智能充电设备

智能充电设备（精选八篇）

智能充电设备 篇1

国外设计 师Nu Dock给LED台灯加入 了给i Phone以及Apple Watch充电的功 能。 台灯内置i Phone和Apple Watch接口,将手机或者手表放到磁性充能插座上后,它们就能自己充电了。

“智能井盖”诞生可对电动汽车进行无线充电

HEVO动力公司和纽约大学合作,将于明年初在华盛顿公园广场建造可以无线充电的智能井盖,该公司官方网站称,这是一种持久、 嵌入式硬件,可配置在城市街道可持续性公共设施,停车场、车库、车辆调配场、高速公路和其它行车区域。

Rogo智能充电器智能在什么地方 ?

智能充电设备 篇2

无法开机的怪现象

如果你晚上玩得太嗨，忘记给手机充电，那第二天早上你绝对会遭遇令人抓狂的问题：插上电源，按下手机的电源键屏幕上仅会闪现一个正在充电的电池图标（图1），然后就没有然后了……此时你需要给手机充电好长一段时间，再次按下电源键才能顺利开机。如果你本来就起晚了，身边还没有移动电源，意味着你上班的一路手机都会处于“失联”状态，直至赶到公司或是找到电源插座。

不知道你有没有注意到另一个怪现象，对可以更换电池的手机而言，如果你没有安装电池就插上电源线，此时无论如何也是无法开机的，需要安装电池后才能激活开机功能。两个现象似乎都预示着一个问题：充电器无法直接给手机/平板供电。

来自笔记本的反思

就上述问题而言，笔记本电脑的表现可谓完美。无论电池电量是0%还是100%，无论你有没有安装电池，只要插上电源按下开关就能看到熟悉的Windows系统界面，以至于我们从未关心过电池、充电时间和开机方面的关系。

然而，随着Windows平板电脑的普及，我们不得不重新审视这一问题。90%以上的Windows平板（包括几乎所有的Android平板）和手机一样，当电池电量耗光之后，都需要插上电源线充至少10分钟的电力后才能开机。但是，当我们正在使用Windows平板给客户做PPT演示时遭遇没电情况时，总不能说“抱歉，您先喝杯咖啡，这平板得充电10分钟后才能继续演示，咱们先聊点家常吧”一类的借口吧？

那么，为何笔记本可以无视电池电量而随时开机，但手机和平板却面临着零电力的开机困扰呢？

充电器和负载“不是一路”

移动设备的充电过程涉及到一个非常严谨和复杂的路径管理（图2）。简单来说，这个过程存在4个组成部分，分别为外部电源（充电器+电源线）、充电管理模块（也可称为电源管理模块，通常是一个IC芯片）、电池（设备里的电池）以及负载模块（设备硬件自身，包括屏幕、CPU等一系列组件）（图3）。

所谓的路径管理，就是对使用电池供电的设备而言，如何处理以上四个部分的关系。对手机和绝大多数平板电脑而言，它们的路径管理在设计伊始，就没有考虑过在充电的同时，让外部电源同时为负载模块供电的问题（原因大都是如果充电器同时给负载和电池供电，在充电器连接/拔下的瞬间会造成较大的电压跳动，存在一些隐患）。

换句话说，它们的外部电源、充电管理模块、电池和负载模块处于一种串联的状态，外部电流必须经过充电管理模块允许，经过电池才能给负载供电。如果没有安装电池，哪怕你插上电源也无法开机。笔记本之所以无视电池安装与否都能开机，是因为它的路径管理采用了一种并联的状态，外部电源可以绕过电池而直接给负载供电。

问题来了，既然手机装上电池就是一套完整的路径管理，那为何当电量低时哪怕插上电源也无法即刻开机呢？

电池电压成最关键参数

我们经常用mAh这个单位作为判断手机电池容量的依据（笔记本则需要用Wh这个单位）。一款手机mAh越高，意味着待机时间越持久。当mAh容量降到一半时，代表手机还剩50%电量，降到0%时代表完全没电。这个没有错，但决定手机或平板因电量低而无法开机的更关键参数，则是电池电压（图4）。

我们都知道，锂离子电池的电压是一个浮动的参数，在100%电力时其电压值会稳定在4.2V左右，随着电量的耗损，电池电压则会逐步降低到3V甚至更低。问题就出在这里。

想激活手机的负载模块，往往需要3.2V以上的工作电压（平板负载模块所需的工作电压可能更高），而我们在给手机充电的过程实际就是mAh（电流）和V（电压）两个数值缓慢提高的过程。因此，当我们充电5～10分钟，只要电池当前电压大于3.2V自然就可以开机了。

由此我们又能解释一个现象：很多Windows平板用户经常一边充电一边玩LOL等游戏，但有时会出现电池电量越用越少甚至自动关机等现象。此时就很好理解了，在单位时间里，外部电源给电池补充的电力，小于同一时间内负载模块所消耗的电池电量，所以才会越用越少直至关机。

可能有同学会问了，不是还有一个充电管理模块吗（图5），它又是干啥用的？

充电管理模块“牛仔很忙”

在移动设备充电的过程中，充电管理模块一直处于“牛仔很忙”的状态。在正常安装电池且电流电压符合标准的情况下，当我们按下电源开关的一瞬间，充电/电源管理模块会输出VCORE- 1.8V、VDD-2.8V、VMEM-2.8V 、VRTC-1.5V、AVDD-2.8V等供电电压给手机各部分电路从而顺利开机。

当电池没电才开始充电时，充电/电源管理模块首先会检测电池当前电压，如果低于3.2V则进入预充模式（此时无法开机），缓慢提升电池电压;当电池电压提高到3.2V后则进入快速充电模式（也叫恒流充电），这个时候就可以正常开机了;当电池电压达到4.2V左右后会进入涓流充电模式，直至切断供电。

此外，充电/电源管理模块会设定很多关键阀值。比如当电池电压低于3.2V，它会发给CPU自动关机的信号进入UVLO模式，此时RTC模块（实时时钟）正常工作，所以当你充电再开机时系统时间显示正常，闹钟也有机会正常提醒。但电池电压进一步降到3V以内后，充电/电源管理模块则会激活DDLO模式，此时RTC模块关闭，导致再次开机时时间复位。

小结

智能充电设备 篇3

有鉴于此,本文通过电子电路技术、模电技术和计算机通信技术相结合的方式,设计了一种动力电池智能充电设备,可以在一定程度上减少甚至避免上述充电效果不理想造成的问题,实现了动力电池充电过程中的灵活而有效的控制。充电过程中,对动力电池充电电压和电流的实时监控、获取和比较,使得充电过程尽可能的接近我们的期望过程,同时,更好的实现动力电池的智能化充电管理。

1 结构设计

智能充电设备的整体结构如图1所示,其中智能充电控制模块无疑是整个设备的核心,而STC单片机又支撑着整个智能充电控制模块的运行。这个设备拥有两种充电模式,取决于PC机控制还是“包”选择开关控制(此处的关于“包”的定义,我们将在第3节进行详细解释)。当PC机控制时,我们称为“Nor-mal Mode”(或者“本机模式”);当“包”选择开关控制时,我们称为“Auto Mode”(或者“离线模式”)。

在“Normal Mode”状态下,我们通过串口电平转换电路完成PC机和STC单片机之间的通信,其中PC机向STC单片机发送控制指令,说明动力电池的充电状态,是恒流充电还是恒压充电,恒流充电的电流值或者恒压充电的电压值;STC单片机则将实时监测到的动力电池的充电电流值或者充电电压值通过相应的A/D转换同PC机发送的期望值进行对比调节,进一步对开关电源的输出进行微调。同时,也将监测到的电流值或者电压值发送给PC机,用以记录和参考。在PC机向STC单片机发送完指令后,再由STC单片机做出相应处理,将数字信号转换成相应的电压模拟信号,进而控制开关电源的输出值,将开关电源的输出值调节成PC机的期望值,对动力电池进行充电。

在“Auto Mode”状态下,可以脱离PC机工作,所以也把这种模式称为“离线模式”。“包”选择控制开关需要进行人为的调控,通过事先对要充电的动力电池的种类、特点等方面的了解,人为地拨动选择控制开关,从而选择STC单片机中存储的充电“包”,之后的充电过程按照选中的“包”内的存储信息自动的充电调整。

2 硬件设计

智能充电模块是该设备的核心,它决定着整个设备对于开关电源输出值的控制。该模块的电路实现可以分为三大主要部分,分别是串口电平转换部分、D/A转换部分、采样电路部分和电光耦反馈部分。除此之外,还有A/D转换部分,用来完成动力电池充电电流值或者电压值由模拟量到数字量的转换,这一部分集成在了STC单片机中,STC单片机本身就具备A/D转换的功能。为了更好地同A/D转换配合,在模块中加入了基准电压源模块,为动力电池充电电流值或者电压值由模拟量向数字量转换提供转换标准。

接下来,分别就智能充电模块的三大电路部分进行阐述。

2.1 串口电平转换部分

串口电平转换部分采用的是标准的串口电平转换电路,核心部件就是MAX232芯片。串口电平转换部分用来将PC机九针接口能够识别的RS232电平信号和STC单片机能够识别的TTL电平信号进行相互之间的转换,从而使得PC机和智能充电模块之间可以相互通信。

其中,R1 in端输入RS232电平,R1 out端输出TTL电平,接STC单片机的信号接收端(RXD)。T1 out端输出RS232电平,T1 in端输入TTL电平,接STC单片机的信号发送端(TXD)。

2.2 D/A转换部分

PC机发送控制指令到智能充电模块,同STC单片机进行通信。STC单片机接收到来自PC机的控制指令后,会自动将其转化为相应的PWM方波脉冲输出。D/A转换部分实际上就是对STC单片机的PWM0和PWM1端口发出的PWM脉冲信号进行处理,转换为相应的稳定的电压值,为此我们采用双重积分电路发完成PWM脉冲量到电压量的转换。STC单片机会发出作为充电电流值或者电压值的控制信号PWM方波脉冲信号,在第一次的积分电路中,将PWM方波脉冲信号转换为三角波信号。然后,再次通过一次积分电路,将三角波信号转换为可以稳定输出的电压信号,这里就完成了所需要的D/A转换。作为输出稳定电压值的PWM-I和PWM-V端口后会分别接上一个电压跟随器,进一步稳定得到的电压值。

2.3 采样电路部分和电光耦反馈部分

D/A转换完成后,便可以获得所期望的充电电压值(对于电流值也是按照一定的关系转化为相应的电压值)。此时,需要对动力电池的充电电压值或者电流值进行采集,进而通过和期望值进行对比调节。对于电压值的采集,采用电阻分压的方式采集,通过R03和R04电阻对开关电源的输出电压值进行按比例采集,再通过Vsam端连接电压跟随器使其稳定输出。再与STC单片机期望电压值DA-V通过比较器进行比较,在存在差值的情况下,三极管打开令光电耦合器产生作用于明纬开关电源的反馈,从而调节电源的电压输出。而对于电流的采集,则是通过将采集端口VIS接入充电回路中,从而获取充电电流值,再将电流值按照一定比例放大,在AD-I端得到与采样电流值对应的电压值。再与STC单片机期望电压值DA-I(期望电流值对应的电压值)通过比较器进行比较,在存在差值的情况下,三极管打开令光电耦合器产生作用于明纬开关电源的反馈,从而调节电源的电流输出。

3 软件设计

3.1“Normal Mode”充电模式

“Norml Mode”是一种PC机控制智能充电的模式,也就是说对于动力电池的整个充电过程,由PC机发送相应的充电指令进行控制调节。

首先,按照所定义的通信协议,由PC机向智能控制模块发送控制指令,串口电平转换部分将RS232电平的控制指令转换为STC单片机可以识别的TTL电平的控制指令。然后按照指令的格式,或以一定值恒流充电,或以一定值恒压充电,或停止充电。不管STC单片机最后是何种动作,都是通过调整自身的PWM方波脉冲高平信号的宽度来实现的,而且期望的充电电流或者电压值越高, PWM方波脉冲高平信号的宽度越宽。 STC单片机的PWM脉冲波会通过两次积分电路转换,再接上电压跟随器,转换成相应的稳定电压,这里就完成了PC机数字信号到稳压模拟信号的D/A转换。稳压值再通过与采样电路中采集到的动力电池充电电压值和电流值相应转换后的到的电压值进行比较,反馈处理,得到所期望的充电电压值或者电流值。

3.2“Auto Mode”充电模式

对于“ Auto Mode ”来说,“包”的概念至关重要,它直接主导着整个充电过程。“包”其实完整的名字应该叫做“动力电池充电曲线封装包”,顾名思义,也就是用来存储动力电池充电曲线的封装。要想做好“包”,必须对各类动力电池的充电属性进行调查研究,然后归类处理,制作成各类动力电池充电曲线图(充电曲线,也就是从开始充电到充电完成,整个过程中各个时间段对应的充电状态,是以何种动作进行充电,充电的电流值或者电压值大小)。最后,再将充电曲线图通过编程进行封装处理,存储到STC单片机中并编号。在每次使用的时候,通过 “包”选择开关发送“包”编号,指定STC单片机中相应的“包”对动力电池的充电作指导。整个充电过程中, STC单片机通过自己本身的定时中断,不断地查询选定“包”中存储的充电信息, 调整PWM脉冲的输出,进而控制动力电池的充电状态。

图7为某动力电池的充电曲线,由图我们可以看出,该动力电池的充电基本可以分为四个过程:涓流充电(低压充电)、 恒流充电、恒压充电以及充电终止。在电池电压低于3V的时候,为了保护电池不受损,需要进行恢复性充电,也就是涓流充电。涓流充电的电流是恒流充电的0.1c左右( 0.1c也就是十分之一恒流)。当电池电压上升到涓流充电阈值以上,这时需要加大充电电流,所以改用1c左右的电流进行恒流充电。在电池电压上升到4.2V左右时,开始恒压充电阶段。电流根据电芯的饱和程度,再继续充电的过程中逐渐减小,当电流减小到0.1c左右时,认为充电终止。

4测试验证

通过图8所示方案,对该设备的性能进行测试和验证。

如图示,该设备控制明纬电源的输出,选用明纬开关电源NES-200-27 ,该明纬开关电源能够稳定的输出27V的电压。 同时,外接220V的家用电压供应明纬开关电源的工作。电池选用由四节磷酸铁锂电池串联组成的电池组,该电池满电电压为3.2V ,内阻15毫欧以内,最大充电电压3.65V ,最大充电电流3.2A 。从设计方案中不难看出,通过控制明纬电源的输出,对电池组进行充电,同时,电池组外接负载,向该设备反馈充电过程中的充电电流参数和电压参数。为了方便数据的测量,在电池组和负载的回路中串联一个电流表用于测量充电电流,在电池组两端并联一个电压表用于测量充电电压。同时,在充电开始前先将电池组放电放空。

“ Normal Mode ”充电模式下,测试结果如下:

表1中,期望电压值为PC机输入的控制明纬电源输出的恒压充电电压值,实际电压值为相同时间间隔测量得到的十个充电电压值的平均值,误差百分比则是期望电压值与实际电压值的差值的绝对值与期望电压值的百分比。从上表,不难看出,该设备基本在“Normal Mode”下,尽管存在一定的误差,但是总体已经满足功能需求。

表2中,期望电流值为PC机输入的控制明纬电源输出的恒流充电的电流值,实际电流值为相同时间间隔测量得到的十个充电电流值的平均值,误差百分比是期望电流值与实际电流值的差值的绝对值与期望电流值的百分比。从上表,不难看出,该设备在“Normal Mode”下,尽管存在一定的误差,但是总体已经满足功能需求。

“Auto Mode”充电模式下,测试结果如图9所示:

在电池放空的情况下,对电池组进行充电,期望结果应该是:开始阶段,开关电源对电池组进行涓流充电,充电电流大小为0.3A 。在一段时间之后,电池组已经冲进去了一部分电压之后,再对电池组进行恒流充电,充电电流值为3.0A 。最后阶段,对电池组进行恒压充电,直到充满。从图中不难看出,虽然充电过程并不是百分百的稳定,但是三个过程的充电电流值和电压值基本保持在期望值很小范围内波动。所以,“ Auto Mode ” 充电模式下,该设备性能还是十分理想的。

综合上述测试结果可以得出,本文设计的动力电池智能充电设备具有良好的输出特性,且误差较小,使用方便。

5 结束语

以STC12C2052AD单片机为核心的动力电池智能充电设备,能够在“Normal Mode”和“Auto Mode”两种充电模式下,根据用户需求可选择的进行智能充电。PC机控制下的动力电池充电,能够人为的控制充电的电压、电流,并在读取动力电池充电状态的情况下,进行充电方式的精密微调。“包”选择开关控制下的动力电池充电,则可以根据存储的各类动力电池的充电曲线,选择性地进行细致的充电调控。

摘要：针对动力电池的智能充电问题,在常规开关电源的基础上,设计并实现了一种对动力电池按指定需求进行充电的智能设备。该设备利用STC12C2052AD单片机依据设定的输出期望值,通过对开关电源的实际输出值进行采样,并同输出期望值进行对比产生相应的反馈,从而智能化地控制开关电源的充电输出。实际验证结果表明,该设备能按照设定充电数据工作,且输出值误差在5%以内。

关键词：智能充电,开关电源,动力电池

参考文献

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[5]李新静,张佳瑢,魏引利,等.锂离子动力电池的温升特性分析[J].材料科学与工程学报,2014,06:908-912.

[6]戴海峰,周艳新,顾伟军,等.电动汽车用动力锂离子电池寿命问题研究综述[J].电源技术,2014,10:1952-1954+1982.

[7]田鹏,宋康,廖俊必,等.磷酸铁锂电池性能测试与优化使用研究[J].电子测量技术,2014,12:105-109+113.

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[9]王少龙,侯明,王瑞山.动力电池的研究现状及发展趋势[J].云南冶金,2010,02:75-80+90.

电动汽车智能充电导航 篇4

1 智能充电导航系统

1.1 基本框架

从服务角度的划分来讲, 车载导航系统可以分为多车、单车两种导航系统。多车导航能够多辆汽车进行服务, 而单车导航系统则单独为一辆车进行服务。本文所研究的智能充电导航系统, 属于单车导航系统。

在实际的研究过程当中, 我们采用了普通导航的基础测试, 例如无线通信设备、GPS系统等。

在本文提出的电动汽车智能充电导航系统当中, 系统会通过网络的方式对路况进行实时的接收, 此外, 为了满足充电导航的功能, 该系统还能够对实施电价、排队情况等信息进行接收。

在实际的运行过程当中, 控制中心会对充电站状态进行更新, 并对当前时段进行符合测评, 接收当前实时电价, 通过网络的形式发布给电动汽车。同时, 全球定位系统能够对实时路况进行分析, 并将分析计算之后的结果发布给汽车。在本文的系统当中, 我们利用全球定位系统将道路的车速进行计算, 并根据不同的平均车速将道路路况分为顺畅、缓行以及拥挤三种。

每过15分钟, 系统会对信息进行一次更新, 并对这些信息进行整理, 为驾驶者提供充电导航策略。

1.2 电动汽车充电策略

(1) 根据汽车的能耗高以及储能计算出汽车的可行驶里程, 公式如下。

(2) 分别对电动汽车到达充电站以及目的地的最短行程进行计算, 如果汽车的可行驶里程小于汽车到达充电站以及目的地的最短行程之和, 则该电动汽车需要充电, 如果汽车的可行驶里程大于汽车到达充电站以及目的地的最短行程之和, 则该电动汽车不需要充电。

如果该辆电动汽车需要进行充电, 那么电动汽车智能充电导航系统会计算出周围的充电站, 并将这些充电站的信息提供给驾驶者进行选择。

我们将电动车与充电站的数量分别设为m以及n, 而在电动汽车i的充电站选集当中存在充电站i, 那么电动汽车经过充电站到达目的地的路径就用D0i, j表示, D0在这里表示为电动汽车经过充电站到达目的地的最短路径。

在上述公式当中, D0i, j (1) 以及D0i, j (2) 分别代表汽车到达充电站的最短行程, 以及汽车从充电站出发, 到达目的地的最短行程。

在实际的形式过程当中, 电动汽车智能充电导航系统会利用全球定位系统对路况进行计算以及分析, 并通过计算以及分析的结果将路况分为三个等级, 分别为顺畅、缓行以及拥挤, 之后将计算得出的路况信息发布给汽车进行提醒。

1.3 电动汽车群的充电引导

系统的控制中心能够对区域内的电动汽车预约充电信息进行整理, 并根据整理分析得到的信息, 对该区域当中的充电站电价进行制定, 之后将制定的实时电价反馈给电动汽车, 供驾驶人员进行参考。

2 未来发展展望

本文的研究具有一定的现实意义, 但是本文提出的系统与现实距离还比较遥远, 而由于未来的发展还有很大的不稳定性, 因此本文只提出了电动汽车智能充电导航系统的大致框架, 在此, 将实际的研究过程当中发现的值得深入探讨的问题进行介绍, 以供研究人员参考。

(1) 目前, 实时电价在我国还难以实施;

(2) 在后续的研究过程当中, 需要对更多的影响因素进行考虑, 并结合弹性分子对电价进行合适的制定;

(3) 对导航的用户来讲时间性是非常重要的, 因此可以在系统当中设定对其他信息的实时信息更新系统;

(4) 还需要对照不同的城市路况研究更为合适的电动汽车短期符合预测。

3 结语

本文提出的电动汽车智能充电导航, 是一种能够实时反应电价的电动汽车智能充电导航系统。通过本文提出的系统, 用户能够得到更加完善的充电策略, 同时, 本系统能够对路况进行分析, 并将路况划分为顺畅、缓行、拥挤三个不同的分层。电动汽车智能充电导航系统能够对汽车的储能以及目的地的最短路程进行计算, 分析是否需要进行电动汽车的充电, 如果需要充电则可以提供预约排队的服务, 而预约排队服务的电动汽车, 其信息会被传送到控制中心, 并成为控制中心制定实时电价的依据之一。最后, 本文还从调度方以及顾客的角度出发, 提出了一些电动汽车的智能充电策略。

通过实际的研究, 我们还发现了以下结果:

(1) 电动汽车的大规模接入, 会影响到电网的稳定运行。

(2) 如果能够对电动汽车实现最优充电策略, 那么则能够使得电压符合高峰下降。

(3) 如果能够对电动汽车实现最优充电效率, 能够对电压波动进行有效的平抑。

(4) 本问题提出的电动汽车智能充电导航系统, 能够有效的制定出实时电价, 顾客利用这一系统, 一方面能够降低充电的成本, 另一方面还维护了电网的安全运行, 提高了电网运行的稳定性。

参考文献

[1]孙晓明, 王玮, 苏粟, 姜久春, 徐丽杰, 何宣虎.基于分时电价的电动汽车有序充电控制策略设计[J].电力系统自动化.2013, (01) .

[2]李秋硕, 肖湘宁, 郭静, 刘琳.电动汽车有序充电方法研究[J].电网技术.2012, (12) .

电动汽车智能充电系统概述 篇5

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.

智能公路夜晚发光为电动汽车充电 篇6

这种公路将采用一系列最新技术, 与普通公路相比更安全, 同时更具有可持续性。负责智能公路项目的公司表示, 他们的目标是通过关注公路而不是车辆的方式走上一条交通革新的非一般道路。

未来的智能公路允许电动汽车的驾驶者在行驶途中为汽车充电。此外, 这种公路还将安装节能灯, 随着车辆的靠近亮度逐渐提高, 车辆通过后关闭。实现这些想法需要几年时间。2013年起, 荷兰公路的行车线将采用光致发光涂料, 白天时利用阳光充电, 夜晚为道路提供照明, 照明时间可达到10小时。

将在2013年采用的另一项技术是温度响应动力学涂料, 能够在出现低温天气导致路面光滑时让驾驶者看到冰晶。这些想法由荷兰公司——Studio Roosegaarde和Heijmans Infrastructure提出, 被荷兰设计奖评委会称赞为“最棒的未来概念”。

镍氢电池智能充电器的设计 篇7

作为一个好的充电器设计, 必须能够实时地对充电电路的电压, 电流这些关系到充电过程好坏的参数进行检测, 同时针对这些参数的变化调整充电的电流, 电压。只有这样才能保证延长充电电池的使用寿命, 同时又能快速地充满电池。

本系统的主要控制部分由ATmega16来承担, 单片机产生PWM输出, 控制MOS管的导通从而通过BUCK电路为充电电路产生脉冲电压, 再对电压, 电流进行采样, 通过单片机内部进行A/D转换, 得到所需的数据, 再根据这些数据调整PWM的占空比, 控制BUCK电路的输出电压, 从而完成了对充电电路的控制。

本系统的硬件核心部分是对BUCK电路的控制 (如图2) , 由单片机以固定的频率输出的PWM信号经过三极管Q1的放大后, 控制MOS管Q2的开关切换, 并利用调整PWM的占空比来调整Vo的大小, 有如下公式

Vo/VDC=D

(D为PWM的占空比)

当MOS管导通时, 电容通过电感被充电 (电感也吸收了能量) 。当MOS管断开时, 电感试图保持电流, 从而导致电流流过二极管、电感和电容。这就是一个工作周期。如果减少占空比开通时间减少, 断开时间增加, 输出电压也将下降。反之输出电压将增加。在占空比为50%时buck变换器的效率最高。

利用二极管D2的反向截至特性防止充电电池对单片机进行供电。

系统的检测电路的硬件构成如 (图3) , 由单片机的控制信号“Dis Charger”控制三极管Q3的导通截至, 当截至时对充电电池充电, 信号“Voltage”送单片机ADC通道0, 求出充电电压, 通过电阻R7两端的电压信号经运算放大器放大后送ADC通道1, 得到电压后除以R7的阻值后求出充电电流。

由于镍氢电池仍然存在一定的记忆效应, 对于电量尚未使用完的电池, 充电前应该先按键“KEY_2”, 由单片机的控制信号“Dis Charger”控制三极管Q3导通, 对电池放电, 以免使电池产生记忆效应。

充电池的温度信号由装在电池盒中的18B20采集后送单片机端口PA2。

二、智能充电器的软件设计

本系统电池充电过程分为预充电、快速充电、涓流充电三个阶段。预充电阶段电池应先用小电流充电, 电池的温度有所提高后, 转入快速充电阶段, 快速充电是用大电流充电, 电池的大部分电能在这一阶段恢复。当ΔV/Δt=0时, 转入涓流充电阶段, 如果没有发生温度和电压超出极限值, 则一直保持该状态, 直至最大充电时间为90分钟, 指示灯闪烁表示电池已充好。

预充电阶段大约4分钟, 第一分钟以0.1C的电流充电, 第二分钟以0.3C的电流充电, 第三分钟以0.5C的电流充电, 第四分钟以0.7C的电流充电。

快速充电阶段从第5分钟开始, 充电的电流为1C。在这一过程中充电器会每隔一分钟检测一次温度, 每隔一秒钟检测一次电压。这些数据将与上一次数据进行比较。一旦电池电池的电压不再变化, 进入涓流充电阶段。

涓流充电阶段。充电的电流为0.025C。并开始最大充电时间计时, 90分钟后自动切断充电电路。

蓄电池智能充电器检测系统 篇8

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