基于三段式充電控制方案的電動(dòng)汽車智能充電器設(shè)計(jì)

1.引言

電池是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵動(dòng)力輸出單位，在鉛酸蓄電池，鎳鎘電池，鎳氫電池，鋰電池和燃料電池等幾種常用電池中，因?yàn)榫哂心芰勘却蟆⒅亓枯p、溫度特性好，污染低，記憶效果不明顯等特點(diǎn)，鎳氫電池在電動(dòng)汽車中使用很普遍。

然而由于充電方法的不正確，造成充電電池的使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于規(guī)定的壽命。也就是說(shuō)很多電池不是被用壞的而是被充壞的，可見充電器的好壞對(duì)電池壽命有很大的影響。

基于此，本文提出一種使用3段式充電控制方案的智能充電器的設(shè)計(jì)方案，能有效的提高充電效率，延長(zhǎng)電池的使用壽命。

2.控制方法介紹

常用的充電終止控制方法包括：定時(shí)控制法，電壓控制法，電流控制法和綜合控制法。

定時(shí)控制法是指用定時(shí)系統(tǒng)來(lái)控制整個(gè)充電時(shí)間，時(shí)間沒定值到達(dá)時(shí)，對(duì)電池停.止充電。常用的電壓控制法包括最高電壓法(Vmax)，電壓負(fù)增量法(△V)，零電壓增量法(0△V)常用的溫度控制法包括最高溫度法(Tmax)，充溫升法(△T)。溫度變化率(△T/△t)，最低溫法(Tmin)。綜合控制法是指綜合使用上述控制方法中的幾種控制方法。

相對(duì)于傳統(tǒng)的定電壓和定電流充電法三段式充電理論則可以大大提高電池的充電效率。三段式充電采用先恒流充電，再恒壓充電，最后采用浮充充電。如果充電前電池處于深度放電狀態(tài)則還要在充電前進(jìn)行預(yù)充電。

3.系統(tǒng)硬件構(gòu)成

3.1 總體硬件設(shè)計(jì)

充電對(duì)象為鎳氫電池，采用電壓，電流反饋的方法來(lái)達(dá)到恒流，恒壓充電的目的，同時(shí)對(duì)充電過(guò)程中的各種參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和控制。該充電器的總體設(shè)計(jì)如圖1。

該方案中開關(guān)電源的最大輸出功率為2.4KW，交流輸入范圍為1 76V-264V，充電器電路主要包括主充電電路和輔助控制電路兩部分，整個(gè)電路的工作過(guò)程為：220V單相交流電經(jīng)過(guò)全橋整流由電容進(jìn)行濾波，得到約300V左右的直流電，經(jīng)過(guò)由4只IGBT構(gòu)成的逆變橋，得到高頻交流電，經(jīng)高頻變壓器耦合到副邊，再經(jīng)過(guò)整流管D1，D2整流，最后經(jīng)過(guò)電感L 2和電容C8濾波后得到穩(wěn)定的直流輸出。

由于采用三段式充電，每個(gè)階段充電電壓和充電電流都不同。所以使用ATMEGA8單片機(jī)作為充電過(guò)程控制設(shè)備，充電時(shí)單片機(jī)檢測(cè)充電電池的充電電流，充電電壓，電池溫度，防止電路過(guò)壓和過(guò)流，電池溫度過(guò)高，還可以通過(guò)檢測(cè)電池電壓電流值來(lái)決定是否在切換到下一個(gè)的充電階段。

同時(shí)通過(guò)單片機(jī)給出每一階段的充電的電壓值或是電流值，與采樣所得的對(duì)應(yīng)電壓電流值相比較，通過(guò)移相控制芯片UCC3895來(lái)改變PWM值來(lái)改變功率管的導(dǎo)通時(shí)間，來(lái)達(dá)到在不同階段得到不同穩(wěn)定的輸出值的目的。

3.2 主充電電路介紹

主充電電路采用全橋逆變電路。H橋由4個(gè)IGBT管Q1 Q2 Q3 Q4組成，Ql和Q4構(gòu)成的超前橋臂實(shí)現(xiàn)零電壓導(dǎo)通和關(guān)斷，Q2和Q3構(gòu)成的滯后橋臂實(shí)現(xiàn)零電流導(dǎo)通和關(guān)斷。

工作時(shí)Ql和Q2的驅(qū)動(dòng)電壓反向，Q 3和Q 4的驅(qū)動(dòng)電壓也反向，Q 1和Q 2以及Q 3和Q 4在導(dǎo)通切換時(shí)的死區(qū)時(shí)間是可以由移相控制器UCC389S來(lái)控制的，通過(guò)調(diào)節(jié)Q4相位的移動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)超前橋臂的共同導(dǎo)通的時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)占空比，來(lái)達(dá)到改變輸出功率的目的。Q2和Q3組成的滯后橋臂的調(diào)節(jié)原理和超前橋臂一樣。

UCC3895是新一代先進(jìn)的BICMOS移相式PWM控制器，它保持了UCC3875/6/7/8/9系列IC的主要功能，新增了增強(qiáng)型控制邏輯、自適應(yīng)延時(shí)設(shè)定及關(guān)斷等性能。

UCC3895利用兩個(gè)半橋開關(guān)之間相對(duì)應(yīng)的相移來(lái)實(shí)現(xiàn)全橋功率級(jí)的控制。在高頻率條件下，利用穩(wěn)定頻率脈寬調(diào)制和諧振零電壓開關(guān)技術(shù)使它達(dá)到或具有很高的效率。

UCC3895既可作電壓模式控制器，也可作電流模式控制器。UCC389 5具有輸出開通延時(shí)可編程，自適應(yīng)延時(shí)設(shè)定，可工作在電壓電流模式，軟啟動(dòng)/軟停止可編程，0一100%的占空比可調(diào)，1M的最大時(shí)鐘頻率等特性。