电动自行车蓄电池智能充电器

1、36V 电动自行车蓄电池智能充电器俞先锋(浙江水利水电专科学校, 浙江 杭州 310018摘 要:提出了一种采用先恒流后恒压的两段式充电方法的蓄电池智能充电器。 该充电器以 Buck 变换器为核心, 利用 UC3886芯片实现平均电流模式 PWM 控制, 并且通过一定的控制电路实现智 能化充电。阐述了该充电器的充电方式、 控制方法的设计以及整个电路的分析。关键词:蓄电池; 充电器; 恒流; 恒压; PWM 控制36V Intelligent Storage Battery Charger for Electric Bicycle YU Xian-feng(ZhejiangWater Conse

2、rvancy and Hydropower College, Hangzhou Zhejiang 310018, China Abstract:A intelligent storage battery charger (SBC,which adopts two -step mode charging technology, namely the constant current charging originally and the constant voltage charging subsequently is presented. A Buck converter is the cen

3、tral component of SBC. By using UC3886' chip, SBC carries out the average current mode PWM control scheme, and realizes intelligent charging through a certain control scheme. The charging and control schemes design for SBC and the entire circuit of SBC are discussed in detail.Keywords:storage ba

4、ttery; charger; constant current; constant voltage; PWM control中图分类号:TN86文献标识码:A 文章编号:0219-2713(2007 06-0041-040引言目前, 电动自行车因其具有使用方便、 省力、 快速和环保等优点,已经成为越来越多的上班族 的交通工具。 无疑, 大家会很关心电动自行车的使 用寿命问题。电动自行车的使用寿命主要与所使 用的蓄电池的使用寿命有关,而蓄电池的使用寿 命决定于蓄电池本身的质量和使用维护方法。若 使用维护方法得当,则能大大延长蓄电他的使用 寿命,其中正确的充电方法不仅能使蓄电池的寿 命得以延长,

5、 而且又可使它的容量得以充分利用。 本文提出的 36V 蓄电池 智 能充电 器是采 用 先恒 流后恒压 的 两段式 充电方法, 并 能 实现智 能 化控 制 , 适 用于电动自行车 常 用的 36V/12A ·h 铅酸 蓄 电池充电。 1充电方法设计对 于 铅酸 蓄电池,若 采 用 恒压 充电方法 进 行 充电,则 在 充电 开始 充电电 流 很大,会 引起高 温 , 且 恒压 充电不能 调整 充电电 流 的大 小 , 不 宜 于蓄电池的 初期 充电。 若 采 用 恒流 充电, 充电 时间 太 长,且 易引起过 充, 过 充电 由 于 剧烈 的 放 出 气 泡 , 会 在极板内部造

6、成 压 力, 加剧活性物 质的 脱 落 , 使 极板过早损坏 , 不 宜 于蓄电池 后期 充电。 鉴 于 此 ,充电 器采 用 先恒流后恒压 的充电方 式 , 如 图 1所 示 。充电 初期 , 充电电 流较 大, 电 流值限制 在 0.1C 0.2C (C 指 的 是 蓄电池容量, 此处 容量为36V/12A ·h , 取 1.8A , 对 蓄电池 进 行 恒流 充电, 确保蓄电池充电 时安全 快速。当蓄电池容量 达到 80% 左右 , 电 压达到 13.8V/单体 (单体 电 压 12V , 即 41.4V 时 ,充电 器 保 持该 电 压对 蓄电池 进 行 恒收稿日期 院 20

7、06-11-15图 4 充电器电路图直接由 GATE 端 输 出 驱 动 MOSFET 管 工 作 。 电 路 恒流 充电 期间 ,采 样 电 感 L 1电 流 , 输入 芯片 的 脚 14和 脚 15,经 过 差 分 形 式 的 取 样 放 大 器放 大, 由 脚 16输 出, 与 脚 3提 供 的电 流 给 定 值 比 较 , 所得 误差 经 由 R 20、 R 21、 C 9和 内部 电 流放 大 器组 成的 PI 调 节 器 运算 , 再 通 过内部 PWM 比 较器 比 较 产生 PWM 开 关 信号 , 去 控制 MOSFET 开 关管 工 作 。 通 过 这样 的电 流单 闭 环

8、 控制 , 控制 电 感 上 的 平均 电 流 保 持恒 定 值 为 1.8A ,以 实现恒流 充 电。电 路 恒压 充电 期间 , 分 压 电 阻 R 24、 R 25采 样输 出电 压 , 与 脚 4提 供 的电 压 给 定 值 比 较 , 所得 误差 经 由 R 22、R 23、 C 10和 内部 电 压放 大 器 组 成的 PI 调 节 器 运算 , 作 为电 流 误差 放 大 器 的 给 定, 再 与电 感 电 流采 样 值进 行 比 较 、 PI 运算 , 最 后 通 过 PWM 比 较器 比 较 产生 PWM 开 关 信号 , 去 控制 MOSFET 开 关 管 工 作 。 通

9、过 这样 的电 流内 环、 电 压 外 环 组 成 的 双闭 环 控制 , 控制 输 出电 压 平均 值 保 持恒 定 值 为 41.4V , 以 实现恒压 充电。上 述 的 PI 调 节 器 的 参数 (对 应 电 阻 和电容的 取值 均 根据系统 的 稳 定 性 和动 态 特 性 的要 求 ,通 过 闭 环 系统 补偿网络 的 设计 来 选择 。恒流 和 恒压 充电的 切换 控制 电 路 主要 由 迟滞 比 较器 U 4B 和 芯片 CD4053B 构 成。 CD4053B 芯片是 三路 单 刀 双 掷 双向模 拟 开 关, 在 脚 6为 低 电 平 的前提 下 , 当 脚 A 为 低 电

10、 平 时 , ax/ay脚 与 ax 脚连 接 , 反 之 , ax/ay脚 与 ay 脚连 接 , 脚 B 、 C 的 控制 类 似 , 这 里 将 脚 A 、 B 、 C 共 接 , 实现 三路 开 关 同步 控 制 。当 恒流 充电 进 行 到 蓄电池 端 压 上 升 到 41.4V 时 , 需 要 将 恒流 充电 切换 到恒压 充电, 为 了避免 来 回频繁 切换 ,利用 了迟滞 比 较器 的 特 性 , 将 其 高 阈 值 电 压 V TH 与 41.4V 电 压对 应 。 分 压 (R 26、 R 27 采 样蓄电池 端 电 压 , 输入 迟滞 比 较器 U 4B , 当蓄电池 端

11、 电 压 未 达到 41.4V 时 , U 4B 输 出 高 电 平给 脚 A 、 B 、 C , 使电 压 外 环 断 开 , 只 有电 流内 环 起 作 用, 实现恒 流 充电,而当蓄电池 端 电 压达到 41.4V 时 , U 4B 输 出 低 电 平给 脚 A 、 B 、 C , 使电 压 外 环 连 接 , 双 环 均 起 作 用, 实现恒流 充电 到恒压 充电的 切换 。 3.3辅助电路的分析辅助 电 路包括输入 电 源 、 辅助 电 源 、保护电路 、 显 示 电 路 和充 满 自 停 电 路 。输入 电 源 和 辅助 电 源均 由 降 压 、 整流 、 滤波 和 稳 压 电 路组 成, 属 于 一 般 设计 , 无 需 分