DataSheet：

2N6703 

2N2222 

3N259 

IN4735A 

式中β4取值30，[rbe4+（1+β4）rz]取值1K，

为取样电路的分压比。

用Multisim2001模拟仿真电子线路，根据屏幕显示将其由15V，改变为13.5V，这时测量的对应UI分别为18.381V和16.280V，输出电压UO为10.156V和10.133V。

　　由此得出：

4.3输出电阻

　　用Multisim2001模拟仿真测量的数据：

当RL=∞，UO="

10"

.160V；

当RL="

100"

Ω，IL=101.816mA，Uo=10.156V；

计算得出：

通过以上分析，串联型直流稳压电源的测量值和理论计算相符。

实际线路满足设计指标要求。

如果以上设计的电路通过模拟仿真分析，不符合设计要求，可通过逐渐改变元器件参数，或更改元器件型号，使设计符合要求，最终确定出元器件参数。

并可对更改的电路立即进行仿真分析，观察虚拟结果是否满足设计要求，这在实际的电路板中是难以做到的。

　　5.结束语

　　从上述例子可见，Multisim2001是一个开放的虚拟电子实验平台。

既有它的优越性，又有它的局限件。

设计人员可以做各种类型的电子线路实验和实际电子产品设计，但不能完全取代最终电路和实物测试，因为实际电子线路，干扰现象是一个不好解决的难题，特别是高频电路。

之所以用Multi-sim2001模拟仿真，就是在制成实际电路之前能够保证电路有大致正确的参数属性，从而减少设计中不必要的弯路。

在《电子技术基础》教学中，运用Multisim2001电路仿真软件进行教学，一方面可以验证理论知识，另一方面还可以设置一些故障，例如串联型直流稳压电源中，调整管V1的c-e极断路。

先提问学生从理论上分析会出现什么问题，然后让学生应用仿真软件进行仿真，来验证结果，从而拓展学生思维，进一步促进《电子技术基础》的教学。

因而我们可以看到，对于工程技术人员，合理运用Multisim2001电路仿真软件，可以节省大量人力、物力，缩短设计周期；

对于教师教学，能够理论联系实际，强化学生实践能力，培养出实用型人才。

电动汽车智能充电机设计研究

中国汽车技术研究中心王晓明

摘要：

面对电动汽车的快速发展，大功率动力电池智能充电机以及充电算法的研究显得愈加重要。

本文研制了智能充电机系统，开发了恒流、恒压以及智能充电算法。

试验测试结果表明，充电机较好的实现了恒流限压、恒压限流、智能充电以及放电等功能。

该智能充电机可以为电动汽车提供稳定可靠的能量转换，并将随着电动汽车的广泛使用不断发展。

关键词：

电动汽车智能充电机微机控制

1引言

电动汽车是目前世界上唯一能达到零排放的机动车。

由于环保的要求，加之新材料和新技术的发展，电动汽车进入了发展高潮。

电动汽车作为绿色交通工具，将在21世纪给人类社会带来巨大的变化。

顺应当前国际科技发展的大趋势，将电动汽车作为中国进入21世纪汽车工业的切人点，不仅是实现中国汽车工业技术跨越式发展的战略抉择，同时也是实现中国汽车工业可持续发展的重要选择。

目前我国电动汽车研究已取得阶段性成果，已经完成了电动轿车、电动中型客车和电动大型客车的开发工作。

在我国大中城市都普遍存在着十分严重的交通问题和汽车尾气排放污染问题，电动汽车是一种非常理想的中速和短途的日常公共交通工具，因此在我国有着得天独厚的发展条件和广阔的应用前景。

根据欧美和日本等先进国家的经验，在进行电动汽车的开发和制造的同时，必须开发电动汽车公共充电站和进行电动汽车示范工程建设，为电动汽车的推广使用积累经验。

在城市繁忙地段开辟电动汽车交通线，进行电动汽车的推广示范是一项很有意义的工作，为了作好这项工作，就必须进行电动汽车充电机及其充电管理系统的开发。

随着电动汽车研究的深入，对于电动汽车用电池充电器有了一定的需求，因为这是一个比较新的应用领域，开发者主要集中在一些科研单位或大学中。

国内的生产单位主要是面向电瓶车、电动游览车、蓄电池维护等应用场合，因此充电机功率范围有限。

从上面的分析可以看出，研制电动汽车大功率智能充电机具有重要意义。

2充电机设计与研制

2.1智能充电机系统特点

·

指示功能：

状态指示：

包括电池电压不足、正在充电、充电结束；

故障指示：

直流输出侧过电压及欠电压，温度异常，主断路器断开。

蓄电池温度异常。

记录功能：

交流输入：

对公用充电机记录输入的电力（kW?

h），记录一次充电值和日累计值。

温度：

充电时电池温度、充电机温度、环境温度。

故障记录：

直流输出侧过电压及欠电压，电池或充电机温度异常；

自动计费功能：

充电机预留IC卡接口，开发IC卡管理系统。

对充电机可以采用IC卡充电操作，充电机能自动计费，并显示及打印计费结果或直接用IC卡结算。

监测功能：

充电过程中要监测电池的温度，不能超过最大允许值，否则会损害电池和减少电池的使用寿命。

充电机预留CAN总线接口和485接口，一方面为了和车上设备通信，另一方面便于连接上位机，实现连接计算机观察全程充电曲线和组网微机监控。

充电机具有断电时保护数据；

具有电流、电压、时间等参数超出了操作人员所设定的范围以及软件故障提示等安全保护措施。

具有完善的故障保护和报警功能。

对输入电源过压、缺相，充电机过流、过热，蓄电池短路、开路、极性接反、超温等故障均有自动保护并发出声光报警信号。

2.2充电机主电路设计

经分析认为，对于大功率（10kW以上）充电机适合采用相控方式，控制方法成熟，性能稳定可靠。

图1为设计的智能充电机主电路。

图1智能充电机主电路图

与主电路相关的设计说明：

1）路形式采用全控整流电路，选用集成化控制模块，具有集成度高、多相脉冲对称性好、线性度高、相序自动识别，无须同步变压器、软启动以及缺相保护等功能。

2）检测蓄电池电压、直流侧电流的传感器，选用LEM模块采集电压和电流信号。

3）计了自检用假负载，要求逻辑部分可以控制假负载的投入和断开，保证充电机自检。

4）温度检测采用AD590型集成温度传感器，可以长距离传输信号。

2.3微机控制系统的设计与实现

控制器可以分为主控单元和执行单元，其中，执行单元具有参数采集、输出直流控制信号和放电控制信号、故障显示等功能。

主控单元具有电能计量、上位机通信、状态和报警显示、键盘扫描、液晶显示控制以及向执行单元传送指令等功能。

（1）微机控制器硬件设计

采用ATMEL公司的89C52,该单片机片内8KFLASH,片内256字节RAM,32条可编程I/O口线,3个16位定时器/计数器,8级中断源,有一个通用串行接口。

外围器件主要有SD2000D，内置64KbitNVSRAM，晶振、电池，时钟。

选用AD574作为A/D转换器件，DAC0832用作D/A转换。

液晶显示模块：

自带显示驱动电路，具有字符显示功能。

显示设定参数时具有提示输入参数范围功能。

预留CAN总线接口电路，拟采用Philips82c200CAN总线控制器、82c250CAN总线收发器。

图2微机控制硬件连接示意图

单机控制系统与主电路接口信号主要有：

固态继电器驱动信号；

控制模块有对缺相、过流的检测装置；

检测蓄电池电压、直流侧电流的传感器；

控制模块配置移相触发电路；

CAN总线通信接口。

为使主电路安全可靠的工作，增加了“指令冗余”和“软件陷阱”等软件容错功能。

在硬件上采用MAX813芯片组成系统监控电路。

在抗干扰设计方面，主要采用光耦和固态继电器实现了输入、输出信号的隔离，对温度等需要长距离传输的信号采用电流环。

考虑到现场的空间辐射干扰，本系统采取了严格的屏蔽措施，所有的输入、输出信号一律采用屏蔽线，所有屏蔽线在机箱汇成一点接大地。

（2）微机控制器软件设计

该智能充电机具有恒压限流、恒流限压、智能充电、放电等控制模式。

根据充电机需要具备的功能，确定软件需要实现的功能，编制流程图和代码。

恒压限流充电模式

采用恒压限流充电方式，由于开始时蓄电池电压低，若以大电流充电，有损电池寿命，因此可以先采取恒流充电方式，软件设定初始充电电流，例如15A，在恒定电流充电方式下，充到输出电压达到设定的电池组端电压值。

然后，输出电压维持恒定不变，随着充电进行，充电电流逐渐减小，当充电电流下降到程序设定的较小的数值时，例如2A，充电机维持这个设定的小电流进行恒定电流充电，即为涓流充电，以此实现无人值守。

恒流自动充电

采用恒流限压方式，需要人工设定充电电流和限定电压。

充电机以恒定电流充电，电池组端电压达到限定电压时充电结束，可以无人值守。

恒流限时实现方式为：

人工设定分段恒流充电的电流和时间，程序设定电流转换的时刻，自动转接到下一步低档充电电流，充电终止的判据为设定的总体时间。

智能控制自动充电

应用du/dt和di/dt技术，动态跟踪电池可接受的充电电流。

充电系统由充电机和电池组成二元闭环回路，充电机根据电池的状态确定充电工艺参数，充电电流自始自终在电池的可接受充电电流曲线附近。

图3为充电接受特性曲线,超过这一曲线的任何充电电流,不仅不能提高充电速率,而且会增加析气。

du/dt检测就是在充电过程的后期，检测蓄电池端电压单位时间的变化量。

对于铅酸蓄电池，在充电后期du/dt很小。

愈是充电完全，du/dt就愈小，只要确定了du/dt值，充电深度就基本确定，以此来判断终止条件。

系统根据用户设置，查找特定类型和容量的电池，对应上相应的电池充电特性曲线，图4为选择智能控制选择子程序路径示意图。

图3充电接受特性曲线

图4智能充电机程序执行路径框图

3智能充电机性能测试与试验

图5为实际测试得到的恒压限流充电的充电曲线；

图6为恒流限压的充电曲线。

图5恒压限流方式充电曲线

图6恒流限压充电曲线

4结论与展望

智能充电机采用了较为先进的技术，例如大功率晶闸管相控自同步触发模块集成技术，IC卡实现充电计费自动化，实现智能充电和放电等先进模式等。

整个系统设计时，充分考虑了系统的安全性和可靠性，系统不但在硬件上采取了一系列的抗干扰措施，而且软件也具有较好的容错能力。

由于采用了IC卡和全汉字显示技术，使系统具有较好的人机交互界面，使操作简单。

充电设备可分为常规充电机和快速充电机。

本文重点研究开发了常规充电机样机，主要目标确保功能完善，性能可靠，并且为二次开发预留相应的扩展接口。

本文的研究开发中，核心在于各种充电算法的开发、智能充电控制算法、无人值守和自动计费的实现等。

这些也是本智能充电机的特色和关键技术。

后续开发包括多台充电机组网监控以及充电机同电动汽车上车辆能量管理单元通信。

依据先进国家的经验，充电设备的开发如果结合电动汽车充电站的建设和电动汽车示范运行，将具有光明发展前景

电动车充电器的设计

一、密封铅酸蓄电池的充电特性

　　电池充电通常要完成两个任务，首先是尽可能快地使电池恢复额定容量，另一是使用小电流充电，补充电池因自放电而损失的能量，以维持电池的额定容量。

在充电过程中，铅酸电池负极板上的硫酸铅逐渐析出铅，正极板上的硫酸铅逐渐生成二氧化铅。

当正负极板上的硫酸铅完全生成铅和二氧化铅后，电池开始发生过充电反应，产生氢气和氧气。

这样，在非密封电池中，电解液中的水将逐渐减少。

在密封铅酸蓄电池中，采用中等充电速率时，氢气和氧气能够重新化合为水。

过充电开始的时间与充电的速率有关。

当充电速率大于Ｃ／５时，电池容量恢复到额定容量的８０％以前，即开始发生过充电反应。

只有充电速率小于Ｃ／１００，才能使电池在容量恢复到１００％后，出现过充电反应。

为了使电池容量恢复到１００％，必须允许一定的过充电反应。

过充电反应发生后，单格电池的电压迅速上升，达到一定数值后，上升速率减小，然后电池电压开始缓慢下降。

由此可知，电池充足电后，维持电容容量的最佳方法就是在电池组两端加入恒定的电压。

浮充电压下，充入的电流应能补充电池因自放电而失去的能量。

浮充电压不能过高，以免因严重的过充电而缩短电池寿命。

采用适当的浮充电压，密封铅酸蓄电池的寿命可达１０年以上。

实践证明，实际的浮充电压与规定的浮充电压相差５％时，免维护蓄电池的寿命将缩短一半。

铅酸电池的电压具有负温度系数，其单格值为－４ｍＶ／℃。

在环境温度为２５℃时工作很理想的普通（无温度补偿）充电器，当环境温度降到０℃时，电池就不能充足电，当环境温度上升到５０℃时，电池将因严重的过充电而缩短寿命。

因此，为了保证在很宽的温度范围内，都能使电池刚好充足电，充电器的各种转换电压必须随电池电压的温度系数而变。

常见的几种充电模式为：

１．限流恒压充电模式，其充电曲线和转换电压如图１所示。

２．两阶段恒流充电模式，其充电曲线和转换电压如图２所示。

３．恒流脉冲充电模式，其充电曲线和转换电压如图３所示。

此三种充电模式均为业界推荐采用，其各阶段充电电流间的转换，都分别受有温度补偿的转换电压Ｖｍｉｎ（快充最低允许电压）、Ｖｂｉｋ（快充终止电压）和Ｖｆｌｔ（浮充电压）控制。

国外已开发出多款具有上述功能的专用充电集成电路，如ＵＣ３９０６，ｂｑ２０３１等。

二、ＤＢ３６１６Ｃ电动自行车充电器的制作实例

目前国内市场上的电动自行车大多采用３６Ｖ或２４Ｖ密封铅酸蓄电池组，为了降低成本，与其相配套的充电器大多采用简化的恒流恒压模式，充电曲线见图４。

此方案与图１相比，由于省却了补足充电阶段（即Ｖｌｋ高电压恒压过充电阶段），故电池的容量只能恢复到额定容量的８０％～９０％，同时，其充电转换电压也没有温度补偿。

在冬夏两季易出现充电不足或过充电现象。

再者，由于串联电池组中各个电池的自放电率亦不尽相同，如果采用恒定的浮充电压，那么将影响单体电池的充电状态。

本充电机实例采用图３充电模式，原理图见图５。

本机选用ＡＣ／ＤＣ谐振式高效变换器组件ＤＢＸ６００１，作为前级隔离降压。

此组件效率高达９２％以上。

组件输出的６０Ｖ直流电，由ｃ、ｄ端进入后级充电电路。

后级功率元件采用低导通压降器件，考虑到便携性，本机采用小型化设计，内置自动小型风扇，整机体积为７５ｍｍ×

１３０ｍｍ×

５０ｍｍ。

ＩＣ和Ｑ１、Ｌ、Ｄ１等组成快速恒流充电系统。

ＩＣ采用ＳＧ３８４２，Ｒ１、ＤＺ１、Ｃ３、Ｃ４为ＩＣ的供电电路，Ｒ４、Ｃ６决定ＩＣ的振荡频率，Ｃ５、Ｒ３为补偿元件。