电动车充电器设计

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。当充电速率大于时，电池容量恢复到额定容量的以前，即开始发生过充电反应。只有充电速率小于，才能使电池在容量恢复到后，出现过充电反应。为了使电池容量恢复到，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年以上。实践证明，实际的浮充电压与规定的浮充电压相差时，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。在环境温度为时工作很理想的普通（无温度补偿）充电器，当环境温度降到时，电池就不能充足电，当环境温度上升到时，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： 限流恒压充电模式，其充电曲线和转换电压如图所示。 两阶段恒流充电模式，其充电曲线和转换电压如图所示。 恒流脉冲充电模式，其充电曲线和转换电压如图所示。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（快充最低允许电压）、（快充终止电压）和（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，等。二、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或密封铅酸蓄电池组，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。此方案与图相比，由于省却了补足充电阶段（即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，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充电模式，原理图见图。本机选用谐振式高效变换器组件，作为前级隔离降压。此组件效率高达以上。组件输出的直流电，由、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。和、等组成快速恒流充电系统。采用，、为的供电电路，、决定的振荡频率，、为补偿元件。刚开始充电时，电池电压较低，不导通（原理后述）。脚被、拉到地电位，脚输出约脉冲，通过加到栅极，控制通断。导通期间，脚输出的充电电流，经储能电感、外接电池、到脚。在给电池充电的同时，电感也存储着能量，充电电流呈线性增大，并在上产生检测压降，经、传递到脚。当脚上的电压达到时，脚关闭脉冲，截止。此时电感中的磁场能释放，所产生的电流继续向电池供电。为提供续流通道。平均充电电流的大小由决定。电池充满后，导通，脚输出的电压经加到上，脚的电位高于时，脚关闭输出，充电器停止充电。为铅酸电池组专用充电检测与控制模块，内部有两种充电模式。的工作原理是：当电池电压接入端时，工作于恒流脉冲充电模式，即脚电位小于时，脚输出高电位，光耦不导通，组成的充电电路开始工作，同时导通，风扇得电工作。当电池电压逐渐升高，脚电位达到时，触发器翻转，脚输出低电平，光耦初级流过电流，次级导通，脚高于，脚停止输出脉冲，截止，充电器停止充电。同时风扇停转。随后电池电压逐渐下降，当电压下降到时，触发器复位，脚输出高电平，光耦截止，解除对的封锁，充电器重新输出电流。周而复始，充电的时间越来越短，电池电压由下降到的自放电时间越来越长，电量逐步恢复到。此种状态由充电指示灯充电时灭、停充时亮表现出来，而风扇的工作状态刚好与相反：充电时转动，停充时停转。、组成的供电电路。 当电池电压接入端时，工作于恒流恒压充电模式，开始时，充电器输出恒流连续对电池充电，当电池电压上升到时，脚检测基准电压由自动切换到并保持不变，通过光耦的反馈，充电器则由恒流充电转换为恒压浮充充电状态。应当注意，如充电电流过大，使电池的温度显著增加，那么自放电电流可能会超过充电电流，温度的继续升高，使不断下降，将出现严重的过充电反应，影响电池的寿命。另外，当工作于恒流恒压充电方式时，充电器应先接入电池，然后再接入市电。否则，充电器输出的电压会使误判，而直接切换到41.5恒压浮充状态，造成电池充电不足。用于对蓄电池组的充电测控，需用模块。