多功能車用智能充電電源控制系統(tǒng)

秦國花（中山市鷹飛電器有限公司，廣東中山，528463）

?

多功能車用智能充電電源控制系統(tǒng)

秦國花
（中山市鷹飛電器有限公司，廣東中山，528463）

摘要：多功能車用智能充電電源系統(tǒng)有充電、展廳和編程電源三種工作模式。系統(tǒng)采用Atmega32單片機作為系統(tǒng)的控制芯片，開關(guān)電源作為系統(tǒng)的充電電源，通過對實時充電電流和充電電壓的監(jiān)測，驅(qū)動功率器件，實現(xiàn)不同工作模式下對電壓電流不同需求。

關(guān)鍵詞：多功能；充電模式；UC3846；單片機控制

0 前言

所謂多功能車用智能充電電源是指系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶的需要自主選擇充電方式、設置充電電壓，以滿足不同場合不同車輛對充電電源的不同需求。同時在充電過程中，系統(tǒng)實時監(jiān)測并分析充電電流和充電電壓，自動生成最佳充電曲線。另外系統(tǒng)的自我保護程序可以識別過壓、過流、過熱和電池反接等錯誤操作。

1 工作模式

多功能車用智能充電電源有三種工作模式：充電模式、展廳模式和編程電源模式。充電模式就是對車用蓄電池進行充電。根據(jù)美國科學家馬斯提出的以最低出氣率為前提的蓄電池可接受充電電流曲線，系統(tǒng)采用三段式充電模式：首先恒流充電，用大電流對電池進行快速充電以補充電池電能。恒流充電的初期，電流緩慢上升，由0.2A上升到系統(tǒng)設定電流值，降低蓄電池的析氣量，提高蓄電池對電能的接受量。另外由于大電流充電過程中蓄電池容易產(chǎn)生大量氣體和熱能，系統(tǒng)采用間歇式恒流充電法，即對蓄電池進行周期性的充電—停充，這樣可以有效減少蓄電池的析氣量，減緩電極的極化，提高電池電量的接受率。當系統(tǒng)監(jiān)測到電池端電壓上升到系統(tǒng)設定的臨界值時，電池進入充電過程的第二階段，恒壓充電。恒壓充電是對恒流充電的補充充電，根據(jù)馬斯提出的充電曲線，隨著蓄電池端電壓的升高，充電電流按指數(shù)規(guī)律下降，這個階段充電電流會緩慢下降，當電池對充電電流的接受能力降到2A時，系統(tǒng)進入第三階段，浮充電，也叫涓流充電，即恒壓小電流充電模式，主要作用是補充蓄電池自放電所消耗的能量，使電池充到滿容量，同時對電池起一定修復保養(yǎng)作用。該階段充電電流很小，當系統(tǒng)檢測到充電電流低于0.2A時，會自動停止充電，并發(fā)出提示。

系統(tǒng)的第二種工作模式是展廳模式。當系統(tǒng)工作在展廳模式時，可以完全代替汽車的蓄電池。在汽車4S展廳中擺放的汽車由于經(jīng)常需要啟動發(fā)動機，打開影音、儀表、燈光、防盜系統(tǒng)等用電設備，對蓄電池的損耗比較大，同時因為汽車長期放在展廳，沒有對蓄電池進行有效充電，電池將會嚴重饋電，進而嚴重縮短電池的使用壽命，使用該系統(tǒng)的展廳模式可以有效地保護新車的蓄電池，使得電池總是在滿電狀態(tài)下，有效的延長了電池的使用壽命。

編程電源模式是系統(tǒng)的第三種工作模式，在這種工作模式下，系統(tǒng)可以提供穩(wěn)定的電壓可調(diào)的大功率直流電。根據(jù)不同的電池進行長時間的供電。

多功能車用智能充電電源系統(tǒng)還有一個隱藏的工作模式，即修復模式。在充電模式下，當系統(tǒng)檢測到蓄電池出現(xiàn)故障，會啟動警報程序，并提示是否需要進行修復，當人工確定需要修復時，系統(tǒng)開啟修復模式。由于蓄電池的大部分故障是由電池電極的硫化引起，因此在修復模式下，系統(tǒng)采用恒壓大電流脈沖式輸出，長時間作用于蓄電池，以完成對蓄電池的修復，如果一定時間后，蓄電池的狀態(tài)沒有任何改變，則判斷電池報廢。

2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括主控制電路，LCD液晶顯示及人機接口電路，保護電路，A/D數(shù)據(jù)采集電路和開關(guān)電源驅(qū)動電路。

多功能車用智能充電電源控制系統(tǒng)采用Atmel公司的8位AVR微處理器Atmega32作為主控芯片，該處理器使用簡單、功能全面，能同時滿足系統(tǒng)對AD轉(zhuǎn)換精度和數(shù)據(jù)處理速度的要求。

保護電路的主要作用是保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和安全性，包括過電壓保護，過電流保護，過熱保護和蓄電池反接保護。如圖2所示V+、V-分別為充電電源的正負極，當蓄電池反接后，由于蓄電池本身是帶電的，圖中的光耦導通，Error1信號由低電平變?yōu)楦唠娖?，系統(tǒng)檢測到Error1高電平信號，即發(fā)出警報，給出提示。在充電模式下，如果所接蓄電池由于深度放電或是故障導致端電壓過低，不足以驅(qū)動光耦，導致系統(tǒng)無法判斷電池是否反接，系統(tǒng)就會根據(jù)過低的電池端電壓而禁止開關(guān)電源驅(qū)動電路的輸出，系統(tǒng)進入保護模式。

圖2 電極反接檢測電路

A/D數(shù)據(jù)采集電路包括充電電壓和充電電流的采集。系統(tǒng)輸出的電壓經(jīng)過電阻分壓后，將信號傳遞給主控制電路，處理器對其進行AD轉(zhuǎn)換，并按照一定比例計算得出系統(tǒng)的輸出電壓。充電電流的讀取則由霍爾傳感器進行采集。為了提高對電流數(shù)據(jù)的讀取精度，系統(tǒng)使用了大小兩個量程的霍爾傳感器分時工作，這樣系統(tǒng)可以更準確的分析充電電源的工作狀態(tài)，動態(tài)調(diào)整充電曲線。

系統(tǒng)的充電電源為高頻開關(guān)電源，它具有體積小、重量輕、高效節(jié)能等優(yōu)點，最重要的是開關(guān)電源動態(tài)響應時間短，控制速度高，能及時對系統(tǒng)的要求做出反應。系統(tǒng)發(fā)送命令給D/A轉(zhuǎn)換芯片，輸出0-4V的可調(diào)電壓，來調(diào)節(jié)電流模式集成芯片UC3846的輸出PWM脈寬，實現(xiàn)對主電源電路的控制。UC3846可以通過數(shù)字PI實現(xiàn)電壓電流雙環(huán)控制。其具體操作是，系統(tǒng)根據(jù)當前工作狀態(tài)生成選通信號，來控制電子開關(guān)選擇PI控制環(huán)。如圖3所示，在恒流充電階段，通過電流反饋，形成電流PI調(diào)節(jié)實現(xiàn)恒流控制；在恒壓充電階段，通過電壓反饋，形成電壓PI調(diào)節(jié)實現(xiàn)恒壓控制。

圖3 UC3846雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖

3 系統(tǒng)程序控制結(jié)構(gòu)

多功能車用智能充電電源系統(tǒng)的軟件控制模塊包括：主程序模塊、LCD液晶顯示及按鍵模塊、系統(tǒng)故障掃描模塊及充電電源驅(qū)動模塊。系統(tǒng)主程序工作流程如圖4所示。

LCD液晶顯示及按鍵模塊作為人機交互接口，對內(nèi)下達用戶操作命令，對外顯示系統(tǒng)各種信息，包括實時充電電壓和充電電流，各種報警信息等。

在系統(tǒng)整個工作過程中，系統(tǒng)故障掃描模塊會一直對系統(tǒng)的錯誤反饋信號進行監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)充電電源系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤，系統(tǒng)會立刻啟動錯誤處理程序，中止輸出，進入保護模式。在保護模式下，LCD液晶屏上將顯示錯誤信息，并啟動蜂鳴器報警。系統(tǒng)的錯誤識別包括：過壓、過流、過熱，蓄電池電極反接，充電過程中蓄電池斷開等。

系統(tǒng)的充電電源驅(qū)動模塊主要采用恒壓恒流雙環(huán)PI算法控制系統(tǒng)的各個有功率器件的驅(qū)動輸出。開始工作前，系統(tǒng)根據(jù)用戶設定的參數(shù)值，初步給出驅(qū)動電壓值，在工作過程中，系統(tǒng)根據(jù)A/D信號采集反饋的數(shù)據(jù)結(jié)合用戶的設定值，動態(tài)調(diào)整相應的輸出數(shù)據(jù)，通過DA轉(zhuǎn)換芯片，生成相應的電壓值來調(diào)節(jié)UC3846輸出PWM的脈寬。

圖4 系統(tǒng)主程序流程圖

4 結(jié)論

多功能車用智能充電電源采用高頻開關(guān)電源技術(shù)和單片機控制系統(tǒng)，不僅減小了設備的體積，降低了系統(tǒng)的能耗，還拓寬了該系統(tǒng)的使用范圍。系統(tǒng)不僅可以應用在蓄電池充電上，還可以替代蓄電池作用展廳汽車的備用電，還能作為一定范圍內(nèi)的可調(diào)直流電源，其應用范圍廣，使用效果好，可以大力推廣使用。

參考文獻

［1］楊彥兵，李輝，劉曉丹，基于單片機的雙閉環(huán)控制智能充電器研制［J］《電源技術(shù)》，2014，38（2）：307-309.

［2］徐美華，耿宇翔，鄭昌陸，礦用蓄電池智能充電機的設計與實現(xiàn)［J］《制造業(yè)自動化》，2014（21）：122-126.

［3］錢良國，劉長寅.智能充電技術(shù)和智能充電機［J］《蓄電池》，1999（12）：44-46.

［4］劉寶泉.智能充電器設計與實現(xiàn)《西北工業(yè)大學》，2004.

Intelligent charging power supply control system for multifunctional vehicle

Qin Guohua
（Zhongshan Eagle-Fly Electrical Appliance Co.，Ltd.，Zhongshan Guangdong，528463）

Abstract：Multifunctional automotive intelligent charge power supply has three work modes:Charging，Showroom and Programming.It uses Atmega32 SCM as controller，uses the switching power supply as the charging power supply，adjusts the power devices according to the monitoring results of the real-time charging current and voltage，to satisfy different current and voltage requirements under different work modes.

Keywords：multi function；charging mode；UC3846；single chip microcomputer control