基于半桥电路的48V3A电动自行车充电器设计

2电动车自行车蓄电池及其充电方式介绍

2.1 电动车的蓄电池

作为电动车动力的来源，蓄电池得到了很不错的发展，由于各个厂家的生产方式不同，市场上的蓄电池种类也是各有不同。目前常见的蓄电池主要有5种，分别是：铁镍、镉镍、铅酸、氢镍和锂二次电池。我们较常使用的是铅酸电池，占有市场的65%；其次是镉镍电池，占有 30%的市场，而剩下的5%则是铁镍电池和其他电池。

在充放电时，蓄电池内部会发生很多化学反应。以铅酸电池为例，铅酸电池工作时，有在正极板上发生生成二氧化铅的氧化反应，还有在负极板上发生生成铅单质的还原反应，两个反应都是可逆的化学反应。我们可以把它看成是一个有着二氧化铅组成的正极和一个有很多孔的铅构成的负极（海绵状铅都浸入在硫酸的水溶液中，在硫酸的水溶液中发生了以上的所有反应，从而构成了蓄电池。因为上述的反应都是可逆的，他们分别对应了蓄电池的充放电过程，所以我们就可以利用这个原理对它进行充电，让蓄电池经过充电之后能重新达到满电的状态，使之能再次放电。综上所述，我们得到了蓄电池的重要特性，那就是它能反复的充电和放电。

由于蓄电池在充电时会发生放热过程而导致其温度升高，所以在对其充电时必须要注意充电的温度，防止温度过高而导致电池烧毁，严重的可能还会引发安全问题，不容忽视。正常情况下蓄电池充电温度控制在15~30℃较为适宜，温度低于10℃或者超过了40℃，充电效果都不好。除此之外充电器充放电电流的大小和及充放电方式都要考虑进去。

充电器的充电的电压、充电方式以及充电结束后蓄电池应该达到的最终电压，都要依据蓄电池的极板结构和材料来确定。不同厂家生产的蓄电池就算规格相同、型号也相同，但是由于生产工艺上的差异，使得它的性能也有很大的差异，所以，充电器并不能通用，必须相配套使用。 2.2 电动车蓄电池充电方式

我们要求所设计的充电器能够自动转换充电方式，而且具备保护功能。同时，能根据电池充电时的特点，自动选择最优的充电方式，以达到安全高效的目的。充电方式主要由以下几种： 2.2.1 恒流充电

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恒流充电的电路图如图2?1所示。所谓恒流充电就是在充电过程中始终保持电流的值不变，用恒定的电流给蓄电池充电，那么问题来了，选择多大的电流合适呢？我们往往要求缩短充电时间，而解决这个问题最直接的方法就是增大充电电流，然而充电电流过大会使得电池的温度过高，存在极大的安全隐患；而小电流充电，能够缓慢平稳的对电池进行充能，有利于对电池的保护和保证充电质量，并且其充电时放热较少，所以即使在夏天温度比较高时，也不会使电池的温度过高，这对电池的使用时很有利的，但是因为电流太小而使得长充电的时间太长，这会在我们的日常使用中造成不便，所以在使用恒流充电时，我们要综合考虑电池的容量和使用环境来选择适合的充电电流。

图2-1恒流充电的电路图

2.2.2 恒压充电

恒压充电电路图如图2?2所示。恒压充电即是以恒定不变的电压对蓄电池进行充电，而这个电压是一个非常重要的参数，因为它的确定条件较严格，因为它不能能在比较宽范围内进行调整，所以在确定这个参数时，我们往往要考虑更多的因素，在充电过程中，当蓄电池氧的析出大于还原时，将会发生水化反应；而在充电过程中，因为某些原因（比如电压过低）不能及时充电时，则会使蓄电池发生硫酸盐化。这些问题在选择恒压充电时都要充分的考虑，电压过大会引起蓄电池失水而电压过低又会导致蓄电池出现硫酸盐化。所以，在选择充电电压时，我们要考虑电池的实际情况，选择适合的电压，以避免失水和硫酸盐化的发生。

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图2-2恒压充电的原理图

2.2.3 浮充法

浮充法的原理图如图2-3所示。浮充法分实质是充电很小，主要是在蓄电池快充满时使用，因为电流很小，当蓄电池处于满电状态时，充电器不会对其进行充电，当蓄电池将满不满时，充电器将会给电池充电，从而保证蓄电池的电量充满。这种有备无患的充电方式对电池的保护有着非常重要的作用，所以在蓄电池的充电设备中得到了很广泛的应用。

图2-3浮充法原理示意图

2.2.4 涓流充电

涓流充电的原理理示意图如图2?4所示。涓流充电相比于前面的恒压、恒流充电方式要复杂一些，其充电的时间不是很长，充电状态不是固定的，往往要根据恒压充电电流的变化而选择是否采用涓流充电，当恒压充电电流减小到我们的预设值以下时，充电器自动采用涓流充电方式，此时充电电流也会随着充电时间的延长而慢慢减小，当它小到一定值时，电流将不再变化，此时的电流值并不是一个固定值，而是与环境温度和电池的实际情况而变动的一个动态值，为了便于设置涓流充电过程结束的时间，我们忽略了其他因素的影响，设置为电流50mA

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定值。涓流充电虽然对电池具有不错的保护作用，但并不是充电时间越长越好的，涓流充电时间的太长，会因大部分电能用于水的电解，使得电能的转化效率变低。为了不浪费电能，提高电能的转化率，我们必须从涓流充电一开始就定时，在达到预定的充电时间后就立刻停止涓流充电，这样能避免热失控的发生，同时也能保证电池能够充满。

图2-4涓流充电原理示意图

2.3 分阶段充电法

为了实现在充电和对蓄电池的保护功能，我的设计选择了分段充电方式。刚开始充电时采用较大的电流对其充电，当蓄电池快要充满时采用涓流充电方式，慢慢的给电池充电，使之缓慢平稳的充满。这样就能快速给蓄电池充电，并且充电同时能够对保护蓄电池。分阶段充电的各个阶段如下：

第一阶段：使用恒流充电方式。以较大的电流（3.0A±0.2A）对蓄电池充电，这时充电电压会逐渐上升至45V，使充电时间大大降低。

第二阶段：使用恒压充电方式。在恒流充电持续一段时间后，结束恒流充电而采用恒压充电方式，此时充电电压从45V逐渐上升至（48±0.1）V，同时充电电流逐渐降至（0.35±0.1）A，避免失水和硫酸盐化的发生，保护蓄电池的正常。

第三阶段：使用浮充充电方式。当蓄电池快充满时，采用浮充充电方式，此时恒压充电电压是（43±0.1）V，以很小的浮充电流（0.35±0.1）A充电，保证蓄电池能够充满电。

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