电动车用48V （20A・h）蓄电池充电器的研究

有设计者认为减小充电电流具有3个方面的优点： (1)可以使单位时间内产生的热量降低，有利于在蓄电池的使用寿命末期和夏季保证充电质量;(2)可以减少极化(欧姆极化、浓差极化、电化学极化)现象的影响，有利于冬季充电; ( 3)可以降低充电器的输出功率，制造成本下降。但是也有设计者认为，电动车用蓄电池以较大电流短时间放电，充电接受率高， 所以可以增大充电电流(甚至推荐为5A)以提高充电速度。

通过对浙江天能、浙江超威、英国IBT和日本松下等电动车用48V ( 20A·h)蓄电池进行了长期的可靠性实验。在充电时，采用平均值为3. 5A并根据环境温度动态小幅度调整的恒流快速充电电流，蓄电池没有明显发热，充电过程稳定可靠。

2. 2. 2 恒压充电电压的选择

恒压充电电压的选择非常关键，因为它不能在很宽的范围内调整。确定这个参数不但需要对蓄电池有较为深人的了解，还需要对充电策略等因素进行考虑。

蓄电池在充电时，正极上的析氧速率与施加的充电电压成正比，而氧传输到负极并溶解在负极表面液膜中进行还原的速度受到限制，即氧的析出快于还原时，复合效率就下降，造成失水。通常情况下， 48V 阀控铅酸蓄电池的浮充电压设置在55 -55. 6 V,可以保证蓄电池长期处于充电状态且极少失水。循环使用蓄电池最高充电电压为58. 8V,如果超过就会使复合效率急剧下降，从而影响电池的使用寿命。

2. 2. 3 蓄电池是否充满的判定

对蓄电池在充电过程中是否已充满的判断是充电器的重要指标。如果蓄电池未充满而错判为充满将导致蓄电池欠充;反之，则将导致蓄电池过充。这两种情况都会严重影响蓄电池的寿命。目前判断蓄电池是否充满的控制准则有：定时控制、电压控制(包含最高电压、电压负增量、电压零增量等)、温度控制(包括最高温度、最高温升、温度变化率等)、电流控制(包含最小电流、电流变化量等)、动态内阻控制等。

在实际应用中，如果以单一的控制的方式都将不可避免地存在缺陷。比如，在恒压均衡充电过程中，电压保持恒定，电流会随着充电的进程逐渐减小，当小到一定程度电流将会恒定，不再下降，这时的电能向化学能的转化效率已经很低，电能主要用于电解水，一般认为这个电流为蓄电池恒压均衡充电的残余电流。然而，残余电流的大小将随着环境温度的变化而变化，也就是说残余电流是一个受内、外界多重因素影响的动态值。若没有温度控制，最高充电电压和切换电流都只能设置成定值，而这个定值无论如何设置，都只能在一个相对较小的范围内成为最佳设置。为此，设计的充电器通过对电压、电流、温度等工作参数进行实时检测，并按模糊理论的评判规则对这些参数进行综合分析，从而确定蓄电池是否充满。

2. 3 软件架构

P IC16C712单片机的软件模块主要完成对传感器的输入信号进行采集、对电源专用芯片UC3875进行控制、对异常进行处理等工作。在设计过程中，软件系统每隔10 s检测一次电压和电流; 每隔20 s检测一次温度。如有异常，系统将通过LED提示用户出现何种异常并采取相应的保护措施。整个系统的软件架构，如图5所示。

图5 软件架构

3 结 论

对充电器样机进行的测试表明蓄电池充电器具有如下特性：

(1)输入电压： 220 Vac;

(2)输出电压： 40~60V;

(3)输出电流： 10A;

(4)功率因数： > 0. 99;

(5)充电噪声： 20dB;

(6)充电时间： 6~8h;

(7)充电效率： > 85%;

(8)充电温升： 15℃;

(9)质 量： 0. 6kg.

此外，充电器还具有故障诊断功能。当充电回路电流或电压过大、开路、短路时，充电器自动切断主电路，同时点亮相应的LED故障指示灯指示故障原因，具有良好的保护特性。