毕业设计与论文(基于TL494的电动车充电器设计)(2)

2.2：蓄电池充电方式

二次蓄电池的充电方式有许多种，应根据二次蓄电池的使用频率、放电倍率及用途等因素，选择最适宜的充电方法。不同的充电方法概述如下。

2.2.1、恒流充电法

顾名思义，恒流充电方法就是对蓄电池进行充电时，自始至终保持充电电流恒定不变。恒流电源电路如2-1图示

TVT1R1GBVD1~VD4VT2R2 图2-1 恒流电源充电电路

恒流充电虽然具有较高的充电效率，能方便地根据充电时间来决定充电是否停止，也可以改变被充蓄电池的数目，但在开始时充电电流过小，而充电后期充电电流过大，不仅充电时间长，而且耗气量大，能量高，充电效率在65%以下。恒流的电流在充电后期会电解水，产生气体，是蓄电池内部压力上升，如不加控制极易是蓄电池因失水而干枯，最终将造成蓄电池容量急剧下降。如下图2-2所示：

225220C（回复容量曲线）215I（充电电流曲线）210482036条件：蓄电池100%放电后进行充电V（充电电压曲线）10080604020

图 2-2 阀控铅酸蓄电池的充电特性曲线

阀控铅酸电池的充电特性曲线I可以清楚的看到充电过程中蓄电池在不同时刻接受电流的能力是不一样的。I是一条变化很大的非线性曲线，在该曲线上哪一时刻的电流作为蓄电池充电恒定电流，能使蓄电池既安全又能在可接受的有限时间上把蓄电池充满，这是无法确定的。蓄电池每次使用的放电深度、环境温度及新旧程度均不一样，若每次都用同样的恒定电流和时间去充电，势必造成蓄

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电池放生不可逆转的损坏。因此，密封免维护蓄电池不宜采用恒流充电法。

2.2.2、恒压充电法

恒压充电法是充电电源的电压在充电的整个过程中保持恒定不变。恒压充电电路如图2-3所示。

TVT1VSR1GBVD1~VD4VT2R2 图 2-3恒压充电电路

这种充电方法充电初期充电电流很大，随着蓄电池端电压的逐渐升高，充电电流逐渐减小，充电过程不必调整电流。这种方法在充电过程中析气量也很小，充电时间短，能耗低，充电效率高，一般8小时即可充满。

在阀控铅酸蓄电池的充电特性曲线V（图2-2）上,充电器的输出电压始终是在充电器设计人认为蓄电池安全受电的最高允许电压上，低于这个电压，则蓄电池无法充满，在充电过程中，单体蓄电池的充电电压比蓄电池本身的实际电压高；通过蓄电池的充电电流，则比蓄电池的最大安全接受电流大10倍以上。蓄电池在充电前多已经放完电，其电压处在最低电压上。若在采用恒压充电，通过蓄电池的充电电流将是蓄电池的安全接受电流的几十倍，当充电器的容量不够大时，则充电器因过载而烧毁。因此，恒压充电法不适合放电较深的蓄电池充电；不适合数量多的蓄电池充电，因不能使所有的电池均衡。故电动自行车蓄电池也不适用于恒压充电。

2.2.3、浮充法

浮充法是充电器以很小的充电电流（C/30~C/20）对蓄电池进行充电，以确保蓄电池始终处于充满电的状态。浮充法广泛用于蓄电池作为备用电源或应急电源的电器设备中，是一种有备而无患的充电方式。浮充法电源的原理示意图如图2-4

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充电器GB负载继电器KADC 图2-4浮充法电源原理示意 2.2.4、涓充法

涓流充电是指蓄电池与负载并联后，与直流电源（充电器）相连。在正常情况下，直流电源是负载的工作电源并以涓流方式为负载充电，此时主要为负载提供工作电流。只有当负载变得很大，直流电源的端电压低于蓄电池的端电压或电源停止供电时，为保证负载正常工作，蓄电池才对负载进行放电。涓流充电的原理图如图2-5所示：

DCVDR 负载GB 图 2-5 涓流充电的原理示意图

涓流充电电流的大小是由使用模式决定的。这种充电方法多用于应急的电源、备用电源或电子表等不允许断电的场合。

2.2.5．分阶段充电法

分阶段充电法是在对蓄电池充电的最初阶段采用较大的充电电流，当蓄电池电压达到控制点时，则将较大的充电电流转为涓流充电。分阶段充电的原理示意图如图2-6所示

DCSA1R2GB负载 图2-6分阶段充电的原理示意图

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常用的分阶段充电法有二阶段充电法和三阶段充电法。

①二阶段充电法是采用恒电流和恒电压相结合的快速充电方法。它首先以恒电流将蓄电池充至预定的电压值，之后改为恒电压完成蓄电池的剩余充电。通常两阶段之间的转换电压，就是第二阶段充电的恒电压。

②三阶段充电法是在对蓄电池充电开始和结束阶段采用恒电流充电，而中间阶段则采用恒电压充电。

目前，电动自行车所配置的充电器多是传统的三段式充电器。三段式充电器的充电模式是把充电过程分为恒流、恒压、浮充三个充电阶段。以我国电动自行车采用较多的36V、12Ah铅酸蓄电池为例，当蓄电池放完电后，其充电参数为： 。第一阶段采用恒流充电，充电电流为（1.8±0.2）A,充电电压逐渐上升至43.2V,充电时间为4-6h。

。第二阶段采用恒压充电，充电电压为43.2V逐渐上升至（44.5±0.1）V,充电电流逐渐降至（0.35±0.1）A,充电时间在2-4 h。

。第三阶段采用浮充充电,恒压为（41.4±0.2）V,浮充电流为（0.35±0.1）A。 铅酸电池的充电方式曲线，如图 2-7所示

U(V)I(A)43.2vU(v)I(A)1.8A0.35A+-0.1A44.5V+-0.1V41.4V+-0.1V 图2-7 铅酸电池的充电方式曲线

分阶段充电方式,虽是蓄电池充电的最理想方式,但充电器电路复杂,成本高,还需要有蓄电池电压监测控制电路.

充电器对蓄电池产生影响的是充电电压、充电电流和充电波形及频率.其中,充电电压与蓄电池是否充满电有关,充电电流与蓄电池充得快或慢有关,而充电的波形与频率则与蓄电池的容量与寿命(即充得好坏)有关.充电时三者各有侧重,是相辅相成的关系.而三段式电动自行车充电器的充电模式,侧重于充电电压和充电电流,缺少充电波形和频率方面的实施技术.这样,就不能在充电过程中有效地去除蓄电池电解液浓度极差、板栅硫酸盐化和极化现象.因此,理想的电动自行车充电器应具有脉冲充电、负脉冲激活,高频充电和变频充电等多种充电模式与充电技术,使电动自行车充电器既有常规充电功能 ,又有修补性充电功能,成为多功能充电器.

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2.2.6．快速充电法

常规充电是采用小电流慢充方式，对新的铅酸蓄电池而言，初充电需70h以上，进行普通充电也需10h以上。充电时间也不能过长，充电时间过长，不仅拉长充电监测时间，浪费电能，而且也限制了蓄电池的循环使用次数，增大了维护工作量。

快速充电法是用大电流在短时间内对蓄电池进行充电。为了保证蓄电池不过充和不因大电流短时内充满而损坏，需加有控制电路。此电路能在充电末期实时地检测蓄电池的充电电压、端电压的温度，并根据随时检测到的相关参数来控制充电过程。

（1）检测蓄电池电压

在大电流充电末期，通过辅助电路检测蓄电池电压，当蓄电池电压达到设定值时，即将大电流转变成小电流充电，这是为了保证蓄电池的充电容量。为此，控制电路预设的充电截止电压必须比充电峰值电压低。 （2）检测蓄电池端电压降（-△V）

充电时通过蓄电池的充电电流，是由辅助电路在大电流充电末期，检测到的蓄电池端电压降（-△V）进行控制的，-△V检测控制系统框图和充电特性曲线如图2-8所示

恒流电源开关电源 比较电路电压检测电路GB-△V检测电路（a）系统框图

U(V)、I（A）蓄电池电压U-△V` 充电电流I充电时间T（H）

（b）充电特性曲线

图 2-8-△V检测控制系统框图和充电特性曲线

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