摘要：为了满意电动轿车蓄电池快速无损伤充电的要求，规划了根据NEC单片机+SG3525的充电操控体系。该操控体系选用慢脉冲快速充电办法，对动力蓄电池按给定的曲线进行高效的快速脉冲充电。对单片机操控体系外围电路和软件进行了规划。进行了蓄电池充电试验，成果表明，体系能够较好的完结对动力蓄电池的快速无损伤充电。
关键词：NEC单片机；充电器；操控体系；快速充电；无损伤
进入21世纪，环境和能源危机日益突出。电动轿车作清洁、高效和可继续开展的交通工具，成为当今世界轿车行业开展的潮流和热门。
现在，限制电动轿车推行的首要因素之一是充电作用欠好，一起充电操控办法的挑选不妥，使大都充电器与蓄电池不匹配。在这样的布景下，本文结合某公司的增程型车载电动轿车充电器研制项目，规划了一种根据NEC单片机的智能充电操控体系。该体系选用多级恒流与慢脉冲充电相结合的快速充电战略，使动力蓄电池作业在较抱负的工况下，延伸其使用寿数，进步充电功率。
1 充电办法规划
传统的充电办法首要有以下几种：恒流充电、恒压充电、恒压限流充电、恒流限压充电、阶段充电等。这些办法操控简略，完结简单，可是充电时刻较长。国内外也提出了多种快速充电办法，如变电流间歇，变电压间歇，脉冲间歇等。在归纳了各种充电办法优缺点的基础上，文中选用一种双稳态非线性反响机制的慢脉冲快速充电办法。这种办法能够确保充电功率高，电池寿数不受危害。慢脉冲快速充电办法整体规划如图1所示。
慢脉冲快速充电进程分为A、B两段，在A段以恒流慢脉冲充电，在B段以恒压慢脉冲充电。所谓的慢脉冲就是指，在一个较大电流充电一段时刻后总是紧跟着一个小电流的保持态充电，小电流的保持时刻一般是一秒到几十秒，不是毫秒级或许微秒级。选用这种充电形式既能够最大极限的缩短充电时刻，一起又能够削减对电池的危害。
2 充电操控体系的硬件规划
2．1 体系的整体结构规划
完好的充电器体系由电源改换电路和充电操控体系组成，其规划框图如图2所示。电源改换电路规划选用两级结构：一级为APFC改换，将市电220 V改换成380 V直流电压：二级为DC／DC改换，将380 V直流电压改换成电池组需求的充电电压，关于72 V的铅酸电池，其充电电压规模为61～84．6 V。
充电操控体系的电路规划首要包含单片机及其外围电路、电压电流采样电路和PWM波发生电路。操控电路首要完结3个功用：1)对充电器当时的输出电压电流信号进行准确实时采样，并将采样信号一起送至PWM发生器和单片机操控体系；2)操控充电器依照当时设定的输出电压电流值发生占空比可变的PWM波，对开关管进行驱动，完结功率改换；3)在呈现过温，过压、欠压等需求慢维护的毛病时．经过关断PWM输出使得充电电源完结限功率输出或许关断主回路等办法，完结毛病逃避。
2．2 单片机及其外围电路规划
充电操控和监控维护的操控器挑选了NEC轿车级微操控器NEC78F0881，该型单片机其具有指令少、速度快、体积小、输入输出直接驱动能力强等特色。芯片内部首要由32 KB程序存储器和1K B数据存储器、8通道10位A／D转化器、异步串口、三线同步串口、CAN接口、上电复位电路、守时器、及看门狗电路等组成。单片机的外嗣电路首要包含AD采样类型挑选电路和液晶显现电路。
图3为单片机最小体系和看门狗电路规划。选用单片机的P12．4、P4．0别离与X5043的SI、SO相连用于数据的写入或许读出，单片机的P12．3与SCK相连，可编程模仿时钟信号。P4．13与／CS相连，用于片选。
图4为AD转化信号类型挑选电路。因为单片机外围端口规划时只挑选了一个端口作为AD转化端口，电路挑选CD4051芯片作为模仿选通开关，其输出端与单片机的P8．7／ANI7相连。单片机操控选通模仿开关的8个通道，挑选对电压、电流和温度等信号进行AD转化。
图5为液晶显现电路。规划中选用DM12864M汉字图形点阵液晶显现模块作为充电器操控面板的人机交互界面，选用单片机的3线串行通讯接口CSI10与12864液晶进行通讯，P2．9、P3．0和P3．1端口别离与液晶显现模块的R／W、RS和E端口相连。
2．3 电压电流采样电路的规划
电压电流采样电路的首要任务是实时收集蓄电池两头的电压和充电电流值，然后别离送入单片机和PWM波发生电路进行剖析和处理，以得到相应的操控信号，操控主电路MOS管的通断，然后改动充电电流、电压的巨细。具体电路图6所示。
输出电压BAT+经过火压电阻分压，在CD4051的模仿信号输入通道0和通道3别离相应的送入1．25 V的反响电压，根据单片机输入的选通讯号决议输出电压为恒压84．5 V仍是伏压81 V。被选通的反响信号经过低通滤波一起送到硬件操控回路和单片机，为操控算法的剖析、处理、实时维护显现等功用供给根据。直流充电电流是经过霍尔电流传感器收集的。霍尔电流传感器副边输出电流经过串联电阻网络别离在CD4051模仿输入的通道1、通道2、通道4、通道5、通道6、通道7上输入1．25 V的反响电压，根据单片机的选通通道的不同，输出对应通道上的反响信号，一起将其送到单片机的AD采样口和硬件操控回路上。不同的通道选通对应着不同巨细的充电电流值，经过单片机操控器完结慢脉冲快速充电。
2．4 PWM波发生电路的规划
考虑到单片机操控器NEC0881的开支比较大，PWM信号没有经过MCU的捕获比较单元完结，而是选用功用优秀的专用模块SG3525A。电路规划如图7所示。
SG3525A的2脚是差错扩大器的同相输入端，此处设定为1．25V的基准电压，1脚为反相输入端，接CD4051的选通输出电流或许电压采样信号，然后决议差错扩大器的输出，并送至PWM反相输入端，与同相输入端锯齿波电压比较，发生与输出电压／电流相关的脉冲宽度可变的脉冲信号，并经过脉冲分配双稳态触发器、输出电路从第11脚、第14脚发生双脉冲。双脉冲经过阻隔驱动电路波进行电气阻隔和扩大，用以驱动功率MOS管完结功率改换，然后改动充电器的充电电压和电流。SG3525A的8脚由单片机操控，完结敞开和封闭。10脚与硬件封闭PWM电路衔接，在呈现毛病时，封闭PWM输出，维护体系。
3 充电操控体系的软件规划
根据慢脉冲快速充电的操控体系软件规划流程如图8所示。接通电源后，充电器在单片机的操控下进行初始化，包含设定充电办法，查看是否装电池以及电池是否能够充电。满意充电条件后，单片机操控继电器给体系供电，体系待机等候充电启／停操作开端充电。
充电进程首要包含以下几个阶段：恢复性充电、恒流慢脉冲充电、恒压慢脉冲充电、涓流充电。
1)恢复性充电：在充电初期对蓄电池以5 A的电流充电，该阶段完结激活蓄电池内的反响物质，防止大电流充电对蓄电池形成危害恢复性，充电继续大约5分钟；2)恒流慢脉冲充电：经过试验，确认恒流慢脉冲快速充电阶段以50 A电流和5 A电流替换恒流充电，其间3 min的50 A大电流，0．5 min的5 A小电流，本阶段完毕时电池将充至70％左右的电量；3)恒压慢脉冲充电：以稳定的84．6 V电压充电3 min，5 A的小电流充电0．5 min，替换进行，本阶段的完毕的断定根据是蓄电池端电压发生负增量或充电电流逐步减小至5 A以下；4)涓流阶段：最终阶段的小电流充电进程，经过守时操控后，充电进程完毕。
充电流程中选用了如下的优化规划：1)软件抗干扰：A／D收集时，为了进步收集精度，除了采纳一些硬件滤波办法外，程序中还选用了中值法、滑动平均值等办法进行软件滤波；2)线性插值：环境温度和散热器温度的丈量，选用了热敏电阻传感器，微处理器将收集得到的电压值经过查表得到实践温度值，在确保温度值丈量的精度要求下，选用了线性插值的办法，进步了软件的处理速度，减小了ROM存储空间。
4 充电试验成果及剖析
为了研讨恒流慢脉冲充电充电形式下该铅酸蓄电池组的充电情况，进行了恒流慢脉冲的充电试验，该充电形式下首要是验证充电器的快速充电功用。在恒流慢脉冲充电形式下的试验数据如表1所示。
恒流慢脉冲充电试验成果表明：在2．5小时内电池电量为90 Ah，到达电池额外容量的75％，一起在4小时内电池电量为电池额外容量的95％，在该试验的整个充电进程中，充电功率为85％左右，温升为18．5℃。在整个的慢脉冲充电的进程中，充电电源的改换功率曲线如图9所示。
5 完毕语
文中具体论述了车载电动轿车充电器操控体系的充电形式挑选及其软硬件规划。选用多级恒流与慢脉冲充电相结合的快速充电战略，能够完结对铅酸蓄电池快速无损伤充电的需求。该办法能够进步电动轿车的充电质量和充电后行进路程，进步电池使用寿数。跟着电动轿车产业的开展，车载充电器的使用将愈加广泛，商场也将不断扩大。
