大功率电动三轮车电瓶充电电路的设计本科毕业设计(编辑修改稿)

大功率电动三轮车电瓶充电电路的设计本科毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

充电器质量差造成的。 因此 ,一个性能良好的充电器对电池的使用寿命具有举足轻重的作用 [2]。 蓄电池充放电的研究在很早以前就有人开始研究，人们从各个角度来探索影响蓄电池寿命的原因， 1935 年，伍德布里奇发现了影响蓄电池充电过程的有温度这个条件，温度不同，充电效率也不一样。 麦斯在 1967 年发现了对蓄电 池充电时析气的原因和规律。 在人们的不断研究和探索下，创造出了很多种充电装置，例如随着电流的变化而变化的铅酸蓄电池充电装置等，但这些充电设备基本上是采用模拟电路实现，调试复杂，体积大，并且控制效果很差。 随着时代的发展，集充放电于一体，检测和管理相结合的智能化充电控制器在 90 年代被开发出来 [3]。 在我国的蓄电池研究中，其充电装置中的整流设备多用晶闸管硅来制造，虽然其有功率密度低的缺点，但是由于它工作可靠的性能，仍然被大家所普遍应用。 最近几年，由于快速充电技术用途越来越广泛，因此人们也是努力研究和探索，并且很成 功的将这种技术应用到蓄电池中 [4]。 但是这些充电技术仍然有很多不理想之处，尤其是思想和方法的守旧，已经不符合蓄电池的性能指标。 如今，一直有人提出一些新型的充电方法，但是更完善更快速的充电方式仍需要被探索和发现 [5]。 本次大功率电动三轮车充电电路的设计是将 220V 的电压经过整流、滤波后再对蓄电池进行充电， 整体硬件电路设计包括了 电源 电路设计、 振荡 电路设计、保护电路设计、 充电状态指示 电路设计四大模块。 其中 LM324 四运算放大器起到充放电状态控制和过流保护等作用。 基准电路采用了精密稳压专用集成电路 TL431 来精确 控制主回路输出电压。 1 电动车蓄电池 蓄电池是一种新能源动力，在使用过程中不断放电，电量逐渐降低。 经过对蓄电池的研究和技术的发展，蓄电池种类越来越丰富，比如有氢镍电池、铁镍电池、镉镍电池、锂二次电池和铅酸电池。 如今铅酸蓄电池已经普遍进入市场并为人们所用。 本文即为铅酸电池充电电路的设计。 由于电能源车具有环保节能的特点，国内外对其能源供应的蓄电池的研究和发展尤其重视，而当今社会节奏加快，机动车可以直接添加汽油保持其动力，如果电动车充电需要很长一段时间的话，那么其速度较慢的缺点将导致它不被大家所认可，因此，提出一种能够快速充电的充电方式和充电电路的设计来保证蓄电池能够快速充电及能够具有更长的寿命，具有深远的意义。 随着人们对蓄电池的深入研究，现在人们已经清晰的了解到它的工作原理以及内部能量的转化，这将有助于了解影响电动车寿命的外界因素和内部电路设计优劣所在。 铅酸电池的正极板和负极板放在电解质溶 液里，在蓄电池放电时，二氧化铅和海绵状铅分别在正极板和负极板上相互转化，所以，在蓄电池放电至能量消耗完毕后，当再对蓄电池充电后还能回到原来的状态供电。 如此循环，来达到持续循环供电的目的。 2 蓄电池的充电方式 多次实践得出，正确的充电方法对蓄电池寿命的影响非常大，对蓄电池进行充电时经常把粗电池串联起来提高输出电压进行充电。 但只有在充电过程中能够均衡的进行才能保证蓄电池的寿命持续。 充电不均衡对蓄电池寿命影响很大。 以下介绍了当下常用的充电方式 [6]。 恒流充电方式 恒流充电法是将蓄电池放完电 后，在蓄电池充电时，按照充电器的 数来确定一个稳定的输出电流对蓄电池进行充电。 充电时充电电流一直不变，优点是方便控制，但是，充电的时间越长，电池的接受电流的能力也随之减弱。 缺点是充电器出气量较大，这是由于充电后期电流电解水产生气体的结果。 恒压充电方式 恒压充电方式指在充电时一直用一个特定的电压，这种方式在充电开始阶段，由于蓄电池内部的电动势处于较低状态，则充电电流比较大。 充电维持的时间越长，充电的电流也越少。 这种充电方式的优点在于电流不剩余，很少用于电解水，电池出气量较少。 缺点是充电开始时充电 电流过大，容易导致电池极板变形，很大程度地缩短了蓄电池的寿命。 由于这些原因，这种充电方式并不被人们所青睐，只有在电源电压低电流大时使用 [7]。 阶段充电方式 阶段充电方式可以利用二阶段充电方式进行，也可以使用三阶段充电方式来实现。 其充电方式也是按照恒流充电方式维持电流不变和恒压充电方式保持电压不变来实现，但是还有区别在其中。 二阶段充电方式是先使用恒流充电方式，等电压到一个确定的值后，再按照这个确定值，使用恒压充电法进行充电。 三阶段充电方式同样先使用恒流充电方式，然后用恒压充电，当电流逐渐减少 至一个预定值时，再使用恒流充电法进行充电。 三阶段充电法虽然出气量很少，但是并不能快速充电方式的要求 [8]。 脉冲式充电方式 脉冲式充电方式是充电理论的新发展，能够有效地提高蓄电池充电接受率。 这种充电方式在充电前期使用脉冲电流，然后停止充电，接着再用脉冲电流充电，一直循环直到充电完成。 脉冲电流将电池充满电后，停止充电这段时间可以将充电产生的气体重新化合吸收，消除掉欧姆极化和浓差极化来减轻蓄电池的内部压力，从而满足蓄电池充电程度的最大化。 同样，在充电停止时有足够反应时间，减少析气量，有效地提升了蓄电池的 充电电流接受率 [9]。 3 系统总体的设计 系统实现基本要求 （ 1） 电压参数： 22V 交流电经过整流和滤波转变成 44V 的直流电。 （ 2） 充电显示： LED 灯闪烁，充电正常。 LED 灯不闪烁，充电关断。 （ 3） 充电保护：使充电电压大约为 44V 且输出的电流及电压能够自行调节。 系统实现整体结构图 由课题可知，整体电路必须满足有充电状态指示和充电保护等部分电路，这样有很多种方案供选择。 进过多重的分析和筛选，最终确定了包括充电状态指示电路的设计、电源电路的设计、振荡电路的设计和保护电路的设计的整体电 路图。 系统实现整体结构图如图 1。 图 1 系统实现结构图 4 整体硬件电路的设计 整体电路的连接及工作原理 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 5 M a y 2 0 1 5 S h e e t o f F i l e : G : \ P R O G R A M F I L E S \ P R O T E L L N E W \ E X A M P L E S \ M y D e s i g n . d d bD r a w n B y :R10 . 3 3 / 3 WR24 7 K / 3 WR 1 01KR 1 48 K 2R 1 64 K 7R 1 11 0 KR 2 7 / 24 7 KR8R E S 2R9R E S 2R 1 0R E S 2R 2 94 3 KR 2 64 K 7R 1 94 3 KR 2 42KR 2 16 8 0 KR 2 3R 3 R 4R93KR 2 7 / 11 K 5 / 3 WR 2 7R E S 2R 1 54 K 7D2FR207D3FR207R 2 40.1/3WD4FR207R 2 21 5 KD1FR207E168U/400V12J P 12 2 0 V12J P 24 4 VF12AD5FR207Q14N90CD 1 54 1 4 8D 1 64 1 4 8D 1 74 1 4 8D 1 24 1 4 8C32 2 2 / 1 0 0 0 VD 1 14 1 4 8E322U/50VE42 2 U / 5 0 VD 8 D 1 05 4 0 4D7F 1 8D6F R 1 0 7D 1 4 / D 1 85 4 0 4R51 0 0R747R61K3 6 V / 1 2 A HE610U/100VE2Q2H 5 6 0 9E710U/100VQ1P C 8 1 7C54 7 2 / 1 0 0 0 VU 2 CL M 3 2 4L M 3 2 4U 2 DU 2 BL M 3 2 4U 2 AL M 3 2 4C6 2 2 2C21 0 4L E D 1R E DZ21 5 VZ1VTL431L E D 2G R E EQ38 0 5 0Q48 0 5 04 4 V4 4 VH V GH V G V E EH V GB1 图 2 整体电路图 如图 2 所示，插座 JP1 连接上 220V 交流电， JP2 连接上蓄电池，此时有充电过程和充电结束两种状态。 最大电压为 12UURM 。 当 1U =220V 电压加至变压器后，变压器出现了 MOS 场效应管 Q14N90C 的导通与闭合两种状态。 变压器变压后输出电压 3U =44V 和反向电压 VEE，由于充电时，蓄电池电压约为 36V，低于 3U =44V，因此二极管 D8 导通，电流分为供给蓄电池充电和供给图上半部分电流两部分。 当 LED1 导通时，会一直发出红光。 Z2 稳压后的电压供给充电状态指示电路， Z1 稳压后的电压供给 U2ALM324 和 U2BLM324 两个比较器。 对于 U2ALM324 和 U2BLM324 两个比较器来说，它们的正端接地，负端与 电压与 VEE之间的两个电阻分压后相连接。 当 VEE 小于负向最大电压时，比较 器 U2BLM324 输出的是低电平，电源 电路。