一種電動(dòng)汽車電池智能快速充電器的設(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?、重量輕、溫度特性好，污染低，記憶效果不明顯等特點(diǎn)，鉛酸蓄電池、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?；诖?。本文提出一種使用C805lF040單片機(jī)智能充電控制方案的智能充電器的設(shè)計(jì)，能有效的提高充電效率，延長電池的使用壽命。

2 硬件設(shè)計(jì)

　　2．1 系統(tǒng)框圖

圖1電動(dòng)汽車智能充電器系統(tǒng)框圖

　　該電動(dòng)汽車智能充電器以c8051040F單片機(jī)為控制核心，主要包括AC/DC變換器、IGBT功率模塊、高頻變壓器、整流濾波電路、單片機(jī)控制電路、脈沖調(diào)寬電路以及狀態(tài)顯示電路等。圖1是其系統(tǒng)框圖。

　　該方案中開關(guān)電源的最大輸出功率為2．6KW，交流輸入范圍為l70V-270V，充電器電路主要包括主充電電路和單片機(jī)控制電路兩部分，整個(gè)電路的工作過程為：220v單相交流電經(jīng)過全橋整流由電容進(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)過整流管D6，D7整流。最后經(jīng)過電感L3和電容C7濾波后得到穩(wěn)定的直流輸出。由于采用智能充電，根據(jù)不同的電池每個(gè)階段充電電壓和充電電流都不同。所以使用cygnal公司的C8051040F單片機(jī)作為充電過程控制設(shè)備，充電時(shí)單片機(jī)檢測充電電池的充電電流，充電電壓，電池溫度，防止電路過壓和過流。電池溫度過高，還可以通過檢測電池電壓電流值來決定是否在切換到下一個(gè)的充電階段。同時(shí)通過單片機(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。通過移相控制芯片uCC3895改變PWM值來改變功率管的導(dǎo)通時(shí)間．達(dá)到在不同電池不同階段得到不同穩(wěn)定的輸出值的目的。

　　2．2單片機(jī)控制電介紹

　　充電控制電路采用C8051F040單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制，該芯片是完全集成混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片(soc)．具有與805l指令集完全兼容的CIP-51內(nèi)核。它在一個(gè)芯片內(nèi)集成了構(gòu)成一個(gè)單片機(jī)數(shù)據(jù)采集或控制系統(tǒng)所需要的幾乎所有模擬和數(shù)字外設(shè)及其他功能部件。這些外設(shè)或功能部件包括：ADC、可編程增益放大器、DAC、溫度傳感器、12C總線、UART、SPI、定時(shí)器、可編程計(jì)數(shù)器、定時(shí)器陣列等。C805lF040單片機(jī)采用流水線結(jié)構(gòu)，機(jī)器周期由標(biāo)準(zhǔn)的12個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期降為1個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，處理能力大大提高，峰值性能可達(dá)到25MIPS。內(nèi)置64K字節(jié)的Flash程序存儲(chǔ)器和256B的內(nèi)部RAM及4KB位于外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間的XRAM。C805lF040具有片內(nèi)JTAG調(diào)試電路．通過4腳JTAG接口并使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)中的器件就可以進(jìn)行非侵入式、全速的在系統(tǒng)調(diào)試。由于其具有多達(dá)8路12位ADc和8路8位ADC．能對(duì)來自端口PORTC的單端輸入電壓、電流進(jìn)行采樣。6通道PWM，片內(nèi)可編程看門狗定時(shí)器．可大大簡化單片機(jī)控制電路的外圍設(shè)計(jì)和保證了程序的安全運(yùn)行。ADC負(fù)責(zé)對(duì)充電時(shí)電壓，電流J2C負(fù)責(zé)溫度數(shù)據(jù)的采集，PWM輸出充電時(shí)電壓電流的基準(zhǔn)值到到比較電路，同時(shí)單片機(jī)控制開關(guān)電源控制模塊UCC3895。

　　電壓檢測電路：電壓采樣電路由精密電阻和可調(diào)電阻構(gòu)成，由于該單片機(jī)AD測量最大設(shè)定范圍為5V。所以要使電池組電壓成比例的縮小在5V范圍內(nèi)．然后利用C805lF040內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換功能進(jìn)行轉(zhuǎn)換。單片機(jī)在內(nèi)部計(jì)算出電池電壓，該電路采用單片機(jī)內(nèi)部自帶l2位AD轉(zhuǎn)換．減少了設(shè)計(jì)電路的復(fù)雜性。并提高了可靠性和精度。為了抵抗電氣干擾和高壓電擊．該電路采用高速隔離光藕PC8l7隔離。

　　電流檢測電路：一般進(jìn)行電流采集時(shí)在電路中串聯(lián)一個(gè)阻值很小的取樣電阻．把取樣電阻上的電壓輸入單片機(jī)轉(zhuǎn)換通道，進(jìn)行A巾轉(zhuǎn)換．再通過計(jì)算把電壓值轉(zhuǎn)換為電流值。但由于本方案中充電電流較大．使用電阻采樣會(huì)消耗點(diǎn)較多的功率，因此。本方案使用電流互感器進(jìn)行電流采樣。

　　溫度檢測電路：溫度采樣采用溫度傳感器LM92。LM92是美國國家半導(dǎo)體公司公司出品的單片高精度數(shù)字溫度傳感器。常溫下，測溫精度可達(dá)到正負(fù)0．33度。并可與用戶設(shè)置的溫度點(diǎn)進(jìn)行比較。通過12C總線接口可對(duì)該傳感器的內(nèi)部寄存器進(jìn)行讀寫操作。其編程容易。使用方便，在高精度溫度測量及控溫過程中得到廣泛應(yīng)用。