一种可视化智能充电机的设计

　　1 概述

　　随着全球绿色能源计划的推进，电动车、电动汽车有了迅猛发展，这种发展势头有持续高升的趋势。在美国加州，电动车辆占有80%的市场份额，而且这种比例仍将进一步扩大。如此大的销售量就使得它的价格、寿命非常敏感。而占整机价格20%的铅酸蓄电池的寿命无疑是我们关注的焦点。业界广为流传的一句话就是：电池不是用坏的，是充坏的。原因是随着电池的使用，电池的特性发生了变化，而充电器的充电方式不能跟随电池特性而变化，导致电池逐渐被充坏。目前市场上的充电装置不能有效控制充电过程，容易造成电池欠充、过充甚至被损坏的恶果。电池充满时，电池会发热，这时若没有热保护电路则会造成过充电，还会因为高温而造成电池外壳变形。针对此问题笔者设计了一种新型充电器。它分两部分：智能充电机本体和上位机界面。它可以提供多种充电模式，并可设置充电的一些参数，并可以实时地进行数据采集并存入数据库，然后分析结果，确定蓄电池的性能状况、使用状况和电解液浓度，以便及时对蓄电池进行维护。电动车、电动汽车的电池一般有多个单体电池组成，在上位机上可以设置单体的个数、容量，还可以对某一已编号的电池组的历史充电曲线进行查询，所以此系统通用性较强。也就是说此系统可以对不同型号的各类电池进行充电维护。智能充电器是可以脱离上位机独立工作的，它有一套默认的设置，当没有收到上位机的命令时它会按照默认设置工作，此时只能对某一种电池组充电。

　　2 系统的总体设计方案

　　充电器一般放在车库里，而上位机软件则需要装在居室中的PC机上，为实现系统两部分间的数据传输，我们权衡价格和实用性选取长线传输： RS - 485通信。它的通信距离可达1. 2 Km,而且价格相对低廉。系统的充电机本体部分我们选用价格低廉的holtek单片机作为主控制芯片，上位机软件则用VB进行开发，数据库通过VB提供的数据库管理工具建立。

　　3 智能充电机本体设计

　　充电机本体实际上是一个实时监测和控制系统，结构框图如图1所示，它按照接收到的上位机命令完成对蓄电池充电过程的监控，并实时地将检测到的充电参数返回给上位机，这些参数包括蓄电池端电压、充电电流和电池温度等。图2的主充电路实现充电电流、电压的控制，是充电机的关键环节。图3的均衡电路解决由于电池制造工艺的不同等原因引起的电量不均衡； 485接口电路实现充电机本体与上位机的通信；电流、电压、温度检测电路实时地检测充电的电流、电压和电池温度。

图1 充电机结构框图

图2 主充电路

图3 均衡电路

　　在主充电路中， 220 V电压经变压器降压后，由整流器整流和大电容C1 平滑滤波，作为直流充电电源。MOSFET、二极管D1、电感L1 和电容C2 构成主充电路。在工作过程中， PWM控制信号的高电平脉冲出现，使MOSFET导通之后，电感L1 的电流不断增大，电容C2 充电，主充变换器不断存储能量，同时通过电感L2 对电池充电，此时，续流二极管因反向偏置而截止。经过PWM高电平脉冲持续时间后， PWM信号变低，MOSFET截止，电感L1 中的电流减小， L1 两端的感应电动势使续流二极管导通， L1 中的存储电流和电容C2 存储电荷向电池充电。经过PWM信号的低电平持续时间后， PWM信号的又一高电平脉冲到来，再度使MOSFET导通，上述过程循环交替。电感L2 的作用是平滑充电电流[ 4 ] .

　　在均衡电路中，以4节电池为例，当对第二节电池均衡时，开启MOS管Q2,蓄电池C2通过Q2给电感L1、L2充电，然后关断MOS管Q2,则电感L1中的电流通过二极管D1回馈给蓄电池C1,电感L2中的电流通过二极管D3和D4回馈给蓄电池C3和C4,以达到各个单体均衡的效果。