畢業(yè)論文基于80196KB單片機的鉛酸蓄電池智能充電系統(tǒng)的設(shè)計

1、鉛酸蓄電池智能充電系統(tǒng)的設(shè)計摘要本文所設(shè)計的鉛酸蓄電池智能充電系統(tǒng)，內(nèi)容主要包括對蓄電池充電方法的研究和充電系統(tǒng)的設(shè)計。在通過對蓄電池充電原理和充電方法研究的基礎(chǔ)上，提出采用恒壓限流充電和脈沖充電相結(jié)合的充電方法。這種充電方法可以始終地使充電電流在總體上逼近蓄電池的可接受充電電流曲線，并且在整個充電期間內(nèi)適時地采取了去除蓄電池極化的措施。理論研究和實驗數(shù)據(jù)表明，這種充電模式可以大大縮短充電時間，提高充電效率。實驗結(jié)果表明，基于80196KB單片機控制的智能充電系統(tǒng)，其效率高、調(diào)節(jié)時間快的良好充電特性可得到充分發(fā)揮，使得蓄電池具有較高的使用容量和較長的循環(huán)壽命，可滿足電機車動力蓄電池的充電要求，

2、具有良好的應(yīng)用前景，為提高蓄電池的性能和可靠性提供一條新的、有效的途徑。關(guān)鍵詞：鉛酸蓄電池 智能充電 80C196KB 單片機Design for intelligent charging system of Lead-acid batteriesAbstractIn this paper the design of lead-acid batteries intelligent charging system, content mainly includes to battery charging method of research and charging system design.

3、In the battery principle and charging methods on the basis of study, the paper proposes the constant pressure and pulse current limiting charging charging combination of charging methods. This kind of charging methods can always to recharge current in overall approximation battery acceptable chargin

4、g electric current curve, and throughout the charging period timely adopted remove battery polarization measures. Theoretical and experimental data shows that this model can greatly shorten charging charging time and improve charging efficiency.Experimental results show that based on the intelligent

5、 charging 80196KB single-chip microcomputer control system, its high efficiency, regulating time quick good charging characteristics can get fully, make battery has higher use capacity and long cycle life, can meet the electric locomotive motive battery charging request, has a good application prosp

6、ect for improving battery performance and reliability provides a new and effective way.Keywords:Lead-acid batteries Intelligent charging 80C196KB singlechip目 錄前言11總體設(shè)計方案11.1系統(tǒng)的設(shè)計要求11.2智能充電方法的選擇21.3系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理框圖21.4充放電方法的控制與實現(xiàn)32課題的研究現(xiàn)狀32.1充電技術(shù)的發(fā)展狀況32.2充電電源的發(fā)展狀況42.3傳統(tǒng)的充電方式43鉛酸蓄電池智能充電的基本原理63.1蓄電池的基本概念和工作原理

7、6電池的種類和特性6鉛酸蓄電池的基本概念7鉛酸蓄電池的工作原理103.2鉛酸蓄電池的充電特性113.3 J.A.馬斯(J.A.Mas)三定律123.4極化電壓143.5智能充電的基本原理和控制方法15智能充電的基本原理15智能充電的幾種控制方法154系統(tǒng)的硬件設(shè)計174.1開關(guān)電源原理174.2充電系統(tǒng)的主電路原理與設(shè)計18全橋變換電路的設(shè)計18能量回饋電路的設(shè)計20主回路中建波與抗干擾電路的設(shè)計21移相控制電路的設(shè)計224.3充電回路控制系統(tǒng)的設(shè)計284.3.1 80Cl96KB單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計28模擬量檢測電路30鍵盤電路30顯示電路30執(zhí)行電路314.4系統(tǒng)保護措施的設(shè)計31過流保護

8、31軟啟動保護325系統(tǒng)的軟件設(shè)計325.1充電系統(tǒng)的主程序設(shè)計325.2實時時鐘中斷服務(wù)程序設(shè)計345.3去極化子程序設(shè)計356結(jié)論36參考文獻37鉛酸蓄電池智能充電系統(tǒng)的設(shè)計前言目前，大多數(shù)電機車使用的電源都是鉛酸蓄電池組。鉛酸蓄電池因其可循環(huán)再充電的特性，以及成本低廉、使用安全、無污染等優(yōu)點，在目前的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的需求正日益增大。相應(yīng)的，蓄電池的充電技術(shù)也引起了普遍地關(guān)注1。一方面，傳統(tǒng)的充電方法正常充電時，以10h或20h率電流進行充電。這時需要時間一般為10多個小時，甚至20多個小時，充電時間長，而且使用不便。另一方面，充電技術(shù)不能適應(yīng)鉛酸蓄電池的特殊要求，會嚴重影響蓄電池的壽命。國

9、內(nèi)外多年來的實踐證明，鉛酸蓄電池浮充電壓偏差5%，電池的浮充壽命將減少一半。在其他方面，由于充電方法不正確，鉛酸蓄電池也很難達到規(guī)定的循環(huán)壽命。智能充電是使實際充電電流能夠動態(tài)地跟蹤電池可接受的充電電流。充電系統(tǒng)根據(jù)電池的狀態(tài)確定充電工藝參數(shù)，使充電電流自始至終處于電池的可接受充電電流曲線附近，使電池幾乎在無氣體析出的條件下充電，做到既節(jié)約用電又對電池?zé)o損害2。如今，我國工農(nóng)業(yè)運輸設(shè)備對蓄電池用量極大，但是其充電設(shè)備很落后，充電方法也很不科學(xué)，急需設(shè)計出一種新型智能充電系統(tǒng)以滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要。1總體設(shè)計方案1.1系統(tǒng)的設(shè)計要求A.系統(tǒng)的基本功能a.可以在系統(tǒng)的控制下快速地完成充電過程;b.

10、充電過程中，實時監(jiān)測并且隨時顯示電池的充電狀態(tài);c.充電系統(tǒng)按照設(shè)定的充電方法給電池充電，并能根據(jù)電池電壓和充電電流自動轉(zhuǎn)換充電狀態(tài)，在蓄電池充滿電后，自動轉(zhuǎn)入浮充狀態(tài)。B.系統(tǒng)的理想技術(shù)指標根據(jù)本課題面向的對象，對本充電系統(tǒng)的充電電源提出下面的理想技術(shù)指標:a.充電電源輸出直流電壓可在 0V-180V范圍內(nèi)調(diào)整工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)使用的電機車所用的蓄電池組一般由48節(jié)鉛酸蓄電池構(gòu)成，每節(jié)電池的充電極限狀態(tài)或高阻抗電池的充電飽和電壓均假設(shè)為3V，則48節(jié)電池的極限端電壓為144V。因此充電電源開路電壓必須在144V以上。根據(jù)實際情況，要求充電系統(tǒng)輸出的充電電壓在 0V-180V范圍內(nèi)調(diào)整。b.充電電源輸

11、出直流電流可在0-60A范圍內(nèi)調(diào)整充電系統(tǒng)工作時，應(yīng)能夠根據(jù)使用者的需要來改變充電電流的大小。例如:對一個5Ah的電池組，當采用1倍速率充電時，充電電流應(yīng)為5A;當采用2倍速率充電時，充電電流應(yīng)為10A。根據(jù)實際情況，要求充電系統(tǒng)輸出的充電電流在0-60A范圍內(nèi)調(diào)整。1.2智能充電方法的選擇充電方法的選擇是十分重要的，不同的充電方法，其充電速度的差別可能很大，導(dǎo)致充電效果的差距也會很大。系統(tǒng)所要求的充電方法，一方面要求能夠最大程度地加快蓄電池的化學(xué)反應(yīng)速度，縮短蓄電池達到滿充狀態(tài)的時間，使充電速度得到最大的提高;另一方面，又要保證蓄電池負極的吸收能力，使負極能夠跟得上正極氧氣產(chǎn)生的速度，以避免

12、電池的極化現(xiàn)象。根據(jù)上面的標準和實際的對象，在分析了傳統(tǒng)的充電方法和幾種快速充電方法的基礎(chǔ)上，本充電系統(tǒng)采用恒壓限流充電和脈沖充電相結(jié)合的充電方法，將充電過程分成幾個子充電過程，充電電流總體上呈逐級遞減的趨勢并保持恒定電壓，而每個子充電過程按“正脈沖充電一停充一負脈沖放電一停充一再正脈沖充電”這種循環(huán)過程進行，直至電池的容量達到額定容量的80%以上。之后轉(zhuǎn)入浮充狀態(tài)，使電池電量完全恢復(fù)，即達到額定容量。1.3系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理框圖本充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理框圖如圖1.3-1所示，它包括提供充電的電源和作為管理中心的控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)設(shè)計中，充電電源采用開關(guān)電源。通常把采用“交流一直流一交流一直流”這種電路

13、的裝置稱為開關(guān)電源。從輸入輸出關(guān)系來看，開關(guān)電源是一種“交流一直流”的變流裝置，然而由于開關(guān)電源采用了工作頻率較高的交流環(huán)節(jié)，變壓器和濾波器都大大減小，因此同樣功率條件下其體積和重量遠遠小于傳統(tǒng)的相控電源。除此之外，工作頻率的提高還有利于控制性能的提高。系統(tǒng)的主回路由充電電路、放電電路及控制電路組成，其中充電電路采用整流橋式電路。鉛酸蓄電池組充電電源充電控制系統(tǒng)CPUI/O設(shè)備圖1.3-1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理框圖控制電路部分實際上是一個實時監(jiān)測和控制系統(tǒng)，包括對電池溫度、蓄電池端電壓、充電電流等參數(shù)的監(jiān)測，對收集信息的分析和計算處理，對充電機工作參數(shù)的設(shè)置和顯示等。其控制過程主要是通過采集蓄電池的相

14、關(guān)參數(shù)，送入80C196KB單片機進行預(yù)定的分析和計算，得出相應(yīng)的控制數(shù)據(jù)，從而控制輸出電壓、電流，完成對蓄電池的智能充電。其中控制電路的核心采用80C196KB單片機芯片，具有高度的集成度。1.4充放電方法的控制與實現(xiàn)在充電方法的實現(xiàn)上，我們設(shè)計了以80C196KB單片機控制為主的控制方法，將采集到的電池溫度、電池端電壓、充電電流等狀態(tài)信息，送入CPU后要進行必要的處理和判斷，以此來改變充電方式，實現(xiàn)智能充電。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、便于操作、維修方便、成本低。在放電方法的實現(xiàn)上，采用大功率IGBT管進行PWM控制，以控制放電電流大小，保持其高穩(wěn)定性。2 課題的研究現(xiàn)狀2.1充電技術(shù)的發(fā)展狀況對于

15、鉛酸蓄電池來講，傳統(tǒng)的充電方法主要有恒流充電、恒壓充電和恒壓限流充電。這些傳統(tǒng)的充電方法，一方面控制電路簡單，實現(xiàn)起來比較容易;另一方面充電時間比較長，充電方法過于單一，會對蓄電池本身造成損害，以至影響蓄電池本身的使用壽命。針對傳統(tǒng)的充電方法充電緩慢、安全性能不好等缺點，目前國內(nèi)外陸續(xù)提出了一些新型的充電方法，如定化學(xué)反應(yīng)狀態(tài)法、脈沖式充電法、變電流間歇/定電壓充電法、分級定流充電法、變電壓間歇充電法等。對鉛酸蓄電池來講，其中的分級定流充電法己經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。這些充電方法的原理絕大多數(shù)都是在傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上加以改進，以便使其充電電流能夠更好地逼近蓄電池的可接受充電電流曲線。近幾年開始有人采

16、用一些更加新穎的充電方法，例如模糊控制充電法。這種充電方法開始擺脫傳統(tǒng)充電方法的束縛，將模糊控制技術(shù)引入充電方法，利用模糊控制本身適合處理多輸入多輸出非線性系統(tǒng)的優(yōu)勢，能夠更好的處理蓄電池充電過程中的時變性和抗干擾等常規(guī)控制方法所難以解決的問題3。2.2充電電源的發(fā)展狀況目前，常用的充電電源主要有以下三種:相控電源、線性電源、開關(guān)電源。相控電源是比較傳統(tǒng)的電源，它是將市電直接經(jīng)過整流濾波后輸出直流，再通過改變晶閘管的導(dǎo)通相位角，來控制整流器的輸出電壓。相控電源所用的變壓器是工頻電源變壓器，它的體積比較龐大，由此造成相控電源本身的體積龐大、效率低下，并且該類電源動態(tài)響應(yīng)差、可靠性能低。目前相控電

17、源己經(jīng)有逐步被淘汰的趨勢。線性電源是另一種常見的電源，它是通過串聯(lián)調(diào)整管可以進行連續(xù)控制的線性穩(wěn)壓電源。線性電源的功率調(diào)整管總是工作在放大區(qū)，流過的電流是連續(xù)的。由于調(diào)整管上損耗功率比較大，所以需要采用大功率調(diào)整管并且需要裝配體積很大的散熱器4。隨著電力電子技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展，尤其是大功率高壓場效應(yīng)管等新型高頻開關(guān)器件的出現(xiàn)，使得開關(guān)的速率大大提高。關(guān)斷時間加快，使存儲時間大大縮短，從而大大提高了開關(guān)頻率。提高功率變換器的開關(guān)頻率，可以提高其性能，同時還可以減小功率變換器中的變壓器體積和重量，以及電感、電容等無源器件的容量，進而可減小它們的體積和重量。并且當開關(guān)頻率高于18kHz時，可消

18、除噪聲對人耳的影響。2.3傳統(tǒng)的充電方式A.恒流充電在充電過程中隨著電池電壓的變化要調(diào)整電流使之恒定，一般采用1oh率或20h率電流充電。這種維持電流恒定的方法，從直流發(fā)電機和硅整流裝置中都能得到實現(xiàn)，其操作簡單、方便，易于做到。這種充電方法特別適用于由多數(shù)電池串連的電池組，落后電池的容量易于恢復(fù)，最好用于小電流長時間的充電模式。恒流充電方式的不足是，開始充電階段電流過小，在充電后期充電電流又過大，整個充電時間長，析出氣體多，對極板沖擊大，能耗高，充電效率不超過65%。鑒于這個缺點，在國外除非蓄電池需要長時間小電流進行活化充電外，已經(jīng)較少使用。這種充電方法，充電時間均在10h以上6。B.恒壓充

19、電此法是對每只單體電池以某一恒定電壓進行充電。因此充電初期電流相當大，隨著充電進行，電流逐漸減小，在充電終期只有很小的電流通過，這樣在充電過程中就不必調(diào)整電流。此方法較簡單，因為充電電流自動減小，所以充電過程中析氣量小，充電時間短，能耗低，充電效率可達80%，如充電電壓選擇得當，可在8h內(nèi)完成充電。其缺點是:a.在充電初期，如果蓄電池放電深度過深，充電電流會很大，不僅危及充電機的安全，電池也可能因過流而受到損傷;b.若充電電壓選擇過低，后期充電電流又過小，充電時間過長，不適宜串聯(lián)數(shù)量多的電池組充電;c.蓄電池端電壓的變化很難補償，充電過程中對落后電池的完全充電也很難完成。恒壓充電一般應(yīng)用在電池

20、組電壓較低的場合。C.植壓限流充電為補救恒壓充電的缺點，廣泛采用恒壓限流的方法。在充電電流與電池之間串聯(lián)一電阻，稱為限流電阻。當電流大時，其上的電壓降也大，從而減小了充電電壓;當電流小時，用于電阻上的電壓降也很小，充電設(shè)備輸出的電壓降損失就小，這樣就自動調(diào)整了充電電流，使之不超過某個限度，充電初期的電流得到控制。此法也稱為準電壓充電法，串聯(lián)的電阻值可按下式計算 (2.3-1) 式中U充電電源電壓（V）I充電電流（A）R(內(nèi))電池內(nèi)阻（因很小可以忽略）3鉛酸蓄電池智能充電的基本原理3.1蓄電池的基本概念和工作原理3.1.1電池的種類和特性本課題研究的充電對象是應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的電機車所使用的鉛酸

21、蓄電池。為了更好的理解我們所面對的研究對象，需要介紹一下它的龐大家族一電池的種類以及他所擁有的各自不同的特性。蓄電池又稱為二次電池，二是化學(xué)龜池(所謂化學(xué)電池是指能將化學(xué)能直擠轉(zhuǎn)換為電能的裝置)的一種，它不僅能將儲備的化學(xué)能變?yōu)殡娔?這一過程稱為放電)，而且當參加反應(yīng)的物質(zhì)以電能的形式釋放完畢之后，再用充電器對它輸入直流電能(這一過程稱為充電)，又可將已損耗的活性物質(zhì)復(fù)活。一般使用的化學(xué)電池分為原電池和蓄電池兩種。原電池只能使用一次，即我們所說的干電池，蓄電池就可以多次反復(fù)位用7。蓄電池主要由三個部分組成:發(fā)生氧化反應(yīng)的陽極、發(fā)生還原反應(yīng)的陰極、以及將陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)統(tǒng)一在一起的介質(zhì)電解液。

22、在電極里發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的物質(zhì)被稱為活性物質(zhì)。依據(jù)使用場所的不同，蓄電池有固定型(供室內(nèi)裝置使用)、移動型 (便于攜帶用)之分。移動型電池還可分為電動機車型和啟動型蓄電池。依據(jù)蓄電池電解質(zhì)的狀態(tài)不同分類:可分為電解質(zhì)采用稀硫酸的稱為鉛酸蓄電池，采用硫酸電解質(zhì)膠體的稱為膠體鉛蓄電池。又依據(jù)蓄電池電解質(zhì)性質(zhì)來區(qū)分:電解質(zhì)采用稀硫酸的稱為酸性蓄電池;采用堿性電解質(zhì)的稱為堿性蓄電池。例如鉛酸蓄電池為酸性蓄電池，而鎳鎘電池則為堿性蓄電池。根據(jù)蓄電池的結(jié)構(gòu)又可分為開口蓄電池和密封蓄電池兩種形式。開口蓄電池具有以下的特點:可以進行大電流放電、自放電小等。但是開口蓄一電池不便于維護，它需要經(jīng)常補加蒸餾水

23、和更換電解液;而密封蓄電池在這方面具有明顯的優(yōu)勢一它具有密封好、無泄露、無污染、無需維護、易保存等特點，一能夠保障人體以及各種設(shè)備的安全8。目前主要的蓄電池有以下四種;鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池、鎳金屬氧化物蓄電池和鋰離子蓄電池。這四種蓄電池具有共同的功能就是為最終產(chǎn)品提供可補充的電能，但不同的電池具有不同的特性，適用的對象和場合也是不同的。選擇電池的依據(jù)主要是電池的能量密度、電池的容量及內(nèi)阻，它們塊定了電池為負載提供電能的速度和大小。對于放電速率要求不高的產(chǎn)品，如便攜式計算機、蜂窩電話機和手提式視頻設(shè)備，可以使用鎳金屬氧化物電池和鋰離子電池。因為它們具有較大的內(nèi)阻，從而限制了峰值放電電流，使它們

24、適用于長期電流消耗要求較小的產(chǎn)品。而鉛酸電池和鎳福電池由于內(nèi)阻較小，可以提供較大的電流，所以適用于放電速率要求較高的產(chǎn)品，如一些由電池供電的電動工具，比如鋤草機。在這些電池當中，鉛酸蓄電池具有價格低廉、供電可靠、電壓穩(wěn)定等特點，在國內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用。3.1.2鉛酸蓄電池的基本概念因為蓄電池的充電本身涉及到許多相關(guān)的專業(yè)知識，為了能夠更好的理解我們所涉及的主題，本節(jié)將簡要地介紹鉛酸蓄電池有關(guān)的基本概念。a.電池單元，單個電池一般來講，每個電池由六個單元(Cell)組成，單元之間串聯(lián)。對于每個單元2V的電池來說，單個電池的電壓為12V。b.放電速率(Dicharge Rate)為了對不同容量的電

25、池加以比較，電池的放電電流不用電流的絕對值來表示，而是用電池容量C和放電時間t的比表示，稱為電池的放電速率或放電倍率。例如一個容量C為60Ah的電池，對它進行2小時的放電后電池的電量完全放完，則它的放電電流為I=C/2=0.5C(3.1.2-1)即它的放電速率為0.5C;若采用0.5小時對它放電完畢，則它的放電電流為I=C/0.5=2C2)即它的放電速率為2C。充電速率的描述和放電速率相同，采用這種形式來描述電池的充放電更為直觀和方便。c.電池的終止電壓和過放電、電池的過充電終止電壓是指電池可放電的最低電壓，當蓄電池的放電電壓低于這一電壓值時就不能正常工作了。若蓄電池在低于終止電壓情況下繼續(xù)放

26、電，稱為過放電，這極易對電池造成永久性傷害。當高速率充電而又不能及時地在滿充點結(jié)束充電，電池則很容易存在大電流過充電的問題。過充電會使電池內(nèi)部的溫度和壓力都急劇上升，造成對電池的傷害。這是因為在過充電階段電池內(nèi)部所進行的反應(yīng)為消耗反應(yīng)，它會加大電池內(nèi)部壓力。同時，此時氧氣的產(chǎn)生和吸收都是放熱反應(yīng)，因此會使電池溫度迅速上升。因此在電池充電接近滿充點時，只能采用低速率充電，因為電池在低電流過充時所產(chǎn)生的極化現(xiàn)象較輕，同時電池的熱量可以及時地向空中散發(fā)，基本上不會對電池造成傷害。d.電池容量電池容量是蓄電池使用過程中的一個重要參數(shù)，一是指蓄電池充足電后，放電到終止電壓時所輸出的電量，也就是在一定的放

27、電條件下可以從電池中獲得的電量。電池容量用c表示，其單位用Ah、mAh來表示。一個電池有理想容量、標稱容量和實際容量等區(qū)分。理想容量:是指假設(shè)活性物質(zhì)全部參加電池的成流反應(yīng)所給出的電量:它是根據(jù)活性物質(zhì)的質(zhì)量依照法拉第定律計算得到的。為了比較不同系列的電池常用容量的概念，即單位體積或單位質(zhì)量電池所能給出的理論電量，常以Ah/KG或Ah/L表示。標稱容量:是指設(shè)計和制造電池時，規(guī)定或保證電池在一定放電條件下應(yīng)該放出的最低限度的容量。通常是指在一定溫度下，用一定的放電率:(例如C/20)對某一型號的電池進行恒流放電所能放出的最大容量。我國一直以C/20作為國家標準。實際容量:是指在一定的放電條件下

28、電池實際放出的容量(又可稱為有效容量)，等于放電電流與放電時間的乘積，其值小于理論容量。恒電流放電時的計算方法見式恒電阻放電時的計算方法見式（3.1.2-2）：C=Q=I*t(3.1.2-2)(3.1.2-3)式中I-放電電流R-放電電阻T-放電至終止電壓的時間電池的功率:是指電池在一定放電條件下，電池于單位時內(nèi)所能給出一能量的大小，單位W(瓦)或KW(千瓦)。單位重量電池所能給出的功率稱為比功率，單位是W/K g或KW/kg。e.充電狀態(tài)(State of Charge:即SOC)充電狀態(tài)的定義如式(3.1.2-4)，它是指某個時刻電池所剩電量Cr與電池標稱總?cè)萘緾t的比，通常把在一定溫度下

29、電池充電到不能再吸收能量的狀態(tài)定義為 100/%的充電狀態(tài)(SOC)，而將電池再不能放出能量的狀態(tài)定義為0%的充電狀態(tài)(SOC)。SOC=(Cr/Ct)*100%(3.1.2-4)由于Cr和Ct都受到未來放電狀態(tài)的影響，而這個序列一般是無法預(yù)知的。更實用的定義是式(3.1.2-5):SOC1=(I-Cu/Cd)*100% (3.1.2-5)Cu是當時的已用容量，它是從完全充滿的狀態(tài)開始計量的。SOC1和Cu是在給定電流下的，SOC和Ct通常取三或五小時放電率下的電流。因此剩余電量的定義如式(3.1.2-6)。相比較上面的定義來講，這個定義含義更明顯和更容易實現(xiàn)。Cr=Cd-Cu (3.1.2-

30、6)f.放電深度(Depth of Discharge:DOD)放電深度定義如式(3.1.2-7) DOD=Qe/C(3.1.2-7)放電深度是指蓄電池在使用的過程中，電池放出的電量Qe與電池標稱容量C的比，也就是電池所放的安時數(shù)占它的標稱容量安時數(shù)的百分比。它SOC關(guān)系見式(3.1.2-8):DOD+SOC=1(3.1.2-8)當電池放電深度為100%，電池的實際使用壽命大約是200-250次充放電循環(huán)。如果將電池的放電深度減為50%，它所允許的充放的循環(huán)可增至500-600次左右。當電池的放電深度減為30%時，允許的充放電的循環(huán)可高達1200次左右。因此，為延長電池的使用壽命，盡量不用讓電

31、池處于深度放電狀態(tài)。g.充電深度（Depth of Charge :DOC)充電深度定義如式(3.1.2-9):DOC=(C-Qe)/C(3.1.2-9)它是指電池可能剩余的電量(C-Qe)與實際電池容量C(與溫度和電流有關(guān))的比，DOC的值不僅與電池的當前狀態(tài)(SOC、溫度、電流等)有關(guān)，并且與將來電池的放電情況有關(guān)，DOC比SOC更能反映電池的實際情況。h.電池的內(nèi)阻和極化現(xiàn)象、電池的老化當電流流過蓄電池時，蓄電池兩端所呈現(xiàn)出來的電阻稱為蓄電池的內(nèi)阻，這個內(nèi)阻與其他電源的內(nèi)阻有所不同，它包括兩個部分，即:R=Ro+Rn(3.1.2-10)其中Ro為電極與電解液的內(nèi)阻之和，該電阻遵守歐姆定律

32、，是不變的量;Rn是由于電流流過蓄電池時兩電極的電位有所改變而表現(xiàn)出來的，因此又稱為極化電阻或假電阻，其值與流過電池的電流強度有關(guān)，電流越大，Rn越大。電池在開始使用的一段時間內(nèi)，電池容量增加大約5%10%。接下來的一段時間，電池的容量大約不變，然后開始慢慢減少，即開始了電池的老化過程。當電池的老化達到一定程度時，這個電池就報廢了。一般經(jīng)驗來講，當電池的容量達到額定容量的80%時，就可以認為電池的壽命基本結(jié)束了。i.循環(huán)壽命(Cycle Life)循環(huán)壽命是指在其實際容量降低至某一規(guī)定值之前所經(jīng)歷的充放電循環(huán)的次數(shù)，通常用來定義蓄電池的使用壽命。根據(jù)我們前面所講的放電深度的概念中可以看出，放電

33、深度不同，電池的循環(huán)壽命是不同的。j.自放電現(xiàn)象(self-Discharge)當電池處于閑置不用(非工作狀態(tài))時，雖然沒有電流流過蓄電池，但電池內(nèi)的活性物質(zhì)與電解液間自發(fā)的反應(yīng)卻一直在進行，這造成了電池內(nèi)的化學(xué)能量無益的損耗，使電池的容量下降，通常將這種現(xiàn)象稱為電池的自放電。自放電通常與環(huán)境溫度有密切關(guān)系。當環(huán)境溫度較高時，電池的自放龜現(xiàn)象比較明顯。所以電池應(yīng)在適宜的溫度和濕度下保存。自放電一般不會損傷電池，只要重新充足電量，還可以照常使用。鉛酸蓄電池的自放電相對鎳福蓄電池來講比較嚴重，經(jīng)驗表明鉛酸蓄電池在閑置一個月后，自放電達30%左右。考慮到這一點，在設(shè)計蓄電池智能充電系統(tǒng)時，應(yīng)在電池長

34、時間不用的情況下對電池進行補充充電。k.電池的記憶效應(yīng)首先申明一點，電池的記憶效應(yīng)并不是所有的蓄電池都具有的現(xiàn)象，它是燒結(jié)式蓄電池特有的現(xiàn)象，象我們所說的鎳鎘電池就具有記憶效應(yīng)，而鉛酸蓄電池就不具有記憶效應(yīng)。在電池的正常使用過程中(電池放電完全)，電池極板上的晶體尺寸保持較小，如果電池放電不完全，NiOOH未完全轉(zhuǎn)化為Ni(OH)2，NiOOH將凝結(jié)在一起，形成較大的晶體結(jié)構(gòu)即枝狀物，極板上的晶體尺寸改變!.當再次充電時這些集結(jié)了的晶體結(jié)構(gòu)不再參加反應(yīng)，使得電池?zé)o法充電至電池的額定容量，這時便稱電池具有了記憶效應(yīng)。一有記憶效應(yīng)的電池表現(xiàn)為即使己充滿電，電池也無法釋放出額定的容量。記憶效應(yīng)是一種

35、暫時的現(xiàn)象，一也常被稱為電池的可逆故障，只要將電池充滿后再做深度放電，如此反復(fù)幾次，便可以將電池再次激活，恢復(fù)其原有的容量。3.1.3鉛酸蓄電池的工作原理19世紀中期，鉛酸蓄電池的問世解決了部分小用電設(shè)備的隨機用電向題。雖經(jīng)歷了100多年的發(fā)展，但其工作原理基本上沒有什么變化，它的正常充放電化學(xué)方程式為(3.1.2-11)以上鉛酸蓄電池的充放電化學(xué)方程式為理想化的原理方程式，似乎只要不受到機械損傷，一只鉛酸蓄電池就可以無休止地使用下去，完成充放電過程。鉛酸蓄電池在充電時，正極由硫酸鉛(PbSO4)轉(zhuǎn)化為二氧化鉛(PbO2)后將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存在正極板中;負極由硫酸鉛轉(zhuǎn)化為海綿狀鉛(Pb)后

36、將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存在負極板中。在放電時，正極由二氧化鉛(PbO2)變成硫酸鉛(PbSO4)而將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能向負載供電，負極由海綿狀鉛(Pb)變?yōu)榱蛩徙U(PbSO4)而將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能向負載供電。鉛酸蓄電池在充放電過程中，正極和負極必須同時以同當量、同狀態(tài)(如充電或放電)進行電化學(xué)反應(yīng)才能實現(xiàn)上述充電或放電過程，任何情況下都不可能由正極或負極單獨完成上述反應(yīng)。由此可知，如果一只鉛酸蓄電池中正極板是好，而負極板損壞了，那就等于這只鉛酸蓄電池變成了報廢的鉛酸蓄電池。同樣，如果一只鉛酸蓄電池中的負極板是好的而正極板損壞了的話，這只鉛酸蓄電池也將變成一只報廢的鉛酸蓄電池。除此之外，正極板中可以

37、參加能量轉(zhuǎn)換的物質(zhì)量(活性物質(zhì)的量)與負極板中可以參加能量轉(zhuǎn)換的物質(zhì)量(活性物質(zhì)的量)要互相匹配。如果不匹配，一個多而另一個少的話，多出來的部分就是一種浪費，而且每種參加電化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)與另一種物質(zhì)相匹配的量都是不同的，科學(xué)家們把每一種物質(zhì)可將一個安培小時的電量轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來的量叫做該物質(zhì)的電化當量(即電能與化學(xué)能轉(zhuǎn)換的相當物質(zhì)的量)。每一種活性物質(zhì)的電化當量都是由其電化學(xué)反應(yīng)方程式計算出來的。事實上，蓄電池在充電時候會有氣體析出，這是因為在進行充放電過程中還會有其他的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，如充電時候會產(chǎn)生氫氣和氧氣兩種氣體，其化學(xué)方程式如下：（3.1.2-12）3.2鉛酸蓄電池的充電特性通常，

38、對鉛酸蓄電池進行充電時，都是用曲線來表達電池的端電壓、錫電壓、電解液的密度以及電解液的溫度隨時間的變化，把這樣的一些曲線，稱為電池的特性曲線，來表示電池的各種特性。一般因電池和極板種類的不同而略有差異。在充電過程中，電池端電壓的變化，可表示如下:（3.2-1）式中U充電時電池的端電壓(v);正極板的超電勢(v);負極板的超電勢(v);I充電電流(A):R電池的內(nèi)阻(Q)。充電時電池的電壓變化曲線如圖3.2-2所示圖3.2-2鉛酸電池充電時電壓變化從圖3.2-2可以看出，在充電開始時，由于硫酸鉛轉(zhuǎn)化成為二氧化鉛和鉛，相應(yīng)的有硫酸生成，因而活性物質(zhì)表面硫酸濃度迅速增大。因此，電池端電壓沿著OA而急

39、劇上升。當達到A點后，由于擴散使活性物質(zhì)表面及微孔內(nèi)的硫酸濃度不再急劇上升時，端電壓也就上升的較緩慢(ABC部分)。這樣，活性物質(zhì)逐漸從硫酸鉛轉(zhuǎn)化成為二氧化鉛和鉛，活性物質(zhì)的孔隙也逐漸擴大，孔隙率增加。隨著充電的進行，逐漸接近于電化學(xué)反應(yīng)的終點，即充電曲線的C點。當極板上所存硫酸鉛不多，通過硫酸鉛的溶解，提供電化學(xué)氧化和還原所需的離子極度缺乏時，電化學(xué)反應(yīng)的極化增加，這時正極的電極電勢變得很正，使得氧氣大量析出。負極的電極電勢變得很負，達到析出氫的電勢，結(jié)果充電的電池端電壓迅速升高，大量氣體析出，進行水的電解過程，表現(xiàn)為充電曲線的CD段電壓急劇上升。需要指出，盡管在電解液中具有較高的氫離子濃度

40、，以及H2/H+的平衡電勢比Pb/PbSO4還正，但由于氫在鉛上具有很高的超電勢，所以在充電過程中主要進行Pb2+離子的還原，而不是H-離子的還原，只有在充電后期方有氫的析出，如有比氫超電勢低的雜質(zhì)存在于極板的表面，其結(jié)果是充電終期端電壓低下，充電不完全。3.3J.A.馬斯(J.A.Mas)三定律1967年美國人J.A.Mas研究了充電過程中析氣的問題，找出了析氣的原因和規(guī)律，他以最低析氣率為前提，找出了蓄電池能夠接受的最大充電電流，和可以接受的充電電流曲線。對蓄電池快速充電的理論也進行了探討，并在實踐的基礎(chǔ)上提出了蓄電池快速充電的一些基本定律。在充電過程中，用某一速率的電流進行充電，蓄電池只

41、能充到某一極限值，當達到這一極限后，繼續(xù)充電時，只能導(dǎo)致電解水反應(yīng)而產(chǎn)生氣體和溫升，不能提高蓄電池的充電速度。圖3.3-2為蓄電池在充電過程中，只持續(xù)產(chǎn)生微量氣體的充電特性曲線，在充電中任一時刻t，蓄電池可接受的充電電流(3.3-1)式中Io當t=0時的最大起始電流;I任意時刻t時蓄電池可接受的充電電流;a衰減率常數(shù)，也稱充電接受比。圖3.3-2充電電流接受特性曲線圖3.3-2是一條自然接受特性曲線，超過這一接受曲線的任何充電電流，不僅不能提高充電速率，而且會增加析氣。小于這一接受特性曲線的充電電流，就是蓄電池具有的儲存充電電流，該電流稱為蓄電池的充電接受電流。如果遵循接受特性曲線充電，在某一

42、時刻t，已充電的電量C是從0到t時曲線下面的面積，到最后全部充電電量為C也就是先前放掉的容量。J.A.Mas在實驗的基礎(chǔ)上，提出了蓄電池快速充電的三定律。第一定律:蓄電池在采用任意放電電流后，其充電接受比和放電放掉的容量的平方根成反比。它定量地表明隨放電深度不同，充電接受能力的變化。第二定律:對于任何放電深度，一個電池的充電接受比a是和放電電流Id的對數(shù)成正。它定量地表明隨放電率的不同，充電接受比的變化。第三定律:一個電池，經(jīng)幾種放電率放電，其接受電流是各放電率下接受電流之和。因此電池在充電前或在充電過程中應(yīng)適當?shù)亟o予放電。這就等于改變放電的深度，即不管被充電電池最初的放電深度如何，可以給它加

43、上新的符合需要的放電深度，以使接受電流接近于充電電流，從而進一步打破了指數(shù)曲線的自然接受特性。3.4極化電壓當充電電流超過蓄電池接受電流值時，就會大量地產(chǎn)生氣體。這是由于極化現(xiàn)象嚴重引起的。極化是一切電化學(xué)反應(yīng)所具有的共同現(xiàn)象。極化電壓降由三部分組成，即歐姆極化(純電阻電壓降)、濃差極化和電化學(xué)極化。a.歐姆極化指的是電池內(nèi)部各個導(dǎo)電部分，包括極板、隔板、電解液和外部連接部分如極柱、連結(jié)條的電阻等所產(chǎn)生的電壓降，此壓降值遵循歐姆定律，當充電電流停止后可立即消失。b.濃差極化由極板表面附近決定電極電勢數(shù)值的那種離子濃度的變化所引起。當未接通電路時，電池中電解液的濃度在各處的分布是均勻的。充電開始

44、后，由于發(fā)生了電化學(xué)反應(yīng)在正極附近消耗了水，并有硫酸產(chǎn)生，負極附近也有硫酸產(chǎn)生。兩極極板附近硫酸濃度的升高，造成與其它地方的電解液濃度的差異。而電極的平衡電勢是根據(jù)H+離子和HSO4-離子濃度確定的。c.電化學(xué)極化溶液中的鉛離子需要得到或失去電子進行還原或氧化反應(yīng)。電子傳導(dǎo)的速度接近于光速，它比離子失去或得到電子進行氧化還原的電化學(xué)反應(yīng)速度快得多，因此在陰極上將有過剩電子的積累(指與通電流前相比)，而在陽極上將有電子的減少。陰極上電子的過剩促使鉛離子以更快的速度獲得電子而還原。同理陽極上電子的減少促使鉛離子以更快的速度失去電子而氧化。最終達到動態(tài)平衡，即電子傳導(dǎo)的速度與電化學(xué)反應(yīng)速度相等，這時

45、電極表面上電荷的數(shù)目不再繼續(xù)改變，但與未通電流之前相比，陰極上積累了電子，陽極上減少了電子，于是引起電極電勢和平衡電勢的偏離，正極(即陽極)的電勢更正，負極(即陰極)的電勢更負。這種由于電化學(xué)反應(yīng)的遲緩性所引起的電極電勢偏離平衡電勢，稱為電化學(xué)極化，偏離的數(shù)值稱為過電勢(或超電勢)。在切斷電源后，由于電化學(xué)反應(yīng)的遲緩性而產(chǎn)生的平衡電極電勢的偏移就迅速地下降，在微秒級內(nèi)就顯著地降低。由于極化產(chǎn)生的過電勢，不僅阻礙充電電流，放慢了電化學(xué)反應(yīng)。而且還產(chǎn)生一系列副作用，諸如產(chǎn)生大量氣體，使電解液溫度升高，水分損失，從而增加維護量，能量無謂的損耗等等。這些都需要設(shè)法防止和消除。也就是實行智能充電要解決的

46、問題。若有適當?shù)姆椒ㄏ龢O化，而不影響蓄電池本身的性能，就可以達到智能充電的目的。3.5智能充電的基本原理和控制方法3.5.1智能充電的基本原理智能充電的特性曲線如圖3.5.1-1中的II線所示。它是通過改造蓄電池固有的可接受電流的特性曲線(圖3-3中I線)，盡可能地延長其初始最大電流的時間來達到縮短總的充電時間的目的。圖-1中II線超出蓄電池固有的可接受充電電流的特性曲線(斜線部分)，按照馬斯理論，超出部分的電量將用于產(chǎn)生氣體釋出，使電解液的溫度升高，造成電池極板活性物質(zhì)脫落損壞等一系列副作用，發(fā)生這種現(xiàn)象的原因是伴隨著大電流的充入，電池極化現(xiàn)象嚴重地阻礙電化學(xué)反應(yīng)的進行，最終導(dǎo)致蓄電池的不

47、可逆反應(yīng)，為了使持續(xù)電流能順利地進行充電，就必須適當?shù)叵娏饕鸬臉O化現(xiàn)象。消除極化是智能充電的關(guān)鍵技術(shù)所在。圖3.5.1-1智能充電的特性曲線3.5.2智能充電的幾種控制方法如前所述，智能充電是通過盡可能地延長蓄電池所固有的可接受初始電流的持續(xù)時間來實現(xiàn)的。在這段時間里，所要解決的問題是消除極化，而消除極化的主要手段是對蓄電池實施放電，放電量一般為窄而深的放電脈沖。目前國內(nèi)外各種快速充電裝置無一例外地采取這一手段來達到充電快速的目的。但采取的具體策略有:按引進放電脈沖的時刻不同分為充電后期引進放電脈沖法和充電全過程引進放電脈沖法;按引進放電脈沖的具體方案不同，又分為固定電阻為負載實施放電方

48、式和逆變放電法。a.充電后期引進放電脈沖法采用這種方法，是在充電前期以恒定的大電流進行充電，當反饋系統(tǒng)檢測出蓄電池的端電壓達到一種“極化點”時，實施放電。b.充電全過程引進放電脈沖法采用這種方法，是在充電全過程實施放電脈沖去極化。整個充電過程按照“充電一停充一放電一停充一充電”這一既定的程序周而復(fù)始。權(quán)衡這兩種方法，第二種方法更為合理科學(xué)。這是因為:第一，極化電壓是伴隨大電流的介入而產(chǎn)生。在大電流充電的初期，極化電壓就已嚴重存在，不及時予以處理，大電流充電在其初期就難于進行。第二，采用第一種方法，反饋系統(tǒng)檢側(cè)出的蓄電池的端電壓包含有整流疊加電壓的成分，該值隨充電電流大小而異，以此作為指令來控制

49、充電過程并不能真實地反映出蓄電池電動勢的增長狀況。第三，經(jīng)驗表明，所謂“極化點”并不是一個固定的量值，不同容量的蓄電池，以及蓄電池的殘余容量不同，其極化點也不盡相同。c.以固定電阻為負載實施放電法這種方法的具體電路如圖3.5.1-1-4所示。充電裝置中設(shè)置一固定電阻R，開關(guān)K閉合，蓄電池組E對負載R放電。圖3.5.2-1固定電阻放電法圖3.5.2-2逆變放電法所用電路e.逆變放電法逆變放電法所用電路如圖3.5.2-2所示。蓄電池組E通過開關(guān)K閉合向交流電網(wǎng)逆變放電。比較上述第c和第d兩種方法，后者更為合理、科學(xué)，這是因為第3種方法存在如下弊病:放電脈沖量的最佳點無法確定。放電脈沖既然作為快速放

50、電的極其重要的手段，理所當然地存在一個量的最佳值。放電脈沖的深度和寬度對消除極化的效果影響甚大，其值太小難以消除極化，而其值太大不但降低充電效率同時又會引起新的極化電壓。而電路中的電阻值R一經(jīng)確定，放電深度即隨之確定，很難尋求放電量的最佳值。4系統(tǒng)的硬件設(shè)計4.1開關(guān)電源原理充電電源采用開關(guān)電源，開關(guān)電源一般由功率變換主回路和控制回路兩部分組成。主回路有多種不同的拓撲結(jié)構(gòu);控制回路是實現(xiàn)電源各種性能要求的核心，其控制機理有調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)寬、諧振等。高頻開關(guān)電源的原理框圖如圖4.1-1所示9、10。交流電網(wǎng)濾波電路輸入整流濾波電路高頻變換器輸出整流濾波電路控制電路保護電路市電輸出直流圖4.1-1

51、高頻開關(guān)電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖從圖4.1-1中可以看到，高頻開關(guān)電源主要由交流電網(wǎng)濾波電路、輸入整流濾波電路、高頻變換器、輸出整流濾波器、控制電路、保護電路等幾部分組成。其基本原理是:交流輸入電壓經(jīng)電網(wǎng)濾波、整流濾波得到一定的直流電壓，再通過高頻變換器將直流電壓變換成高頻交流電壓，最后經(jīng)過輸出整流濾波電路，將變換器輸出的高頻交流電壓整流濾波得到需要的高質(zhì)量、高品質(zhì)的直流電壓。4.2充電系統(tǒng)的主電路原理與設(shè)計4.2.1全橋變換電路的設(shè)計本充電系統(tǒng)采用的是全橋移相控制的零電壓PWM變換電路。它是目前應(yīng)用最廣泛的軟開關(guān)電路之一，其特點是電路很簡單，便于操作，但存在一個缺點，即滯后臂開關(guān)管在輕載下難以實現(xiàn)零電

52、壓開關(guān)，這使得它不適合用于負載范圍變化較大的場合。電路不能實現(xiàn)零電壓開關(guān)時，將產(chǎn)生以下幾個后果。a.由于開關(guān)損耗的存在，需要增加散熱器的體積;b.開關(guān)管開通時存在很大的di/dt，將會造成較大的EMLc.由于副邊二極管的反向恢復(fù)，高頻變換器副邊漏感上的電流瞬變作用將在二極管上產(chǎn)生電壓過沖和震蕩，所以在實際應(yīng)用中需在副邊二極管上增設(shè)RC吸收網(wǎng)絡(luò)。針對上述問題，常見的解決方法是在變壓器原邊串接一個飽和電感，擴大變壓器的零電壓開關(guān)范圍。但是，采用這一方法后，電路仍不能達到全工作范圍的零電壓開關(guān)。另外，飽和電感在實際應(yīng)用中不可能具有理想的飽和特性，這將會導(dǎo)致以下幾個后果:a.增加電路環(huán)流，從而增大變換

53、器的導(dǎo)通損耗;b.加重了副邊電壓占空比的丟失，從而增大了原邊電流及副邊二極管的電壓應(yīng)力;c.飽和電感以很高的頻率在正、負飽和值之間切換，磁心的損耗會很大，發(fā)熱嚴重砰s1。改進型全橋移相控制的零電壓PWM變換電路是針對上述缺點所提出的一種電路拓撲。它通過在電路中增加輔助支路，可使開關(guān)管在全負載范圍內(nèi)實現(xiàn)零電壓開關(guān)，它在小功率(<3kw)電路中具有明顯的優(yōu)勢。圖4.2.1-1所示是一種改進型全橋移相控制的零電壓PWM變換電路。與基本的全橋移相控制的零電壓PwM變換電路相比，它在滯后臂上增加一個由電感Lrx和電容C。兩個元件組成的支路。改進型全橋移相控制的零電壓PWM變換電路。圖4.2.1-1

54、改進型全橋移相控制的零電壓PWM變換電路該變換電路采用移相控制方式，其主電路的工作原理和基本的零電壓PWM變換電路完全一樣。全橋變換器中功率開關(guān)元件的選用典型的全控型開關(guān)器件有電力晶體管GTR、門極可關(guān)斷晶體管GTO、場效應(yīng)晶體管MOSFET和絕緣柵極雙極型晶體管IGBT等。GTR和GTO是雙極型電流驅(qū)動器件，由于具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，所以其通流能力很強，但開關(guān)速度較低，所需驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復(fù)雜。電力MOSFET是單極型電壓驅(qū)動器件，開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動功率小而驅(qū)動電路簡單。而且它的導(dǎo)通電阻遠遠小于雙極型晶體管BJT的導(dǎo)通電阻，這使得它能代替BJT成為高頻開關(guān)電源的主流

55、開關(guān)器件。也正是由于導(dǎo)通電阻小的MoSFET的出現(xiàn)，高頻開關(guān)電源得以迅速發(fā)展11、12。IGBT(Insulated Gate Bipolar Tranister)是MOS結(jié)構(gòu)的雙極型器件，屬于具有功率M0SFET的高速性能與雙極型器件的低電阻特性的功率元件。IGBT的應(yīng)用范圍一般都在耐壓為600V以上、電流為10A以上、頻率為1kH么以上的區(qū)域，多應(yīng)用在工業(yè)用電機、民用小容量電機、變換器、照相機的頻閃觀測器以及感應(yīng)加熱電飯鍋等產(chǎn)品上。IGBT的工作原理和靜態(tài)特性IGBT是三端器件，具有柵極G，集電極C和發(fā)射極E。它是一種場控器件，驅(qū)動原理與MOSFET基本相同，其開通和關(guān)斷是由柵極和發(fā)射極間

56、的電壓UGE決定的。當U。為正且大于開啟電壓UGE間時，IGBT導(dǎo)通。由于具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，高耐壓的IGBT也具有很小的通態(tài)壓降。當柵極和發(fā)射極間施加反向電壓或不加信號時，IGBT關(guān)斷。IGBT的驅(qū)動電路設(shè)計IGBT是電壓驅(qū)動型器件，使IGBT開通的柵射極間驅(qū)動電壓一般取15-20V。同樣，關(guān)斷時施加一定幅值的負驅(qū)動電壓(一般取-515V)有利于減小關(guān)斷時間和關(guān)斷損耗。而且在柵極串入一只低值電阻(數(shù)十歐左右)可以減小寄生振蕩，該電阻阻值應(yīng)隨被驅(qū)動器件電流額定值的增大而減小。IGBT的驅(qū)動多采用專用的混合集成驅(qū)動器。此類混合集成驅(qū)動器種類繁多，常用的有三菱公司的M579系列(如M57%2L和M5

57、7959L)和富士公司EXB系列(如EXB840/EXB841和 EXB850/EXB851)。同一系列的不同型號其引腳和接線基本相同，只是適用被驅(qū)動器件的容量和開關(guān)頻率以及輸入電流幅值等參數(shù)有所不同。本系統(tǒng)采用的EXB841屬于大容量高速型驅(qū)動器(最大40kHz運行)。4.2.2能量回饋電路的設(shè)計由于本充電系統(tǒng)采用的是恒壓限流充電和脈沖充電相結(jié)合的充電方法，在整個充電時期內(nèi)，始終適時地采取了通過負脈沖瞬間放電消除極化的措施，因此硬件設(shè)計中需要提供蓄電池放電的通路。一般充電系統(tǒng)采用的是當蓄電池達到一定的極化程度后，通過附加的負載進行放電，以消除極化。但是，這樣會產(chǎn)生不必要的能量消耗，同時也使充電器的體積變得很龐大。本充電系統(tǒng)采用圖4.2.2-1所示的結(jié)構(gòu)框圖，蓄電池的放電通路由開關(guān)元件Q和濾波電感L組成，稱為能量回饋電路。在正脈沖充電末期，DC/DC變換電路中的開關(guān)元件全部斷開，存儲在濾波電感L，中的能量全部轉(zhuǎn)移到蓄電池組中。在負脈沖放電期間，能量回饋電路開始工作，它將電池的能量送回到濾波電容6中去，從而實現(xiàn)了蓄電池在充電過程中適時的放電，可消除電池的極化現(xiàn)象。與傳統(tǒng)的放電回路相比，該能量回饋電路