电动车充电站毕业论文Word格式.docx

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控制开关电源的脉冲频率和占空比，从而调节充电电流和电压，实现对蓄电池的分级慢脉冲充电。

这个方案不仅可实现快速充电，同时可以减少析气，消除硫化，进行均衡充电，从而大大地延长了铅酸蓄电池的使用寿命。

[关键词]慢脉冲充电；

蓄电池；

单片机；

智能

ChargingCircuitDesignofElectricVehicleChargingStation

Abstract:

Withthepopularityoftheelectriccar,Electricvehiclechargingtechnologyisalsogottheconcernofthepublic.Inourcourtry,leadacidbatterywhichisusedaselectricvehiclepowerbatteryoccupiedaverybigmarket.Thisismainlyduetothelead-acidbatteryhasmaturetechnology,lowcost,batterycapacity,withloadoutputcharacteristicsandnomemoryeffects,etc.Butthetraditionalconventionalchargingtimeistoolong,fastchargingtechnologyisstillnotfullyresolved,seriouslyrestrictedthedevelopmentoftheelectriccar.Basedonthisstatus,itputsforwardakindofsealfreemaintenancelead-acidbatteryusedforintelligencechargedesignschemeinthisthesis.Withregardtoallsortsofproblemsforbatterychargingappearedintheprocess,analyzestheexistingsolutions,andputforwardakindofleadacidbatterytorealizefourstagesofintelligentchargingslowpulsechargerdesignscheme.Controlofswitchpowerpulsefrequencyanddutycycle,whichregulateschargingelectriccurrentandvoltage,andtorealizetheclassificationbatterychargingwithslowpulse.Theschemenotonlymakerapidcharging,atthesametimecouldreducegaschromatography,eliminatevulcanization,chargingforequilibrium,thusgreatlyextendedtheleadacidbatteryservicelife.

Keywords:

Slowpulsecharging;

storagebattery;

single-chipmicrocomputer;

intelligent

1引言

1.1课题研究背景及意义

电动车是一种非常理想的中短途日常交通工具，电动车的应用有效地解决了能源和环境两大难题，因此，在我国有着得天独厚的发展条件和广阔的应用前景。

目前,RFID作为一种非接触式的自动识别通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统特定目标之间建立机械或光学接触。

RFID的研究和应用都得到了前所未有的发展，本课题设计内容把射频识别技术与电动车充电站结合起来，以AT89C51单片机为核心，利用RFID技术电子钱包功能实现用户身份识别和电子支付充电费用功能，防盗报警，安全可靠；

充满自停，来电续充，付费合理，并加上LCD显示费用余额方便简单。

电动车蓄电池按电极材料和工作原理的不同，应用最广泛的包括铅酸蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等四类。

这四类电池的性能和优缺点如表1所示：

表1各材料电池性能比较

性能等指标

铅酸蓄电池

镍镉电池

镍氢电池

锂离子电池

电池容量

3Ah-3000Ah

100mAh-7Ah

10mAh-3Ah

50mAh-50Ah

重量比能量

35Wh/Kg

50Wh/Kg

70Wh/Kg

120Wh/Kg

体积比能量

90Wh/L

100Wh/L

140Wh/L

360Wh/L

工作温度

-40~60℃

-40~50℃

-20~60℃

大电流放电性能

高

较高

较低

充放电寿命

一般

记忆效应

无

有

略有

安全性

回收循环利用

低

技术成熟度

成本

铅酸蓄电池的主要优点是技术成熟、成本低、容量大、大电流放电性能好、使用温度范围广、安全性高，并且能够做到完全回收和再生利用，缺点是重量大、比能量低。

而镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等目前都存在大容量制造技术不成熟的问题，只能实现中小容量电池的规模化生产，不能满足大功率动力的需求。

铅酸蓄电池自发明以来，至今已有150年的历史，技术十分成熟。

在现阶段，以电动助力车为主的小型电动车辆目前也主要以铅酸蓄电池作为动力电源，在这一市场上，铅酸蓄电池由于具备突出的性价比优势，占据了95%以上的市场份额。

1.2课题研究的内容

本课题通过采用单片机技术和RFID技术实现电动车充电站设计,主要有三个功能，电量检测功能、RFID电子钱包功能和充电功能。

如图1所示：

图1基于RFID的电动车充电站示意图

此设计的内容是将220V市电通过一系列的转换与控制输出稳定的48V电压对电动车进行充电。

本文通过六部分电路的设计来实现充电的功能，即交流220V整流滤波电路、充电主电路、单片机电路、信号采样与放大电路、模数转换电路、电源模块电路。

该电路能够采用单片机（MCU）实时检测充电电流和蓄电池电压的实际值，分级控制开关电源的脉冲频率和实时调节脉冲占空比，从而调节充电电流和电压，实现对蓄电池的分级慢脉冲充电。

设计中系统可以分为控制部分和信号检测部分。

用桥式整流、滤波将220V交流电转换成311V直流电，经变压器反馈振荡得到48V充电电压，在设计过程方面，从总体方案、单元电路、元器件选择和设计等都进行了细致的介绍。

2充电原理

2.1蓄电池与充电技术

蓄电池通常是指铅酸蓄电池，属于二次电池。

它的工作原理：

充电时利用外部的电能使内部活性物质再生，把电能储存为化学能，需要放电时再次把化学能转换为电能输出。

电化学反应方程式如下：

PbO2+2H2SO4+Pb→PbSO4+2H2O2+PbSO4（放电反应）

（1）

PbSO4+2H2O2+PbSO4→PbO2+2H2SO4+Pb（充电反应）

（2）

电池充电通常要完成两个任务，首先是尽可能快地使电池恢复额定容量，另一是使用小电流充电，补充电池因自放电而损失的能量，以维持电池的额定容量[1]。

在充电过程中，铅酸电池负极板上的硫酸铅逐渐析出铅，正极板上的硫酸铅逐渐生成二氧化铅。

当正负极板上的硫酸铅完全生成铅和二氧化铅后，电池开始发生过充电反应，产生氢气和氧气。

这样，在密封铅酸蓄电池中，采用中等充电速率时，氢气和氧气能够重新化合为水。

过充电开始的时间与充电的速率有关。

当充电速率大于C/5时，电池容量恢复到额定容量的80%以前，即开始发生过充电反应。

只有充电速率小于C/100，才能使电池在容量恢复到100%后，出现过充电反应。

为了使电池容量恢复到100%，必须允许一定的过充电反应。

过充电反应发生后，单格电池的电压迅速上升，达到一定数值后，上升速率减小，然后电池电压开始缓慢下降。

由此可知，电池充足电后，维持电容容量的最佳方法就是在电池组两端加入恒定的电压。

浮充电压下，充入的电流应能补充电池因自放电而失去的能量。

浮充电压不能过高，以免因严重的过充电而缩短电池寿命。

采用适当的浮充电压，密封铅酸蓄电池的寿命可达10年以上。

实践证明，实际的浮充电压与规定的浮充电压相差5%时，免维护蓄电池的寿命将缩短一半。

铅酸电池在环境温度为25℃时工作在理想状态，当环境温度降到0℃时，电池就不能充足电，当环境温度上升到50℃时，电池将因严重的过充电而缩短寿命。

因此，为了保证在很宽的温度范围内，都能使电池刚好充足电，充电器的各种转换电压必须随电池电压的温度系数而变。

2.2蓄电池的充电原理

理论和实践证明，蓄电池的充放电是一个复杂的电化学过程。

一般地说,充电电流在充电过程中随时间呈指数规律下降,不可能自动按恒流或恒压充电。

充电过程中影响充电的因素很多,诸如电解液的浓度、极板活性物的浓度、环境温度等的不同,都会使充电产生很大的差异。

随着放电状态、使用和保存期的不同,即使是相同型号、相同容量的同类蓄电池的充电也大不一样。

上世纪60年代中期，美国科学家马斯对开口蓄电池的充电过程作了大量的试验研究，并提出了以最低出气率为前提的，蓄电池可接受的充电曲线，如图2所示。

实验表明，如果充电电流按这条曲线变化，就可以大大缩短充电时间，并且对电池的容量和寿命也没有影响。

原则上把这条曲线称为最佳充电曲线，从而奠定了快速充电方法的研究方向[2]。

图2最佳充电曲线

由图2可以看出：

初始充电电流很大，但是衰减很快。

主要原因是充电过程中产生了极化现象。

在密封式蓄电池充电过程中，内部产生氧气和氢气，当氧气不能被及时吸收时，便堆积在正极板（正极板产生氧气），使电池内部压力加大，电池温度上升，同时缩小了正极板的面积，表现为内阻上升，出现所谓的极化现象。

2.3充电方法研究

常规充电制度是依据1940年前国际公认的经验法则设计的。

其中最著名的就是“安培小时规则”：

充电电流安培数，不应超过蓄电池待充电的安培时数。

实际上，常规充电的速度被蓄电池在充电过程中的温升和气体的产生所限制。

这个现象对蓄电池充电所必须的最短时间具有重要意义。

一般来说，常规充电有恒流充电、恒压充电法、阶段充电法。

2.3.1恒流充电法

恒流充电，又叫定电流充电法，恒流充电法是用调整充电装置输出电压或改变与蓄电池串联电阻的方法，保持充电电流强度不变的充电方法，如图3所示。

而电池的可接受电流能力是随着充电过程的进