毕业设计（论文）-数字快速充电器设计

1、 毕业设计（论文）数字快速充电器设计前言电池分为一次电池和二次电池，所谓二次电池就是反复充放电使用的电池，称为充电电池或蓄电池。要使蓄电池通常为最佳的充电状态，需要充电器，如何充电，或者如何使充电结束，这对维持蓄电池的性能极其重要。根据蓄电池的容量不同分为大容量电池用充电器和小容量电池用充电器。不同用途要采用不同的充电器，从而获得最佳充电效果，现将需要的充电器说明如下。(1)非常用途电源用充电器变电所和工厂等自备电源、非常用途的照明灯、不间断交流电源设备等用的蓄电池，采用直流电源装置，即充电器进行充电。充电方式一般采用浮充方式，若长时间处于浮充状态，则单节电池间的电压、电解液的比重就会偏移原来值，为此，每隔一定时间或每隔一定的充电次数提高充电器的输出设定电压，自动或手动设定充电定时时间，从而进行均衡充电。为了防止温度升高引起蓄电池功能降低，还需要增设充电保护功能、温度补偿功能等。(2)通信设备电源用充电器这时也多采用浮充方式。对于市电频率来说，蓄电池可以看作是大容量的电容器，它与充电器并联进行浮充充电时可大幅度的降低充电器的噪声电压。(3)周期性充电蓄电池用充电器工厂、仓库、港口和车站

2、等处使用的运载车及升降叉车，或者矿山、土木建筑工地等处使用的机车、无人驾驶车和电车等中都使用蓄电池，这些蓄电池是作为动力源，需要用具用温度补偿功能、与放电量相应的充电控制功能的充电器进行充电。为了避免蓄电池温度升高，还需要具有控制充电终期电流的功能。另外，要根据充电允许时间及放电量等决定充电器的额定值与充放次数。有足够时间充电时采用普通充电方式，而充电时间不能保证时采用快速充电方式。一般用途使用准恒压充电方式的充电器，升降叉车等处采用车载式充电器，装高尔夫球棒的小推车等多采用小型的另置式充电器，尤其是要求快速充电时，经常采用另置式恒流恒压充电器。 本课题快速充电器是基于对汽车、摩托车用蓄电池充电而设计的。这样一款充电器在人们的日常生活中应用广泛，而一款安全快速、价格低廉、使用方便的充电器更有广大的市场，这也是本课题的研究所在。快速充电是以大电流对蓄电池进行充电，以迅速恢复其电能。充足电后如果不及时停止，电池的温度和压力将迅速上升，这将是很不安全的。因而，为了保证电池充足电而又不过充，需要一定的控制方法来控制充电过程，使其不过充，通常有电压控制方法、温度控制方法和时间控制方法。(1)充电

3、时间控制:该方法适用于恒流充电。采用恒流充电法时，根据电池的容量和充电电流，可以很容易的确定所需的充电时间。充电的过程中，达到预定的充电时间后，定时器发出信号，使充电器迅速停止充电或者将充电电流迅速调至浮充方式以维护充电电流，这样可以避免电池长时间大电流过充电。这种控制方法较简单，但有其缺点:充电前，电池的容量无法准确知道，而且电池和一些元器件的发热使充电电能有一定的损失，实际的充电时间很难确定。而该方法充电时间是固定的，不能根据电池充电前的状态而自动调整，结果使有的电池可能充不足电，有的电池可能过充电，因此.只有充电速率小于0.3C时，才采用这种方法。(2)电池温度控制:为了避免损坏电池，电池温度上升到规定数值后，必须立即停快速充电。常用的温度控制方法有:最高温度:充电过程中，通常当电池温度达到40时，应立即停止快速充电，否则会损害电池。电池的温度可通过与电池装在一起的热敏电阻来检测。这种方法的缺点是热敏电阻的响应时间较长，温度检测有一定滞后。应当说明，由于热敏电阻的阻值与温度关系是非线性的，因此，为了提高检测精度应设法减小热敏电阻非线性的影响。采用温度控制法时，由于热敏电阻响应时间

4、较长，再加上环境温度的影响，因此，不能准确的检测电池的充足电状态。(3)电池电压控制:在电压控制法中，最容易检测的是电池的最高电压。常用的电压控制法有:最高电压(VMAX ):从充电特性曲线可以看出，电池电压达到最大值时，电池即充足电。充电过程中，当电池电压达到规定值后，应立即停止快速充电。这种控制方法的缺点是:电池充足电的最高电压随环境温度、充电速率而变，而且电池组中各单体电池的最高充电压也有差别，因此采用这种方法不可能非常准确地判断电池是否己充足电。 综合以上各控制方法实现的难易与性价比，本设计采用了常用的电压控制方法即检测充电电池两端的最高电压来停止快速充电。本设计要求达到以下技术指标：（1） 该充电器可对容量为624V蓄电池进行快速充电。（2） 充电最大电流为20A 。（3） 充电电压要求能连续可调，以满足对不同容量蓄电池的充电。（4） 充电器要求有过流、过压保护装置。 （5） 能实时显示蓄电池的电压（用数字电压表显示）。（6） 能显示充电电流。纵观全篇，本设计实现对蓄电池两端电压的检测、显示将是本课题主要解决的问题。1 数字快速充电器设计的基本理论与原理 充电器在人们的日常生

5、活中应用广泛，移动电话、蓄电池、摄像机等电子设备均需要充电。而充电器根据充电对象的不同，因而对充电器的性能要求也不一样，本设计是要求设计一款蓄电池快速充电器。下面将对蓄电池主要参数及数字快速充电器设计原理作简单论述。1.1 蓄电池主要参数及充电特性蓄电池主要有以下五个参数：电池容量、标称电压、内阻、放电终止电压和充电终止电压。电池的容量通常用Ah表示，1Ah就是能在1A的电流下放电1h。单元电池内活性物质的数量决定单元电池含有的电荷量，而活性物质的含量则由电池使用的材料和体积决定。因此，通常电池体积越大，容量越高。与电池容量相关的一个参数是蓄电池的充电电流。蓄电池的充电电流通常用充电速率C表示，C为蓄电池的额定容量，例如：用2A电流对1Ah电池充电，充电速率就是2C，用2A电流对500mA电池充电，充电速率就是4C。 电池出厂时，正负极板之间的电势差称为电池的标称电压。标称电压由极板材料的电极电位和内部电解液的浓度决定，当环境温度，使用时间和工作状态变化时，单元电池的输出电压略有变化。电池的内阻决定于极板的电阻和离子流的阻抗，在充放电过程中极板的电阻是不变的，但是离子流的阻抗将随电解液

6、浓度的变化和带电离子的增减而变化。蓄电池充足电时极板上的活性物质已达到饱和状态，再继续充电，蓄电池的电压也不会上升，此时的电压称为充电终止电压。 放电终止电压指蓄电池放电是时允许的最低电压。如果电压低于放电终止电压后蓄电池继续放电，这样极板上形成的生成物在正常充电时就不易再恢复，从而会影响蓄电池的寿命。蓄电池充电特性曲线大致可分为两段：随充电时间电压上升和过充时电压下降。 蓄电池充电是一种电化学反应，充电过程中将会以一定的速率产生氧气，同时氧气与氢气化合，产生的氧气高于化合的氧气时电池内的压力上升，同时电池温度也将升高。前一阶段电压随时间而上升，到充足电后如果不及时停止，电池温度和内部压力将迅速上升，内部压力过大时，密封电池将打开放气孔，从而使电解液逸散造成电解液的粘稠性增大，电池的内阻增大，容量下降，此时不但电压不会上升，还会下降。所以需要一定的控制方法防止电池过充电。 下面介绍几种常见的充电方式及其充电特性如表1.1所示：充电方 式充电方法与特性铅蓄电池碱蓄电池恒流方式充 电与蓄电池的电压无关以衡定电流充电。需要过充电保护。充电终期效率降低。评价蓄电池性能时，实际上不大使用。充电终

7、期电压升高，温度上升。用电压检测与定时器进行控制。选定的电流值一般为0.1-0.3CA。设定电流为0.2-0.5CA。由蓄电池温度或定时器进行控制。恒流恒压充电方 式蓄电池电压为恒压设定值，以恒定电流充电，其后维持恒压充电。最常用的充电方式。适用于周期性充电与另置充电器方式。周期性充电方式时，以恒流充电到设定电压，再以恒压充电到充电结束。另置充电方式时，充电到电池的恢复电压，其后维持浮充电压。分段恒流恒压充电方 式第一阶段：以恒流充电到设定电压，其后进行恒压充电。第二阶段：若充电电流降到一定值，则以其涓流继续充电，再次使电压升高。可短时间进行完全充电。适用于周期性充电方式。第二阶段恒流范围电池能完全充电。适用的例子较少准恒压充电方式电压低时以大电流充电，电池电压升高的同时电流减小。很多情况下用做廉价充电器。适用于周期性充电方式，但需要较长充电时间。不适用于对密封电池进行充电。适用的例子较少连续补充充电方 式平时不给负载供电，而以涓流对蓄电池充电。适用于停电时的非常负载。通常采用恒压控制方式。适用于对密封电池充电。通常进行涓流控制。1.2 数字快速充电器设计原理数字快速充电就是用大电流对

8、蓄电池充电，以迅速恢复电池电能。采用快速充电法充电时需要采取一定的控制方法以防止电池过充，通常有电压控制、定时控制和温度控制。本设计采用电压控制方法，设计数字电压表显示充电器两端电压，当电池电压达到规定值时，立即停止充电，同时采用电流表显示充电电流。本设计任务及要求如下：（1）设计一款可对容量为624V蓄电池进行充电的数字快速充电器。（2）充电最大电流为20A 。（3）充电电压要求能连续可调，以满足对不同容量蓄电池的充电。（4）充电器要求有过流、过压保护装置。 （5）能实时显示蓄电池的电压（用数字电压表显示）。（6）能显示充电电流。由设计的任务及要求可画出快速充电器原理框图如图1.1所示： 图1.1 充电器系统框图各个部分的功能简述如下：市电：提供电源电压。主回路：即充电回路，为蓄电池提供充电电压。控制电路：为主电路晶闸管提供触发脉冲，控制电压输出。显示电路：显示充电电流和电压。1.3 数字快速充电器设计总体思路 根据设计充电器系统的框图，本充电器设计思路如下：电源电路、主电路（充电电路）、控制电路（触发电路）、显示电路。电源电路由220V市电经电源开关SS、电源变压器T降压后，经单相

9、桥式半波整流电路整流，变为脉动直流电压。主回路由熔断器FU、电流表、直流数字电压表、可控硅等元器件组成。控制回路即触发电路由单结晶体管V、C、RP、及脉冲变压器T组成。显示电路主要由电流表和数字电压表构成，其中数字电压表的实现必须用到模数转换器即A/D转换器，一般A/D转换器的模拟电压转换范围都在-10V到10V左右，而此数字电压表要求的最高输入模拟电压为24V，所以设计此数字电压表时需要先对要输入的模拟电压用分压器处理，再经过A/D转换器转换输出。2 数字快速充电器硬件设计2.1主电路部分设计充电器系统主电路采用常用的单相桥式半控整流电路，单相桥式半控整流电路由晶闸管VT1，VT2构成共阴极组两个桥臂；整流管VD3，VD4构成共阳极组两个桥臂；其电源电压为u2=Usin。电路中共阴极组接法的晶闸管VT1，VT2为控制换相，用于切换电路和实现对输出电压的控制；共阳极组接法的整流管VD3，VD4为自然换相，用于按电源电压变化规律切换电路。有两条对充电器供电的整流回路，由VT1，VD4构成一个整流回路，电源电压为，由VT2，VD3构成另一个整流回路，电源电压为。由于整流桥在运行时可能产生过电压和过电流，因而需要对整流元件进行过电压和过电流保护，这将在后面做详细讨论。单相桥式半控整流主电路及电压波形图如图2.1和图2.2所示： 图2.1 充电系统主电路图2.2 电压波形图由图可见是一个不完整的全波整流电压（阴影部分）。同单相半波可控整流电路一样，只要改变控制角 的大小，便可调节输出直流电压的大小。显然，它的输出电压的平均值为：

《毕业设计（论文）-数字快速充电器设计》由会员re****.1分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）-数字快速充电器设计》请在金锄头文库上搜索。