一種可視化智能充電機的設計

　　1 概述

　　隨著全球綠色能源計劃的推進，電動車、電動汽車有了迅猛發(fā)展，這種發(fā)展勢頭有持續(xù)高升的趨勢。在美國加州，電動車輛占有80%的市場份額，而且這種比例仍將進一步擴大。如此大的銷售量就使得它的價格、壽命非常敏感。而占整機價格20%的鉛酸蓄電池的壽命無疑是我們關注的焦點。業(yè)界廣為流傳的一句話就是：電池不是用壞的，是充壞的。原因是隨著電池的使用，電池的特性發(fā)生了變化，而充電器的充電方式不能跟隨電池特性而變化，導致電池逐漸被充壞。目前市場上的充電裝置不能有效控制充電過程，容易造成電池欠充、過充甚至被損壞的惡果。電池充滿時，電池會發(fā)熱，這時若沒有熱保護電路則會造成過充電，還會因為高溫而造成電池外殼變形。針對此問題筆者設計了一種新型充電器。它分兩部分：智能充電機本體和上位機界面。它可以提供多種充電模式，并可設置充電的一些參數，并可以實時地進行數據采集并存入數據庫，然后分析結果，確定蓄電池的性能狀況、使用狀況和電解液濃度，以便及時對蓄電池進行維護。電動車、電動汽車的電池一般有多個單體電池組成，在上位機上可以設置單體的個數、容量，還可以對某一已編號的電池組的歷史充電曲線進行查詢，所以此系統(tǒng)通用性較強。也就是說此系統(tǒng)可以對不同型號的各類電池進行充電維護。智能充電器是可以脫離上位機獨立工作的，它有一套默認的設置，當沒有收到上位機的命令時它會按照默認設置工作，此時只能對某一種電池組充電。

　　2 系統(tǒng)的總體設計方案

　　充電器一般放在車庫里，而上位機軟件則需要裝在居室中的PC機上，為實現系統(tǒng)兩部分間的數據傳輸，我們權衡價格和實用性選取長線傳輸： RS - 485通信。它的通信距離可達1. 2 Km,而且價格相對低廉。系統(tǒng)的充電機本體部分我們選用價格低廉的holtek單片機作為主控制芯片，上位機軟件則用VB進行開發(fā)，數據庫通過VB提供的數據庫管理工具建立。

　　3 智能充電機本體設計

　　充電機本體實際上是一個實時監(jiān)測和控制系統(tǒng)，結構框圖如圖1所示，它按照接收到的上位機命令完成對蓄電池充電過程的監(jiān)控，并實時地將檢測到的充電參數返回給上位機，這些參數包括蓄電池端電壓、充電電流和電池溫度等。圖2的主充電路實現充電電流、電壓的控制，是充電機的關鍵環(huán)節(jié)。圖3的均衡電路解決由于電池制造工藝的不同等原因引起的電量不均衡； 485接口電路實現充電機本體與上位機的通信；電流、電壓、溫度檢測電路實時地檢測充電的電流、電壓和電池溫度。

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圖1 充電機結構框圖

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圖2 主充電路

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圖3 均衡電路

　　在主充電路中， 220 V電壓經變壓器降壓后，由整流器整流和大電容C1 平滑濾波，作為直流充電電源。MOSFET、二極管D1、電感L1 和電容C2 構成主充電路。在工作過程中， PWM控制信號的高電平脈沖出現，使MOSFET導通之后，電感L1 的電流不斷增大，電容C2 充電，主充變換器不斷存儲能量，同時通過電感L2 對電池充電，此時，續(xù)流二極管因反向偏置而截止。經過PWM高電平脈沖持續(xù)時間后， PWM信號變低，MOSFET截止，電感L1 中的電流減小， L1 兩端的感應電動勢使續(xù)流二極管導通， L1 中的存儲電流和電容C2 存儲電荷向電池充電。經過PWM信號的低電平持續(xù)時間后， PWM信號的又一高電平脈沖到來，再度使MOSFET導通，上述過程循環(huán)交替。電感L2 的作用是平滑充電電流[ 4 ] .

　　在均衡電路中，以4節(jié)電池為例，當對第二節(jié)電池均衡時，開啟MOS管Q2,蓄電池C2通過Q2給電感L1、L2充電，然后關斷MOS管Q2,則電感L1中的電流通過二極管D1回饋給蓄電池C1,電感L2中的電流通過二極管D3和D4回饋給蓄電池C3和C4,以達到各個單體均衡的效果。