電動(dòng)車充電器的設(shè)計(jì)

電動(dòng)車充電器的設(shè)計(jì)一、密封鉛酸蓄電池的充電特性電池充電通常要完成兩個(gè)任務(wù)，首先是盡可能快地使電池恢復(fù)額定容量，另一是使用小電流充電，補(bǔ)充電池因自放電而損失的能量，以維持電池的額定容量。在充電過程中，鉛酸電池負(fù)極板上的硫酸鉛逐漸析出鉛，正極板上的硫酸鉛逐漸生成二氧化鉛。當(dāng)正負(fù)極板上的硫酸鉛完全生成鉛和二氧化鉛后，電池開始發(fā)生過充電反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣和氧氣。這樣，在非密封電池中，電解液中的水將逐漸減少。在密封鉛酸蓄電池中，采用中等充電速率時(shí)，氫氣和氧氣能夠重新化合為水。過充電開始的時(shí)間與充電的速率有關(guān)。當(dāng)充電速率大于C/5時(shí)，電池容量恢復(fù)到額定容量的80%以前，即開始發(fā)生過充電反應(yīng)。只有充電速率小于C/100,才能使電池在容量恢復(fù)到100%后，出現(xiàn)過充電反應(yīng)。為了使電池容量恢復(fù)到100%，必須允許一定的過充電反應(yīng)。過充電反應(yīng)發(fā)生后，單格電池的電壓迅速上升，達(dá)到一定數(shù)值后，上升速率減小，然后電池電壓開始緩慢下降。由此可知，電池充足電后，維持電容容量的最佳方法就是在電池組兩端加入恒定的電壓。浮充電壓下，充入的電流應(yīng)能補(bǔ)充電池因自放電而失去的能量。浮充電壓不能過高，以免因嚴(yán)重的過充電而縮短電池壽命。采用適當(dāng)?shù)母〕潆妷海芊忏U酸蓄電池的壽命可達(dá)10年以上。實(shí)踐證明，實(shí)際的浮充電壓與規(guī)定的浮充電壓相差5%時(shí)，免維護(hù)蓄電池的壽命將縮短一半。鉛酸電池的電壓具有負(fù)溫度系數(shù)，其單格值為一4mV/，C。在環(huán)境溫度為25P時(shí)工作很理想的普通（無溫度補(bǔ)償）充電器，當(dāng)環(huán)境溫度降到0°C時(shí)，電池就不能充足電，當(dāng)環(huán)境溫度上升到50C時(shí)，電池將因嚴(yán)重的過充電而縮短壽命。因此，為了保證在很寬的溫度范圍內(nèi)，都能使電池剛好充足電，充電器的各種轉(zhuǎn)換電壓必須隨電池電壓的溫度系數(shù)而變。常見的幾種充電模式為：限流恒壓充電模式，其充電曲線和轉(zhuǎn)換電壓如圖1所示。兩階段恒流充電模式，其充電曲線和轉(zhuǎn)換電壓如圖2所示。恒流脈沖充電模式，其充電曲線和轉(zhuǎn)換電壓如圖3所示。此三種充電模式均為業(yè)界推薦采用，其各階段充電電流間的轉(zhuǎn)換，都分別受有溫度補(bǔ)償?shù)霓D(zhuǎn)換電壓VminC快充最低允許電壓）、Vbik（快充終止電壓）和Vflt（浮充電壓）控制。國外已開發(fā)出多款具有上述功能的專用充電集成電路，如UC3906，bq2031等。二、DB3616C電動(dòng)自行車充電器的制作實(shí)例目前國內(nèi)市場上的電動(dòng)自行車大多采用36V或24V密封鉛酸蓄電池組，為了降低成本，與其相配套的充電器大多采用簡化的恒流恒壓模式，充電曲線見圖4。此方案與圖1相比，由于省卻了補(bǔ)足充電階段（即VIk高電壓恒壓過充電階段），故電池的容量只能恢復(fù)到額定容量的80%?90%,同時(shí)，其充電轉(zhuǎn)換電壓也沒有溫度補(bǔ)償。在冬夏兩季易出現(xiàn)充電不足或過充電現(xiàn)象。再者，由于串聯(lián)電池組中各個(gè)電池的自放電率亦不盡相同，如果采用恒定的浮充電壓，那么將影響單體電池的充電狀態(tài)。本充電機(jī)實(shí)例采用圖3充電模式，原理圖見圖5。本機(jī)選用AC/DC諧振式高效變換器組件DBX6001，作為前級(jí)隔離降壓。此組件效率高達(dá)92%以上。組件輸出的60V直流電，由c、d端進(jìn)入后級(jí)充電電路。后級(jí)功率元件采用低導(dǎo)通壓降器件，考慮到便攜性，本機(jī)采用小型化設(shè)計(jì)，內(nèi)置自動(dòng)小型風(fēng)扇，整機(jī)體積為75mmX130mmX50mm。IC和Q1、L、D1等組成快速恒流充電系統(tǒng)°IC采用SG3842，R1、DZ1、C3、C4為IC的供電電路，R4、C6決定IC的振蕩頻率，C5、R3為補(bǔ)償元件。剛開始充電時(shí)，電池電壓較低，PC不導(dǎo)通（原理后述）°IC①腳被R3、R4拉到地電位，⑥腳輸出約100kHz脈沖，通過R8加到Q1柵極，控制Q1通斷。Q1導(dǎo)通期間，DBX6001③腳輸出的充電電流，經(jīng)儲(chǔ)能電感L、外接電池E、Q1、R6到④腳。在給電池充電的同時(shí)，電感L也存儲(chǔ)著能量，充電電流呈線性增大，并在R6上產(chǎn)生檢測壓降，經(jīng)R5、C7傳遞到IC③腳。當(dāng)③腳上的電壓達(dá)到1.1V時(shí)，⑥腳關(guān)閉脈沖，Q1截止。此時(shí)電感L中的磁場能釋放，所產(chǎn)生的電流繼續(xù)向電池供電。D1為L提供續(xù)流通道。平均充電電流的大小由R6決定。電池充滿后，PC導(dǎo)通，⑧腳輸出的5V電壓經(jīng)PC加到R2上，①腳的電位高于2.5V時(shí)，⑥腳關(guān)閉輸出，充電器停止充電。DBM36為36V鉛酸電池組專用充電檢測與控制模塊，內(nèi)部有兩種充電模式。DBM36的工作原理是：當(dāng)電池電壓接入DBM36②端時(shí)，工作于恒流脈沖充電模式，即②腳電位小于45V時(shí)，④腳輸出高電位，光耦PC不導(dǎo)通，IC組成的充電電路開始工作，同時(shí)Q2導(dǎo)通，風(fēng)扇FS得電工作。當(dāng)電池電壓逐漸升高，②腳電位達(dá)到45V時(shí)，觸發(fā)器a翻轉(zhuǎn)，④腳輸出低電平，光耦PC初級(jí)流過電流，次級(jí)導(dǎo)通，IC①腳高于2.5V，⑥腳停止輸出脈沖，Q2截止，充電器停止充電。同時(shí)風(fēng)扇停轉(zhuǎn)。隨后電池電壓逐漸下降，當(dāng)電壓下降到41.5V時(shí)，觸發(fā)器a復(fù)位，④腳輸出高電平，光耦PC截止，解除對(duì)IC的封鎖，充電器重新輸出電流。周而復(fù)始，充電的時(shí)間越來越短，電池電壓由45V下降到41.5V的自放電時(shí)間越來越長，電量逐步恢復(fù)到100%。此種狀態(tài)由充電指示燈LED充電時(shí)滅、停充時(shí)亮表現(xiàn)出來，而風(fēng)扇的工作狀態(tài)剛好與LED相反：充電時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，停充時(shí)停轉(zhuǎn)°R9、C10、DZ2組成DBM36的供電電路。當(dāng)電池電壓接入③端時(shí)，DBM36X作于恒流恒壓充電模式，開始時(shí)，充電器輸出1.6A恒流連續(xù)對(duì)電池充電，當(dāng)電池電壓上升到45V時(shí)，DBM36③腳檢測基準(zhǔn)電壓由45V自動(dòng)切換到41.5V并保持不變，通過光耦PC的反饋，充電器則由恒流充電轉(zhuǎn)換為恒壓浮充充電狀態(tài)。應(yīng)當(dāng)注意，如充電電流過大，使電池的溫度顯著增加，那么自放電電流可能會(huì)超過充電電流，溫度的繼續(xù)升高，使Vblk不斷下降，將出現(xiàn)嚴(yán)重的過充電反應(yīng)，影響