智能观光车自动充电装置的制作与控制技术资料.docx

机械工程学院 CDIO项目执行报告 智能观光车自动充电装置的制作与控制技术研究 1 引言 1.1 项目背景 电动车作为一种新型的绿色交通工具，在今年来得到了飞速的发展，同时并呈现出向高速化、大功率化、功能多样化发展的趋势。因此，电动车对于车载蓄电池的使用寿命、蓄电能力等性能也提出了更加严苛的要求。铅蓄电池具有价格低廉、供电可靠、电压稳定等优点，因此广泛用于国防、通信、铁路、交通、工农业生产部门。近年来全密封免维护铅酸蓄电池由于密封性好、无泄漏、污染小等优点得到了广泛的应用。实验研究表明：影响蓄电池性能的因素多种多样，如电动车的装配性能、行驶电流、充电策略等。其中蓄电池的充电过程对其寿命影响最大。然由于充电方法的不正确，充电技术不能适应免维护电池的特殊需求，造成电池很难达到规定的循环寿命。所以，必须通过设计合理的充电方式以有效地减少蓄电池的损伤、减少充电消耗、提高充电速度。 1.2 市场现状 智能型铅酸蓄电池充电器是一种不同于使用常规充电方式的一类充电器，其主要特点是：利用微处理器实时监测电池外部参数和充电器自身输出，依据电池参数推测出电池当前状态和此时可接受的充电电流，并使充电器输出快速跟踪可接受电流、电压，从而提高充电效率。现在市场上号称“智能”的充电器很多，但主要可以分为以下三类[1]： 1）在原有常规充电器上改进而来的智能充电器。其主要表现为充电器本身改进不大，只是在充电器上采用不同的常规充电方式。如在恒流充电过程中，加入电压限定，或者在恒压充电过程中，引入电流保护，或者是在充电器中是几种常规充电方式的组合，如恒流-恒压充电器等。 2）在原有常规充电器上引入部分快速充电方式的智能充电器。其主要表现为在常规的恒流充电、恒压充电过程中，引入像脉冲充电、温度控制等快速充电过程，从而提高充电器充电效率。但是此种充电器只是简单的进行充电过程的叠加，并没有分析电池的当前状态，因此其提升的效率是有限，并且不具有一些保护功能。 3）在常规充电器上加入更多的保护和警示功能。其主要表现为在传统的充电器基础上，进行硬件叠加，引入像电池接反、电池欠压等一些保护功能，并利用报警设备发出报警。此种充电器从本质上说，其实不算真正的智能充电器，只是使用户使用更加方便，并且可以在电池与充电器连接过程中出现异常时，对电池和充电器进行保护。 以上可以看出，现有的大多数所谓“智能充电器”，也只是简单的多充电阶段组合的充电器。因此，在铅酸蓄电池迅速推广的今天，一种适合市场的新型智能充电器，不仅具有现实的巨大经济利益，而且也可以减小电池对环境的损害。 1.3 项目简述 基于此，本组CDIO创新项目提出了一种用于电动观光车的铅蓄电池的智能充电设计方案。采用先进的三段式充电控制方法，能有效的提高充电效率，延长电池的使用寿命。本次设计方案中包括直流充电阶段、间歇式脉冲充电、涓流充电三个阶段。同时，主要的内容包括电压的检测，充电阶段的选择，同时还包括充电保护电路设计。 本次充电电路设计针对的具体对象为一辆电动观光车上的铅蓄电池。电池电压为48V，由6个8V的铅蓄电池组合构成。因此，在充电过程中还需要考虑充电平衡的问题。通过对三个充电阶段的划分，充电阶段的智能控制，以及电路保护等模块，我们进行了本次设计的具体实施。完成了主要电路的电路板设计、焊接、调试。本次设计的充电电路还有一些细节上的问题。但是，对于以后的开发使用具有指导意义。 2 构思 2.1 项目简述 本次设计针对一个由6个8V谦虚电池构成的蓄电池组充电问题。问题要求包括：实现铅蓄电池的快速充电、延长铅蓄电池的使用寿命、充电过程中对电池进行保护。所以，针对以上问题，我们也对电路设计模块进行了具体的功能划分，通过功能整合实现以上要求。功能模块包括：三个充电阶段的电路设计、充电阶段电压的检测和充电阶段的智能选择、充电过程中电路保护。 2.2 功能模块 2.2.1 各类充电方式 1）恒压充电法 恒压充电法是指在整个充电过程中，保持铅酸蓄电池的充电电压大小不变，充电电流随着充电过程的进行而不断减小的一种充电方法。 根据欧姆定律 I=(U-E)/R (1-1) 上式中，I为充电电流，U 为充电电压，E 为铅酸蓄电池的电动势，R 为铅酸蓄电池的内阻。当 U 不变，E 增大，I 将逐渐较小。这种充电方法的特点是电路设计简单，可以比较精确控制充电电压大小。缺点是充电后期，充电电流变小，充电时间会延长。如果电池深度放电，充电初期，过大的电压，会导致电流很大，因为欧姆效应，产生热量，并且也会分解水，析出气体，由于失重而加速板栅腐蚀。恒压充电法的电压设置要适当。数据表明，当充电电压增高 10%~