智能充电系统

智能充电系统（精选九篇）

智能充电系统 篇1

1 电动汽车充电系统的功能要求

电动汽车充电系统从供电电源处获得电能能量, 并且用最佳的方式传递给蓄电池, 进而有效的组建电源和蓄电池之间的功率转换。充电系统一般是从功率转换单元与开展充电过程控制的控制器一同构成, 一般对充电体系的基本工作要求包含了以下几个方面。

第一, 安全性:电动汽车充电过程中, 怎样较好的确保工作人员的人身安全与蓄电池组合的安全最为重要;第二, 便于使用:充电系统需要具备较高的智能性特点, 不要求操作人员对充电过程有较高的人为干预;第三, 成本较低:使用最低的成本获得最有效的充电效果能够有效的降低整个电动汽车运行过程中的消耗成本, 切实提升运行效益, 推动电动汽车行业的商业化推广运行;第四, 效率高:较高的工作效率能够有效提升整个电动汽车能量的消耗有效性;第五, 对供电电源污染小, 使用电力电子技术的充电体系完成高强度的非线性设备, 容易对供电网和其他用电设备造成有害的谐波污染[1]。另外因为充电设备的功率因数较低, 充电系统压力增大的情况下, 容易对供电网的影响也是需要得到人们的高度重视的。

2 动力电池特性分析

电动汽车最大的动力来源是动力电池, 同样是组成电动汽车体系的重要部分, 其性能的优劣程度直接影响着电动汽车的性能优劣性。电动汽车使用的动力电池属于开发电动汽车的核心。对电动汽车动力性能的要求, 包括的内容有:加速度大小、匀速行驶速度大小、爬坡速度等等, 这些种种客观性因素都会影响电池性能的选择。另外还需要对动力电池的比能量、体积、重量、电池数目、安全性以及免维护性等做全方位考虑。

2.1 常用动力电池

电动汽车的技术发展对动力电池技术的发展发挥着促进性作用, 各个汽车公司开始对电动汽车动力蓄电池技术和充电原理做整体系统性研究, 当时市面上存在各种不同形式的电池类型, 电动汽车使用较多的电池类型包括:铅酸蓄电池、锂离子蓄电池、镍锌蓄电池和燃料蓄电池等等。

2.2 电池组的差异性与造成的影响

电池的差异性指的是同样型号规格的电池电压、内阻、容量等各种参数之间存在较大差别, 从而使得电池差异性出现, 电池组差异性会造成如下影响。

第一, 制造过程中因为工艺和材料的均匀性影响, 而造成同等批次出厂的同型号电池容量和内阻完全不一样, 而造成电池自身的可接受性充电功能失衡, 因为电池个体间的充电接受能力各不相同, 因此电池串联之后使用恒定电流进行电力供应, 充电过程中可接受电流较低的电池在充电过程中会电解出大量的水。假设各个电池组中的电池容量具有差异性, 那么电动汽车电池快速充电或者汽车减速的过程中进行能量回收充电, 便会造成充电电流超过容量较低的电池充电与电流可接受情况[2]。在这种情况下容易造成充电接受能力较低的电池充入的电量慢慢减少, 严重的会造成顿板硫化, 电池容量降低, 造成充电接受能力降低。

第二, 电池在使用过程中, 假设存在过放电的情况也会加大电池差异性出现的概率, 铅酸电池进行过放电过程中, 端电压下降速度变快, 容易造成极板中出现粗晶粒的硫酸铅, 从中可以发现, 电池即使放过电依然会降低电池容量, 降低电池的使用寿命。因为中断电压监测的及时性与可靠性, 而会造成电池能量管理体系无法较好的完成放电控制, 所以电池组当中容量较低的电池过放电问题无法避免, 电池组中因为电池容量的差距不断加大, 因此也会造成容量较低的电池出现越来越严重的过放电现象。

3 智能充电硬件、软件设计

3.1 硬件设计

3.1.1 串行通信接口电路设计

为了让监控人员更好的了解充电器之中电池的充电电压电流和温度等信息, 在单片机和上位机PC的通讯端口中使用RS-232转化电平协议完成异步通信数据传递操作。

3.1.2 充电器硬件设计

充电主电路使用降压斩波电路, 工作原理是从MSP430F2274单片机输出PWM波借由MOSFET驱动电路完成控制场效应管V切断, 有效完成对蓄电池的充放电操作, 充电主电路在电路的实际运行过程中可借助合适的电容与电感和PWM波频率, 有效的实现Buck电路工作的持续平稳性电流工作状态, 同时能够有效的缩短充电时间而强化电压的平整程度。

3.2 软件人机交互设计

人机交互界面的蓄电池智能管理系统使用VC++当成一般开发工具对其进行模块化处理, 其能够有效的对蓄电池充电的电压、电流与温度等完成实时监控。

4 结语

电动汽车智能充电系统的研究, 对电动汽车用动力蓄电池和其有关的特性需要有清楚了解, 特别是对铅酸电池的工作原理与充电性能的了解不容忽视, 另外对充电系统的硬件与软件设计同样要有一定的认知。当然因为各个方面因素的影响, 对电动汽车电池的智能充电体系研究与设计有有更加深入的内容需要探究, 未来还有更多的工作等待开发与完善, 以更好的实现智能充电的要求。

摘要：如今的世界面临着能源危机与环境污染两大主要难题全部都是因为汽车, 要想保证汽车行业的可持续性发展, 执行零排放电动汽车是必然的发展趋势。文中简单介绍了智能充电动力电池的特性, 并对电动汽车智能充电的硬件和软件设计做了简要概述。

关键词：电力系统,电动汽车,智能充电

参考文献

[1]随顺科, 孙长江.基于DSP的智能充电系统在电动汽车中的应用研究[J].制造业自动化, 2011 (13) :126-128.

[2]齐春生, 韩华春, 闫谨, 等.基于A RMLinux平台的电动汽车智能充电技术[J].计算机应用, 2012 (S1) :189-191.

智能手机充电管理方案 篇2

“ 一小时充好电”-智能手机充电管理方案

前沿

苹果iPhone的出现，让智能手机的概念走进了千家万户。随着智能手机的快速普及，消费者对于智能手机功能以及体验需求不断提升，使得智 能手机厂家不断的追求硬件参数高配置。最为明显的就是CPU核数以及屏幕尺寸不断的变大，最近国产华为手机更是推出了6.1英寸，四核1.GHz CPU的Mate智能手机，把智能手机的硬件参数推到了另一个顶峰。但是这两个硬件参数的提升却严重的影响到了消费者对手机待机时间的需求。年初，美国资讯公司 J.D.Power发布了2012年智能手机用户满意度调查报告，调查结果也表明手机电池是智能手机的使用瓶颈。该调查还显示，手机电池的耗电量是决定客户是否对 手机满意的最重要因素之一。一款简单的功能机，充满电后放上十天半个月不充电也是稀松平常的事。但是智能手机每天都得插上充电器，就像回到了有线电话时 代，总有条“绳子”跟着你的手机。很遗憾锂电池技术突破远远没有跟上其它硬件的发展脚步，智能手机耗电激增更是将手机电池推向了绝对的瓶颈期。这种情况 下，想要在电池端下工夫，只能增加电池体积以增大容量。目前主流手机电池容量多在1000-2000mAh之间，大尺寸的机器会出现配备2500mAh电 池的手机，而华为的mate更是配了4050mAh的电池。大容量电池必然带来长时间的充电时间，同时对智能手机的充电技术提出了更高的要求。本文主要对目前主流智能手机充电方案做个详细的介绍。无源方案

分立器件充电方案主要是从功能机时代延续过来，如图1为MTK平台目前在功能机平台以及低端智能手机平台的主流充电方案。充电的控制全部靠 主平台来控制，通过两路ADC检测引脚ISENS/BATSNS之间0.2欧姆电阻的电压差，内部的逻辑电路会设置流过R1电阻的电流来实现对电池充电电 流大小的控制，而且还通过7.5K电阻以及NMOS管隔离BB或者PMU直接面对VCHG充电器输出的脉冲高压冲击，确保不会因为劣质适配器输出的高压烧 坏主芯片。

分立器件充电方案的优势是成本足够便宜，劣势就是充电电流比较少，目前市面主流的设置是500mA，而且充电的保护机制主要是靠平台自身的 软硬件来实现。分立器件充电方案的优缺点都比较明显，但是在功能机时代，分立器件的优势得到极大发扬，而充电电流比较少的劣势在功能机时代并没有给消费者 带来太差的体验感。正因为这样，分立器件充电这套方案成为了所有功能机平台的主流充电方案。但是随着智能手机电池容量的不断增大，分立器件充电电流较少的劣势不断显现，因为成本的考虑，很多厂家想通过分立器件的方式来提升充电电 流。但是分立器件由于散热的太差很难实现较大电流充电，图2 是图1电路中大电流通路的三极管两种封装图，从早期的SOT23-6封装发展到为了支持更大电流充电的DFN2X2-8封装，但是分立器件自身的结构只能 通过管脚对空气散热，限制了不管是哪种封装都没有办法取得很好的散热效果。类似的有源功率器件采用DFN、QFN封装，看中的是可以利用封装底部的散热 盘，这个散热盘要有好的散热效果必须接主板的大地，而无源的分立器件没有办法利用到散热盘的这个有效散热功能。

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有源线性充电方案

在手机平台还没有高度集成化的时候，是 手机充电的主流方案，后来随着平台的不断集成化，BB把充电的控制逻辑集成在自身的PMU里面，从散热方面考虑，把需要过大电流的管子放置在外面，从而延 伸出了分立器件的充电方案。随着智能手机的不断普及，电池容量的不断增大，对充电电流的要求不断提升。上文描述的分立器件充电电流小、散热差的问题越来越 严重，线性充电的集成方案有开始陆续被一些更注重品质的厂家采用。

有源线性充电的优势是：

1、芯片集成较多的充电保护机制，这种保护机制随着充电电流的不断增大，越来越被工程师所关注，毕竟充电模块会涉及 到手机可靠性方面；

2、散热较好，有源的充电IC一般会采用带散热盘的DFN/QFN等封装，芯片内部的地会通过封装的散热盘接到主板的大地，非常有利于 主板的散热，不会出现手机主板某个局部区域温度过高的情

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况。劣势是：

1、成本要比无源的分立器件方案高；

2、充电电流最大支持到1A，电流再大，效率低导 致的散热问题也会明显显现。

如图

3、图4为上海艾为电子推出的AW3210支持MTK、展讯智能手机平台1A充电的高性价比充电方案。AW3210除了线性充电常规的 保护机制例如OVP、OCP、软启动保护外，还专门针对大电流充电开发的具有专利技术的K-charger，K-charger专利技术可以自动根据芯片 的温度来调整充电电流的大小，避免因为使用中由于误操作影响充电的可靠性。图5为K-charger技术充电电流随之芯片温度变化的曲线示意图。

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开关充电方案

前面两种充电方式主要还是功能机以及低端智能手机的充电方式，文章的开头也介绍到智能手机的飞速发展，2013年的智能手机已经升级到4核（甚至8核）、5寸/6寸的硬件规格，电池容量升级到了2000mAh甚至到4000mAh以上的配置，过长的充电时间已经严重的威胁到消费者的体验。所 以从去年年底开始，主流的平台厂家纷纷推出更大电流更高效率的充电

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方案，四核平台MT6589参考设计就正式开关充电方案作为四核平台充电的标准方案。开关充电方案相对于线性充电方案最大的优势就是效率更高、发热更小。上海艾为电子推出的支持1.5A的开关充电AW3215最高的效率能够 达到88%左右，而线性充电的方案效率也就只能在70%左右。充电电流的不断提升，效率差别导致的发热就越来越突出。下表为某手机发烧网站专门发布的针对 目前市面上主流手机做的发热测试，能够看到充电对手机的发热能够列入手机发热源的前三。

图6是上海艾为电子针对高端智能手机平台推出的支持1.5A充电电流AW3215的典型应用，考虑到国内很多手机设计公司做的共板项目，同 一个PCBA对应很多不同类型的机器，AW3215内置智能识别适配器输出能力的功能，工程师只需要出厂前设置最大充电电流即可，无需还需要根据不同的适 配器设置充电电流。AW3215通过实时监测VBUS上的电压，智能调节充电电流，使得同样的一个硬件设置可以匹配市面任意的适配器，给PCBA厂家统一 BOM提供了极大的方便。适配器智能检测功能能够最大程度地提高充电电流，也可以确保充电过程速度最快、安全性最高。

蓄电池智能充电器检测系统 篇3

本文所介绍的蓄电池充电器是针对输入电压变化范围大,如AC380V,变化范围±20%,输出为额定电压DC110±5V,可连续调节电压的铅酸蓄电池组充电器。该充电器属于智能型充电器,充电过程中可以灵活设定充电模式和电流限流值,实现自动限制电流的恒流充电过程。

1 蓄电池智能充电器系统介绍

蓄电池智能充电器对单一使用恒压的充电方式进行改进,引入了自动限流充电方式。由于系统中的充电电流是通过控制DC/DC变换器进行限定的,所以比传统的电阻限流更为有效。

充电过程中,当蓄电池电压比较低时,先采取大电流恒压限流充电。此方式有3个充电电流档:19,25,50A,在保证充电电压的基础上,分别将充电电流限制到相应的值上。充电时,通过单片机控制先使用大电流限流档进行大电流恒压充电,然后依次将充电电流允许值降低进行小电流恒压充电;当蓄电池电压充到接近额定电压时,充电转为恒压方式。这时,因为蓄电池的电压已较大,所以充电电流不会超过规定值。上述的复合式充电方式,可以克服传统充电方式中可能出现的充电电流超限的情况,在保证将蓄电池完全充满的前提下,既有效限制了充电过程中的电流,又具有很快的充电速度。充电器对蓄电池组的充电过程按照蓄电池自身的充放电曲线进行,更好地符合蓄电池的固有特性,大大降低充电过程中对蓄电池造成损坏的可能性。

2 蓄电池智能充电器的原理与组成

蓄电池智能充电器的主电路图如图1所示。

图1中,DC/DC变换器采用全桥直流变换电路,C1为输入侧的滤波电容,耐压250V,容量为10000μF。Cs为IPM模块的吸收电容,容值较小。IG-BT管T1至T4组成逆变桥两个桥臂。Tr为高频变压器,变比为1:0.7。变压器副边采用高频全波整流,D1和D2为起整流作用的快速二极管。L为输出侧滤波电感,电感量75μH,C2为输出侧滤波电容,耐压250V,容量为4700μF。

充电器的容量为5kW,额定电流45A。主回路的输入电压为机车辅助发电机发出的DC110V电源,输出由相应的模式决定。输入的直流电压接入接触器主触点后,先由单相逆变桥逆变成高频交变的方波电压加在变压器的原边。经过高频变压器后,副边交变的方波电压由全波整流电路整流成直流单极性的方波电压。最后,经过LC滤波产生所需要的直流充电电压。

充电电路中还引入了变换器输入侧滤波电容C1的预充电辅助电路。若该电容上原本电压为0时,输入DC110V电源直接投切到充电主回路上,会使电容上的电压跃变,从而产生很大的电流尖峰。这既容易对器件造成损害,也会影响电路其他各部分的正常工作。因此,在投切辅发电源到主回路之前,要先将该电压进行必要的处理,减小电流冲击:在充电器刚开机时,先控制接触器将预充电电路投切到主回路上,用蓄电池组上的剩压对电容C1进行预充电;当电容上的电压达到要求后,再由控制器控制接触器将DC110V电源投切到主回路上,充电器进入正常工作状态,由控制器控制主回路对蓄电池进行充电。

在充电过程中,需要使用传感器检测充电电流、电压和温度,由单片机进行模式识别和切换。各传感器在主回路中的位置如图1所示。DC/DC变换器的输入侧使用电流传感器A1采集输入电流,用来过流保护;LC滤波电路的输出侧使用电流传感器A2和电压传感器V1,分别检测蓄电池的充电电流和充电电压。单片机根据此电流值和电压值确定相应的充电模式,产生充电电流和电压的给定值,输入到电流和电压的PI调节器,与充电电流和电压一起进行闭环控制。最后,2个PI调节器的输出取最小值,驱动PWM波发生器产生相应脉宽的PWM波形,控制IPM产生充电过程中的充电电压和电流。

充电过程中充电电压和电流决定着充电系统的工作模式,输入电流用于对电路的过流保护,其稳定性和精度、线形度直接决定着系统工作性能。所以.相应电量传感器的选型十分重要。

3 霍尔型传感器在蓄电池智能充电器中的应用

3.1 霍尔型传感器的特点

霍尔型传感器采用LEM型传感器,被测电路和测量变换电路之间没有直接的电气联系,具有很好的隔离作用,对被测电路各相关量的影响也很小。

LEM型传感器转换精度高,抗干扰性强,工作频带宽,工作可靠性也很高:足够宽的工作频带可以如实反映蓄电池在充电过程中电压和电流量的变化情况,极大地降低测量误差,提高控制精度,为控制器及时进行充电模式切换和故障判断,以及采取相应的保护措施提供了可靠的保证。LEM型传感器有很强的抗干扰性,电源电压的波动对传感器的影响较小。经过实际的长时间上车带载调试,性能十分稳定,没有发生因为干扰而导致的工作异常现象,对提高系统的可靠性起到了积极的作用。在机车上的恶劣机械振动环境中传感器也仍能正常工作。同时,LEM型传感器也满足充电机工作的环境温度要求。

3.2 霍尔型传感器的选型

3.2.1 电流传感器

系统中共需要2只电流传感器A1和A2,分别测量DC/DC变换器的输入电流和蓄电池的充电电流。

(1)电流传感器A1:系统中DC/DC变换器的输入侧额定电流为45A,考虑到输入电流波动要留出一定的裕量,采用LEM型电流传感器LT108-S7测量输入侧电流。

传感器主要参数:原边额定有效值电流:IPN=100A;测量范围:0～±150A;副边额定有效值电流:ISN=50mA;总精度±0.6%;线性度小于0.1%。

(2)电流传感器A2:蓄电池的充电电流限流值最大为50A,所以,选取原边额定电流为50A的LEM型电流传感器LT58-S7测量充电电流。

传感器主要参数:原边额定有效值电流IPN=50A;测量范围:0～±70A;副边额定有效值电流:ISN=50mA;总精度±0.8%;线性度小于0.2%。

3.2.2 电压传感器

系统中使用了1个电压传感器V1,测量蓄电池的充电电压。

系统中充电电压额定值为110V,选取LEM电压传感器LV28-P测量蓄电池组的充电电压。

传感器参数:原边额定有效值电流:IPN=10mA;副边额定有效值电流:ISN=25mA;总精度±0.6%;线性度小于0.2%。

3.3 霍尔型传感器的安装

电流传感器:系统中检测输入电流和充电电流的电流传感器LT108-S7和LT58-S7使用螺丝固定在支架上工作。

电压传感器:系统中检测充电电压的电压传感器LV28-P焊接在专用传感器板上,使用螺丝固定在充电器基座上。

4 外围电路的设计和参数配置

4.1 传感器的信号变换电路

图2所示电路是本充电器中使用的信号变换电路。

4.2 传感器的外围电阻值选配

对于LEM型电流传感器负载电阻的选择,首先应满足传感器的相应要求,阻值在规定的范围之内;其次,还要和信号变换电路相互匹配,并且满足变换电路的参数限制。要防止负载电阻两端的电压在输入调理电路之后,导致输出波形失真。图中全波整流电路输入量不能超过电路中运放的供电电源±12V。如果负载电阻选得过大,全波整流电路输入量也相应较大,可能导致输出波形失真,引入测量误差。过大的负载电阻会限制被检测电流量和电压量的幅值范围,使传感器的测量能力不能完全发挥。另一方面,若选得太小,在整个电流范围内,转换得到的输出电压都很小,由于A/D转换器精度的限制,最后转换的数字量对被测信号的分辨率很小,也会限制测量精度。因此,在选择负载电阻阻值时,应综合上述两种情况加以考虑。负载电阻的取值对传感器的线性度也有影响,选取阻值时应综合判断合理选择,保证传感器的线性度最优。

按照上述标准,系统中各传感器的负载电阻值最后选取如下:输入电流传感器负载电阻选取150Ω;输出电流传感器负载电阻选取150Ω;输出电压传感器负载电阻选取300Ω。

对于电压传感器,输入电路所串外部电阻的选取也应注意。它决定着被测电压与原边电流的比值,同时对传感器的线性度也有影响。

系统中电压传感器测量的是110V直流电压,选定的外接电阻为15kΩ。根据该值可以得出正常状态下原边的输入电流为7.3mA(

4.3 电磁兼容性设计

系统中主要采取了下列方法解决充电器的电磁兼容性问题:

(1)使用模块电源,各处供电电源分散供电;

(2)检测信号线分开走线,远离大电流通路,高频器件,开关管等干扰源;

(3)在输入信号端使用高频滤波网络;

(4)对单片机的信号线、晶振等环节采取抗干扰设计;

(5)在传感器的调理电路输入侧加接LC滤波网络。

5 实验结果与波形

实验过程中,使用大功率电阻模拟负载,以及100Ah的铅酸蓄电池组负载进行老化试验。在直流110V充电电压下,充电电流最高达到50A时,充电工作正常,故障保护功能正常。图3给出了实验时IGBT模块中1个桥臂中上、下2只IGBT的驱动信号。从波形中可以看出,该时刻IGBT的开关频率为9.52kHz,上、下桥臂互补通断。通过该波形可以分析出2个驱动脉冲之间已加上了死区时间,防止上、下直通故障。图4给出了DC/DC变换器中高频变压器副边某时刻的电压波形。

6 结束语

实验结果和现场调试情况表明,该铅酸蓄电池智能充电器的设计可以满足现场实际应用的要求,实现了恒压充电过程中的自动限流充电控制功能,提高了充电的效率和质量。系统中,LEM传感器测量信号实时、精确,满足故障保护,稳压、限流等控制精度的要求。传感器的外围接口电路、供电电源、走线、电磁兼容性能等均满足实际应用的要求,系统设计合理。

摘要：介绍蓄电池智能充电器测控系统,阐述智能充电器设计方案和霍尔型(LEM型)电压、电流传感器在智能充电器中的应用,说明传感器的选型及其外围电路的设计和参数配置等问题,实现了铅酸蓄电池恒压充电过程中的自动限流充电控制功能,提高了充电的效率和质量。

关键词：智能充电器,霍尔型传感器,外围电路

参考文献

[1]李靖,黄绍平,张深基.LEM传感器在电气参数测试中的应用[J].湖南工程学院学报

[2]曹建,丁家封.LEM电流传感器在电力设备介电特性在线监控中的应用[J].仪表技术与传感器,2001(4)

[3]狄毅莹,朱永明.一种内燃机车蓄电池检测仪[J].内热机车,2004(7):39-41

智能手机电池充电需要注意几点 篇4

现市面智能手机电池的容量一般在2000mAh上下，而手机充电器一般是在500mA左右的充电速率，因此，正常的手机锂电池的充电时间一般是在3至4小时左右。需要注意：无论慢充还是快充，都不能超过24小时，否则会因为长时间的供电产生巨大的电子流而烧坏电芯。

另外一点建议用户使用原装的充电器来充电，因为只有厂家自身对手机的电路设计和锂电池性能最为了解，原厂在设计时也会从用户和手机自身来打造，尤其是充电器的电容选料和电路设计上都比山寨产品优秀很多，出色的过充保护则更加人性化。

原厂充电器较贵，但是像聪明电、千禧星这些品牌的手机充电产品在性价比上更值得考虑，同时并提醒大家尽量不要使用万能充充电，以免造成不可挽回的后果。当出现手机电量过低提示时，应该尽量及时开始充电，不要等到没电关机后再充电；还有上面提到的按照厂家指导充电时间和充电规则来充电，即使是前三次也只需如此，不用理会销售人员要充12小时的忽悠。

汽车单片机智能充电系统的设计探讨 篇5

1 功率转换器的设计

由于半桥变换器开关与正激电路与推挽电力的输入电压并不一样,无法承受两倍输入电压,其主要在离线开关的变换器中应用。如图一所示,用一个隔直电容的Cb把变压器中不同名端和两个相同大小的滤波电容中cf1与cf2公共点相连接,在一些应用中能够把隔直电容省略掉,把流入变压器电流对这个电容充电会导致一次电压的降低,而输入电压的Ui就可以加在滤波电容的cf1与cf2上面。由此可知,它们公共点的平均电压是Ui/2,而隔直电容引入的目的是为了防止公共电压无法保证输入电压的二分之一所产生的磁通不平衡问题。变压器同名端和两个图腾柱的结构所连接的开关管公共点相连接,功率的开关管Q1与Q2则每隔半个周期进行交替导通,也就是说它们每隔半个周期就分别将表呀起的同名端连接至Ui或者接地,不同名端就维持在Ui/2中,当导通Q1的时候,一次绕组的同名端电压是Ui,由于不同名端的电压为Ui/2,其一次绕组的电压也就为Ui/2,因此,变压器的二次绕组同名端的电压极性基本为正极。由于Q1的持续导通,Q2集电极的电压就为Ui,导通整流二极管D2,输出的电感LO在这个阶段上充磁,待t≤ton时,关断Q1,由于变压器的同名端经由Q2接地,不同名端在此时的电位就比同名端的要高,正偏导通二极管D1,使电感充磁输出,一次绕组电压持续维持在输入电压的一半中,在两个开关管的开通阶段间隙中,使用二极管D1与D2续流,将存储于输出电感LO当中的能量相输出电容与负载传输。

2 驱动电路的设计

采用隔离驱动IR2110模块,其具有独立低端与高端的输入通道,应用自举电路的悬浮电源,高端工作的电压可以达到600V, 工作的频率高,可以达到100kHz,开通与关断的延迟时间短。

由于IR2110隔离驱动电路需要驱动功率场效应管,供电是15V,输出脉冲宽度调制控制器单片机的供电为5V, 因此需要通过光电耦合器来隔离,第十二脚与第十四脚为IR2110逻辑波形的输入,输入电压范围主要在共接地端的电压到器件内部工作电压之间,在本次使用的充电器中,其电压的范围为0 ~ 15V,所以光耦电阻必须按照其工作的状态进行匹配电流传输比。一旦单片机受到噪声的干扰时,就有可能使得输出错误的PWM波造成输出的电压过大,而初级的电流采样的电阻把所收集的电流值切换成为电压值,同时与基准的电压值相比较,输出的高电平就会拉高SD端,这时IR2110就会停止工作。

3 PIC 中输出脉冲宽度调制控制器的输出模块

PIC单片机最大的运行频率能够达到64MHz, 可以满足系统需要的空间,并且有丰富的接口,比如,液晶显示器的驱动,输出脉冲宽度调制控制器的输出,AD采样与按键驱动等,这种单片机开发比较简单,编译的环境可以自动分配到内存空间,从而减轻开发者进行内部存储器操作工序,并且可以自动使代码优化,这种单片机增强型的输出脉冲宽度调制控制器模式可以在最多四个不同的输出引脚中产生高达10分的分辨率PWM的输出信号。

在半桥的模式中,用两个引脚来作输出端进行驱动推挽式的负载,输出脉冲宽度调制控制器的输出信号于P2A的引脚上输出,互补输出脉冲宽度调制控制器输出信号在P2B的引脚上输出,这种模式可以用在半桥应用中或者用两路输出脉冲宽度调制控制器信号进行调制四个功率全桥应用的开关。ECCP2DEL的寄存器中P2D值能够用来输出设备驱动,倘若这个值的占空比较大,在整个周期中所对用的输出就没有效果。

4 电流采集的电路

如图二所示的电流采样电路图中,C56与C57是去耦电容,其作用是减少噪声,提高电路的降噪能力,本次设计中应用Vcc来作基准电压,要时刻注意Vcc的噪声成分与稳压特性,由于Vcc的一部分噪声被电路增大而在输出端出现。

按照叠加定理与分压规则得出:

把(1)式与(2)式联合计算可以得到 :R1=50kΩ,R2=100kΩ,RF=27kΩ,RG=2kΩ。这时,运算放大器线性方程就为Vout=10Vin+1,即可得到精确的电压值。

5 高频电压器的设计

5.1磁芯的选择

磁芯的面积与乘积反映出变压器的输出功率能力,而变压器的磁芯面积与乘积 就为Ap=Ac×Am,又:AP=(Pt×104/4×Bm×f×Kw×Kj)1.16

所得公式中:Ap是磁芯界面的面积与乘积,Ac是磁芯的截面积,Am是磁芯的窗口截面积,Pt是变压器计算功率,Bm是工作磁感应的强度,f是工作的频率,Kw是窗口的占空系数,Kj是电流的密度系数。

在设计的过程中,所选择的磁芯型号是EI41,按照厂家所提供磁芯的尺寸得出,磁柱的宽度与磁芯的厚度都为11.8厘米,磁芯的底部磁柱的长度为20.2厘米,所计算出的Ap值为4.6cm4,比计算值的2.41cm4要大,因此符合设计要求。

5.2计算初级绕组

在本次设 计中,计算初级 电压为 :Up=Ui/2=160V即N1=(Up1×TON)/(2×Bm×Ac)

所得公式中:Up1是初级输入的电压幅值,TON是开关管的导通时间,Bm是工作磁感应的强度,Ac是磁芯的截面积。则取近似值N1=26匝。通过实际检测,当取值为23匝的时候,变压器发热最小,其转换的效率最大。

5.3 导线的选择

本次设计 工作的频 率主要为50kHz,这是就要考虑到在高频状态下的铜导线趋肤效应,当铜导线趋肤效应为时,代入数据就可以得知Δ=0.3mm,因此,最大线径允许采取Dmax=2×Δ=0.6mm,所以选择的线径就为0.5mm。需要的导线截面积也可以通过初级与次级最大工作的电流进行确定,并选择合适的导线。本次设计采用的初级绕组为用0.5毫米的铜心直径的漆包线来给予3股并绕,副边则使用17股线并且直径为0.3毫米的漆包线并绕。

6 充电对策

当前市场所流通的充电器大部分都是恒压限流,相对具有代表性的主要是运用恒压充电与恒流充电以及涓流充电的模式,也就是三个阶段的充电对策,而在实际的运用过程当中,常常会出现充电不足、蓄电池的存放时间相对较长、以及放电的过程中由于电流过大而导致蓄电池一充电就满,一用电就光的现象,通常把这种现象叫做电池硫化,按照经典的充电理论与大量的实践数据,对于蓄电池的充电对策设计了五个阶段的方案:

第一,组合脉冲的充电阶段。在进行充电的初始阶段,运用高压大电流来进行瞬间正脉冲,其主要的作用是减少硫化,脉冲充电的时间为五秒钟,停止充电的时间为一秒钟,而间歇脉冲能够让铅酸蓄电池拥有足够的化学反应时间,大多数析出的氧气与氢气被还原成为电解液,从而减少充电时铅酸蓄电池析气量。

第二,激活充电的阶段。在修复正脉冲结束之后,运用PIC18F66K90单片机来采集蓄电池电压值,如果电压是9.5V,就说明电池已经失效,应该继续组合脉冲充电来进行修复,接着就继续检测蓄电池电压。

第三,恒流充电的阶段。当蓄电池在激活完毕之后,就可以运用大电流来对电池充电,按照充电的理论,蓄电池的电池组容量的换算系数取值为0.4. 极正系数就为0.75,而恒流充电电流就为30A。

第四,恒压充电的阶段。在进行恒压充电的阶段中,运用单片机输出脉冲宽度调制控制器的输出进行调节,把充电的电压维持在14.7V中,在这个阶段中,充电电流会不断的降低,一旦电流降到3A的时候,也就是大约是恒流充电的十分之一时,就可以进行涓流浮充。

第五,涓流浮充的阶段。涓流浮充的主要目的是为了避免恒压阶段所充入的电量不足,由于在恒压阶段充电电压过高或者过低都会直接造成充入电量的不足,无法对电池进行充分的利用,当电压过高的时候,就会导致电池过充造成的电池容量损失。

7 结束语

智能充电系统 篇6

脉冲宽度调制 (PWM) 技术以简单灵活、动态响应好的优点成为电力电子技术中应用最广泛的控制方式。在智能电池充电控制领域同样采用了此技术:利用微处理器的数字输出对模拟电压进行控制, 改变PWM的宽度实现对输出的控制, 得到匹配的电池充电电压, 实现高效、快速地智能充电。

2 基于LTC4100芯片的控制系统设计

2.1 系统框图简介

本文所述的智能充电系统基于凌特公司推出的LTC4100控制芯片, 其是用于电池充电和电源管理的高电压、大电流控制器。LTC4100芯片独立于主机IC工作, 无需写固件和调试固件, 缩短了设计时间、降低了复杂性。LTC4100芯片100%遵循SMBus规范1.1, 完全能够满足智能电池系统二级 (Smart Battery System Level 2) 充电功能的要求。

芯片的TGATE输出端控制P沟道MOS管, BGATE端控制N沟道MOS管。LTC4100芯片控制两路MOS管的交替开、关调节改变PWM的宽度, 经过滤波后得到不同电压值。

滤波完毕后的稳压电压连接至电池PACK+端对电池进行充电。

单片机C8051F410贯穿整个控制系统, 通过SMBUS总线连接LTC4100控制芯片以及BAT, 通过简单编程可得到电池在充电过程中信息变化以及操作相关充电动作。外接液晶显示电池状态, 实时监控并通过警报手段提醒操作人员注意。

2.2 PWM调制

脉冲宽度调制 (PWM) , 英文“Pluse Width Modulation”的缩写, 简称脉宽调制, 是利用微处理器数字输出对模拟电路进行控制的一种十分有效的技术, 广泛应用在测量、通信、功率控制与变换等的许多领域中。

模拟信号经转换后脉波的周期固定, 但脉波的占空比会根据模拟信号的大小而变化。模拟信号是否使用PWM进行编码调制, 仅依赖带宽, 这意味着只要有足够的带宽, 任何模拟信号值均可采用PWM技术进行调制编码。一般而言, 负载需要的调制频率要高于10 Hz, 在实际应用中频率约在1 k Hz到200 k Hz之间。在信号接收端, 需要将信号解调还原为模拟信号。

电子技术迅速发展, 出现了多种PWM调制技术, 其中包括:相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等。而在电池智能充电器中采用的脉宽PWM法, 即把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形, 通过改变脉冲列的周期可以调频, 改变脉冲的宽度或占空比可以调压, 采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。可以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制充电电流的目的。

PWM调制的一个优点是从处理器到被控系统信号是数字形式的, 无需进行数模间转换, 可将噪声影响降到最小。同时, 对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另一优点, 而且这也是在某些时候将PWM用于通信的原因。从模拟信号转向PWM可以极大地延长通信距离。在接收端, 通过适当的RC或LC网络可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式。

本文中涉及的脉冲宽度调制通过模拟控制方式, 其根据相应载荷的变化调制MOS管栅极的偏置, 控制MOS管的开关、管导通时间, 从而实现开关性稳压电源输出的改变, 得到相应的电池充电电压。

3 系统硬件设计

图1为硬件实现中LTC4100芯片控制的智能电池充电电路, 其中QZ2 (PMOS) 、QZ3 (NMOS) 是PWM调制中所需要控制的MOS管。原理中QZ1 (PMOS) 用作理想二极管控制, 输入反接时不导通;输入正确连接后体二极管正向导通时, 控制MOS导通, 降低导通损耗。QZ2 (PMOS) 用作buck电路的功率开关, 驱动端是PWM信号, 与NMOS、电感、检流电阻、输出电容组成由LTC4100控制的充电器。

图2所示为系统中PWM调制所需的两MOS管QZ2及QZ3交替导通所遵循的时间关系。TGATE端控制QZ2 (PMOS) , BGATE端控制QZ3 (NMOS) 。

同时在此系统中需要进行简单的单片机控制。如下图3所示:

C8051F410单片机通过SMBUS总线连接LTC4100控制芯片以及BAT, 外接显示屏可实时显示电池在充电过程中的状态变化。

4 测试波形深析PWM调制实现

4.1 PWM脉宽调制

充电电路工作过程:适配器 (19v) 接入电路, LTC4100芯片控制QZ1导通, 芯片内PWM模块控制QZ2、QZ3交替导通, 对直流19v电压进行调制, 调制后电压经过电感LZ1以及电容CZ12、CZ14整波得到12v稳定电压, 继而对电池进行充电。适配器电压在QZ2源极之前的电压波形 (同时可认为是适配器输出的电压波形) , 如图4:

解析:黄色波形为QZ2的栅极控制电压、绿色波形为QZ3的栅极控制电压。QZ2为P沟道MOS管VGS为负电压时导通, 图中黄色波形为正电压 (12V~19V) , 分析电路, QZ2源极S端接入的为适配器电压19V, 当QZ2的栅极端电压为12V时, VGS=-7V, 则PMOS QZ2处于导通状态。当QZ2的栅极端电压为19V时, VGS=0V, 则PMOS QZ2处于截止状态。QZ2的栅极控制电压为12V (低) 时, 绿色波形 (QZ3栅极端控制电压波形) 同时也是低电压 (0V) 。QZ3为N沟道MOS管, VGS为正电压时导通。分析QZ3电路, 源极S接地, 栅极G为0V时, VGS=0V, 此时QZ3处于截至状态;栅极G为7V时, VGS=7V, 此时QZ3处于导通状态。

LTC4100芯片控制QZ2、QZ3导通与截止的频率得到图5波形。芯片中PWM模块程序设定值不同, QZ2与QZ3导通与截止所占的时间比例不同, 使得到的输出波形中19v与0v电压所占的比例不同, 经过电感LZ1以及电容CZ12、CZ14整波后得出不同电池充电所需要的额定电压。

4.2 QZ2与QZ3对适配器电压19v的控制

图6为QZ2对适配器电压的控制波形图。栅极电压为12V时, QZ2导通, 适配器电压通过;栅极电压变为19V时, QZ2截止, 但由于MOS开关的动态特性, 即使QZ2截止时电路中漏极端的输出电压一定时间内仍无法达到0v, 为此, 电路中添加了QZ3, 将漏极端的输出电压快速拉低, 这样就实现了在极短的周期内电压的迅速变化。

图7为对QZ2的漏极端电压控制波形图。其作用是在QZ2截止时QZ3处于导通状态从而迅速拉低QZ2的漏极端电压。

LTC4100芯片控制QZ2、QZ3导通与截止的频率得到图8波形。芯片中PWM模块程序设定值不同, QZ2与QZ3导通与截止所占的时间比例不同, 使得到的输出波形中19v与0v电压所占的比例不同, 经过电感LZ1以及电容CZ12、CZ14整波后得出不同电池充电所需要的额定电压。

5 结束语

以数字方式控制模拟电路, 可以大幅度降低系统的成本和功耗。本文所述控制系统中的PWM调制就是以数字的方式将模拟的DC电压处理得到需要的充电电压, 安全可靠、转换效率高。PWM调制技术正在许多微控制器和DSP芯片上使用, 这将使数字控制的实现变得更加容易。

参考文献

[1]王久和.电压型PWM整流器的非线性控制[J].机械工业出版社, 2008

[2]孙立志.PWM与数字化电动机控制技术应用[J].中国电力出版社.2008

智能充电系统 篇7

10月25日, 中国首个主动柔性智能充电系统在青岛发布, 并通过相关技术鉴定。由青岛特锐德电气股份有限公司开发的CMS主动柔性智能充电系统综合智能监控技术和高频开关电源技术, 通过监测区域内电网负荷、待充电车辆数量、电池荷电状态以及用户充电的时间需求, 以优化的柔性电流输出对电池进行充电。

该系统可以将电池充电的安全性提高100倍以上、电池使用寿命延长30%左右, 同时, 通过微调度和负荷管理调节峰谷电, 帮助电网公司有效改善电力负荷曲线, 达到电动汽车充电设施与电网的协同发展, 从而加速了充电基础设施接入和布局进程。

(消息来源:第一电动网)

智能充电系统 篇8

10 月25 日, 中国首个主动柔性智能充电系统在青岛发布, 并通过相关技术鉴定。由青岛特锐德电气股份有限公司开发的CMS主动柔性智能充电系统综合智能监控技术和高频开关电源技术, 通过监测区域内电网负荷、待充电车辆数量、电池荷电状态以及用户充电的时间需求, 以优化的柔性电流输出对电池进行充电。

该系统可以将电池充电的安全性提高100 倍以上、电池使用寿命延长30% 左右, 同时, 通过微调度和负荷管理调节峰谷电, 帮助电网公司有效改善电力负荷曲线, 达到电动汽车充电设施与电网的协同发展, 从而加速了充电基础设施接入和布局进程。

( 消息来源: 第一电动网)

智能充电系统 篇9

关键词：GPRS,GPS,RuBee,电动汽车充电站

随着电动汽车的不断发展和普及, 其配套设施也受到了越来越多的关注, 尤其是充电站的建设已经提到发展日程。美国、日本、以色列、法国和英国等国家都已开始建设各自的电动汽车充电设施, 主要以充电桩为主[1,2]。然而, 随着电动汽车充电站数量的不断增加, 驾驶员如何能够快速到达所预约的充电站和对大量进站的车辆进行有效管理已成为日渐关注的问题。为此, 本文设计了基于Ru Bee/GPRS/GPS技术的电动汽车充电站智能管理系统。该系统能够对电动汽车及充电站进行实时准确定位, 并对充电站及进站车辆进行有效地管理, 为充电站的推广和普及创造条件。

1 系统整体设计

系统硬件部分主要由ARM9处理器、GPRS模块、GPS接收模块、Ru Bee读写模块等组成, 其系统框图如图1所示。

GPRS模块负责向电动汽车传输充电站位置坐标、剩余车位和充电桩等信息, 以及向充电站传输驾驶员基本信息 (姓名、身份证号) 、电池型号等信息, 实现信息的交换;GPS接收模块负责定位充电站和电动汽车位置坐标, 电动汽车可根据充电站位置信息经路径规划快速到达该充电站;Ru Bee读写模块负责存储驾驶员基本信息、车型号、电池型号等, 充电站工作人员可根据该模块所存储的信息对车辆进行有效管理。

2 系统硬件设计

2.1 处理器选型

本系统能接收到来自各个电动汽车GPRS模块所发送的大量数据信息, 所以要求所选用的处理器必须具有高速的数据处理能力。因此, 系统选用了主流嵌入式处理器ARM9, 型号为STM32F103VCT6。该芯片是一款具有较高性价比和全性能MMU的低功耗ARM芯片, 支持Windows CE、Linux、Palm OS等多种主流嵌入式操作系统[3], 支持数据Cache和指令Cache, 具有更高的指令和数据处理能力。

2.2 Ru Bee模块设计

Ru Bee (IEEE Std 1902.1—2009) 是一种应用于物品识别的新型电子标识技术[4]。与RFID相比, Ru Bee传输距离更远, 能够克服恶劣的环境, 保密性更强, 具有低功耗、有效通信范围0.5~30 m、工作数据速率300~9600 bit/s等特点。Ru Bee模块工作原理如图2所示。

Ru Bee标签内存储驾驶员基本信息、车型号、电池型号等信息, 在进入电磁场后, 接收阅读器发出射频信号, 凭借感应电流所获得的能量发出存储在芯片中的基本信息, 阅读器获取数据并解码后送至处理器进行数据处理[5]。

2.3 GPS模块设计

系统选用的是台湾鼎天REB-3300GPS模块[6,7], 该模块性价比较高并适用于车载监控、车载导航等。GPS模块具体接线电路如图3所示。ARM9处理器与REB-3300模块通过TXD1和RXD1传输实时定位信息。

2.4 GPRS模块设计

系统选用的GPRS模块为PTM100模块, 该模块体积小、便于集成、性价比高, 具有三频带通信 (GSM900/1800/1900MHZ) , 电源电压为3.3~5.5 V, 外接SIM卡[8]。GPRS无线传输电路如图4所示。EMERGOFF输入脚为PTM100提供一个小于3.2 s的周期信号, IGT输入脚为PTM100的启动信号。

2.5 存储电路设计

存储模块主要存储电动汽车充电信息 (车牌号、车型、电池型号等) 以及位置信息, 设计电路如图5所示。

此存储电路为3.3 V稳压电源供电, 当有存储信息传输时可通过LED指示灯的亮暗观察, 电路右侧是FLASH卡槽, 用于插FLASH卡。

3 系统软件设计

电动汽车充电站智能管理系统流程如图6所示。

若系统准备就绪, 开始建立网络连接, 连接成功后, GPRS网络开始进行信息交换;传输完毕后, 充电站预留出该电动汽车充电或换电池的位置, 电动汽车在接收到充电站的位置信息后, 经路线规划快速到达所预约的充电站, 从而实现对电动汽车充电站的有效管理。

4 结语

针对现实中电动汽车、充电站充电桩、电池数量的增加等问题, 提出了一种基于Ru Bee/GPRS GPS技术的电动汽车充电站智能管理系统终端设计方案。系统实现了对进站车辆、充电设施、工作人员的有效管理, 以及对电动汽车、充电站的实时定位, 为用户提供了一种低成本、高性能的智能管理方式。

参考文献

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[2]赵琨, 卢才武.车联网中基于GPSONE的露天矿车辆监控定位系统[J].计算机应用与软件, 2012, 29 (12) :225 228.ZHAO Kun, LU Caiwu.Vehicle monitoring and positioning system for open pit mine based on GPSONE in vehicle network[J].Computer Application and Software, 2012, 29 (12) :225 228.

[3]李增国, 张浩, 夏扬.基于ARM的风力发电远程监控系统设计[J].电测与仪表, 2010, 47 (9) :54 57.LI Zengguo, ZHANG Hao, XIA Yang.Design of wind power remote monitoring system based on ARM[J].Electrical Measurement and&Instrumentation, 2010, 47 (9) :54 57.

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[5]单玉峰, 姚磊.无线射频识别 (RFID) 系统技术与应用[M].北京:电子工业出版社, 2008:10 15.SHAN Yufeng, YAO Lei.RFID technology and its application[M].Beijing:Publishing House of Electronics Industry, 2008:10 15.

[6]PEREIRA V, GIREMUS A, GRIVEL E.Modeling of multipath environment using copulas for particle filtering based on GPS navigation[J].IEEE Signal Processing Letters, 2012, 19 (6) :360363.

[7]ZHAO Fei, LIANG Zhirui, NIU Shengsuo.A synchronous sampling system of AC electric signals in different places based on DSP and GPS[J].Electrical Measurement&Instrumentation, 2008, 45 (4) :40 43.