摘要：針對(duì)電動(dòng)車、電動(dòng)汽車電池壽命偏低，設(shè)計(jì)了一種可視化智能充電機(jī)，它是結(jié)合了單片機(jī)智能控制技術(shù)，VB可視化技術(shù)及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的一種全新產(chǎn)物。它可以使電池壽命達(dá)到最大化。

1概述

隨著全球綠色能源計(jì)劃的推進(jìn)，電動(dòng)車、電動(dòng)汽車有了迅猛發(fā)展，這種發(fā)展勢(shì)頭有持續(xù)高升的趨勢(shì)。在美國(guó)加州，電動(dòng)車輛占有80%的市場(chǎng)份額，而且這種比例仍將進(jìn)一步擴(kuò)大。如此大的銷售量就使得它的價(jià)格、壽命非常敏感。而占整機(jī)價(jià)格20%的鉛酸蓄電池的壽命無(wú)疑是我們關(guān)注的焦點(diǎn)。業(yè)界廣為流傳的一句話就是：電池不是用壞的，是充壞的。原因是隨著電池的使用，電池的特性發(fā)生了變化，而充電器的充電方式不能跟隨電池特性而變化，導(dǎo)致電池逐漸被充壞。目前市場(chǎng)上的充電裝置不能有效控制充電過(guò)程，容易造成電池欠充、過(guò)充甚至被損壞的惡果。電池充滿時(shí)，電池會(huì)發(fā)熱，這時(shí)若沒(méi)有熱保護(hù)電路則會(huì)造成過(guò)充電，還會(huì)因?yàn)楦邷囟斐呻姵赝鈿ぷ冃?。針?duì)此問(wèn)題筆者設(shè)計(jì)了一種新型充電器。它分兩部分：智能充電機(jī)本體和上位機(jī)界面。它可以提供多種充電模式，并可設(shè)置充電的一些參數(shù)，并可以實(shí)時(shí)地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并存入數(shù)據(jù)庫(kù)，然后分析結(jié)果，確定蓄電池的性能狀況、使用狀況和電解液濃度，以便及時(shí)對(duì)蓄電池進(jìn)行維護(hù)。電動(dòng)車、電動(dòng)汽車的電池一般有多個(gè)單體電池組成，在上位機(jī)上可以設(shè)置單體的個(gè)數(shù)、容量，還可以對(duì)某一已編號(hào)的電池組的歷史充電曲線進(jìn)行查詢，所以此系統(tǒng)通用性較強(qiáng)。也就是說(shuō)此系統(tǒng)可以對(duì)不同型號(hào)的各類電池進(jìn)行充電維護(hù)。智能充電器是可以脫離上位機(jī)獨(dú)立工作的，它有一套默認(rèn)的設(shè)置，當(dāng)沒(méi)有收到上位機(jī)的命令時(shí)它會(huì)按照默認(rèn)設(shè)置工作，此時(shí)只能對(duì)某一種電池組充電。

2系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案

充電器一般放在車庫(kù)里，而上位機(jī)軟件則需要裝在居室中的PC機(jī)上，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)兩部分間的數(shù)據(jù)傳輸，我們權(quán)衡價(jià)格和實(shí)用性選取長(zhǎng)線傳輸：RS-485通信。它的通信距離可達(dá)1.2Km，而且價(jià)格相對(duì)低廉。系統(tǒng)的充電機(jī)本體部分我們選用價(jià)格低廉的holtek單片機(jī)作為主控制芯片，上位機(jī)軟件則用VB進(jìn)行開(kāi)發(fā)，數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)VB提供的數(shù)據(jù)庫(kù)管理工具建立。

3智能充電機(jī)本體設(shè)計(jì)

充電機(jī)本體實(shí)際上是一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，它按照接收到的上位機(jī)命令完成對(duì)蓄電池充電過(guò)程的監(jiān)控，并實(shí)時(shí)地將檢測(cè)到的充電參數(shù)返回給上位機(jī)，這些參數(shù)包括蓄電池端電壓、充電電流和電池溫度等。圖2的主充電路實(shí)現(xiàn)充電電流、電壓的控制，是充電機(jī)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。圖3的均衡電路解決由于電池制造工藝的不同等原因引起的電量不均衡；485接口電路實(shí)現(xiàn)充電機(jī)本體與上位機(jī)的通信；電流、電壓、溫度檢測(cè)電路實(shí)時(shí)地檢測(cè)充電的電流、電壓和電池溫度。

在主充電路中，220V電壓經(jīng)變壓器降壓后，由整流器整流和大電容C1平滑濾波，作為直流充電電源。MOSFET、二極管D1、電感L1和電容C2構(gòu)成主充電路。在工作過(guò)程中，PWM控制信號(hào)的高電平脈沖出現(xiàn)，使MOSFET導(dǎo)通之后，電感L1的電流不斷增大，電容C2充電，主充變換器不斷存儲(chǔ)能量，同時(shí)通過(guò)電感L2對(duì)電池充電，此時(shí)，續(xù)流二極管因反向偏置而截止。經(jīng)過(guò)PWM高電平脈沖持續(xù)時(shí)間后，PWM信號(hào)變低，MOSFET截止，電感L1中的電流減小，L1兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)使續(xù)流二極管導(dǎo)通，L1中的存儲(chǔ)電流和電容C2存儲(chǔ)電荷向電池充電。經(jīng)過(guò)PWM信號(hào)的低電平持續(xù)時(shí)間后，PWM信號(hào)的又一高電平脈沖到來(lái)，再度使MOSFET導(dǎo)通，上述過(guò)程循環(huán)交替。電感L2的作用是平滑充電電流［4］。

在均衡電路中，以4節(jié)電池為例，當(dāng)對(duì)第二節(jié)電池均衡時(shí)，開(kāi)啟MOS管Q2，蓄電池C2通過(guò)Q2給電感L1、L2充電，然后關(guān)斷MOS管Q2，則電感L1中的電流通過(guò)二極管D1回饋給蓄電池C1，電感L2中的電流通過(guò)二極管D3和D4回饋給蓄電池C3和C4，以達(dá)到各個(gè)單體均衡的效果。