電動(dòng)車用48V （20A?h）蓄電池充電器的研究

有設(shè)計(jì)者認(rèn)為減小充電電流具有3個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)： (1)可以使單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量降低，有利于在蓄電池的使用壽命末期和夏季保證充電質(zhì)量;(2)可以減少極化(歐姆極化、濃差極化、電化學(xué)極化)現(xiàn)象的影響，有利于冬季充電; ( 3)可以降低充電器的輸出功率，制造成本下降。但是也有設(shè)計(jì)者認(rèn)為，電動(dòng)車用蓄電池以較大電流短時(shí)間放電，充電接受率高， 所以可以增大充電電流(甚至推薦為5A)以提高充電速度。

通過(guò)對(duì)浙江天能、浙江超威、英國(guó)IBT和日本松下等電動(dòng)車用48V ( 20A·h)蓄電池進(jìn)行了長(zhǎng)期的可靠性實(shí)驗(yàn)。在充電時(shí)，采用平均值為3. 5A并根據(jù)環(huán)境溫度動(dòng)態(tài)小幅度調(diào)整的恒流快速充電電流，蓄電池沒(méi)有明顯發(fā)熱，充電過(guò)程穩(wěn)定可靠。

2. 2. 2 恒壓充電電壓的選擇

恒壓充電電壓的選擇非常關(guān)鍵，因?yàn)樗荒茉诤軐挼姆秶鷥?nèi)調(diào)整。確定這個(gè)參數(shù)不但需要對(duì)蓄電池有較為深人的了解，還需要對(duì)充電策略等因素進(jìn)行考慮。

蓄電池在充電時(shí)，正極上的析氧速率與施加的充電電壓成正比，而氧傳輸?shù)截?fù)極并溶解在負(fù)極表面液膜中進(jìn)行還原的速度受到限制，即氧的析出快于還原時(shí)，復(fù)合效率就下降，造成失水。通常情況下， 48V 閥控鉛酸蓄電池的浮充電壓設(shè)置在55 -55. 6 V,可以保證蓄電池長(zhǎng)期處于充電狀態(tài)且極少失水。循環(huán)使用蓄電池最高充電電壓為58. 8V,如果超過(guò)就會(huì)使復(fù)合效率急劇下降，從而影響電池的使用壽命。

2. 2. 3 蓄電池是否充滿的判定

對(duì)蓄電池在充電過(guò)程中是否已充滿的判斷是充電器的重要指標(biāo)。如果蓄電池未充滿而錯(cuò)判為充滿將導(dǎo)致蓄電池欠充;反之，則將導(dǎo)致蓄電池過(guò)充。這兩種情況都會(huì)嚴(yán)重影響蓄電池的壽命。目前判斷蓄電池是否充滿的控制準(zhǔn)則有：定時(shí)控制、電壓控制(包含最高電壓、電壓負(fù)增量、電壓零增量等)、溫度控制(包括最高溫度、最高溫升、溫度變化率等)、電流控制(包含最小電流、電流變化量等)、動(dòng)態(tài)內(nèi)阻控制等。

在實(shí)際應(yīng)用中，如果以單一的控制的方式都將不可避免地存在缺陷。比如，在恒壓均衡充電過(guò)程中，電壓保持恒定，電流會(huì)隨著充電的進(jìn)程逐漸減小，當(dāng)小到一定程度電流將會(huì)恒定，不再下降，這時(shí)的電能向化學(xué)能的轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)很低，電能主要用于電解水，一般認(rèn)為這個(gè)電流為蓄電池恒壓均衡充電的殘余電流。然而，殘余電流的大小將隨著環(huán)境溫度的變化而變化，也就是說(shuō)殘余電流是一個(gè)受內(nèi)、外界多重因素影響的動(dòng)態(tài)值。若沒(méi)有溫度控制，最高充電電壓和切換電流都只能設(shè)置成定值，而這個(gè)定值無(wú)論如何設(shè)置，都只能在一個(gè)相對(duì)較小的范圍內(nèi)成為最佳設(shè)置。為此，設(shè)計(jì)的充電器通過(guò)對(duì)電壓、電流、溫度等工作參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并按模糊理論的評(píng)判規(guī)則對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行綜合分析，從而確定蓄電池是否充滿。

2. 3 軟件架構(gòu)

P IC16C712單片機(jī)的軟件模塊主要完成對(duì)傳感器的輸入信號(hào)進(jìn)行采集、對(duì)電源專用芯片UC3875進(jìn)行控制、對(duì)異常進(jìn)行處理等工作。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，軟件系統(tǒng)每隔10 s檢測(cè)一次電壓和電流; 每隔20 s檢測(cè)一次溫度。如有異常，系統(tǒng)將通過(guò)LED提示用戶出現(xiàn)何種異常并采取相應(yīng)的保護(hù)措施。整個(gè)系統(tǒng)的軟件架構(gòu)，如圖5所示。

圖5 軟件架構(gòu)

3 結(jié) 論

對(duì)充電器樣機(jī)進(jìn)行的測(cè)試表明蓄電池充電器具有如下特性：

(1)輸入電壓： 220 Vac;

(2)輸出電壓： 40~60V;

(3)輸出電流： 10A;

(4)功率因數(shù)： > 0. 99;

(5)充電噪聲： 20dB;

(6)充電時(shí)間： 6~8h;

(7)充電效率： > 85%;

(8)充電溫升： 15℃;

(9)質(zhì) 量： 0. 6kg.

此外，充電器還具有故障診斷功能。當(dāng)充電回路電流或電壓過(guò)大、開(kāi)路、短路時(shí)，充電器自動(dòng)切斷主電路，同時(shí)點(diǎn)亮相應(yīng)的LED故障指示燈指示故障原因，具有良好的保護(hù)特性。