一种电动汽车电池智能快速充电器的设计

1 引言

　　电池是电动汽车的关键动力输出单位，在铅酸蓄电池，镍镉电池，镍氢电池，锂电池和燃料电池等几种常用电池中，因为具有能量比大、重量轻、温度特性好，污染低，记忆效果不明显等特点，铅酸蓄电池、镍氢电池在电动汽车中使用很普遍。然而由于充电方法的不正确．造成充电电池的使用寿命远远低于规定的寿命。也就是说很多电池不是被用坏的而是被充坏的，可见充电器的好坏对电池寿命有很大的影响。基于此。本文提出一种使用C805lF040单片机智能充电控制方案的智能充电器的设计，能有效的提高充电效率，延长电池的使用寿命。

2 硬件设计

　　2．1 系统框图

图1电动汽车智能充电器系统框图

　　该电动汽车智能充电器以c8051040F单片机为控制核心，主要包括AC/DC变换器、IGBT功率模块、高频变压器、整流滤波电路、单片机控制电路、脉冲调宽电路以及状态显示电路等。图1是其系统框图。

　　该方案中开关电源的最大输出功率为2．6KW，交流输入范围为l70V-270V，充电器电路主要包括主充电电路和单片机控制电路两部分，整个电路的工作过程为：220v单相交流电经过全桥整流由电容进行滤波．得到约300v左右的直流电．经过由4只IGBT构成的逆变桥，得到高频交流电，经高频变压器耦合到副边．再经过整流管D6，D7整流。最后经过电感L3和电容C7滤波后得到稳定的直流输出。由于采用智能充电，根据不同的电池每个阶段充电电压和充电电流都不同。所以使用cygnal公司的C8051040F单片机作为充电过程控制设备，充电时单片机检测充电电池的充电电流，充电电压，电池温度，防止电路过压和过流。电池温度过高，还可以通过检测电池电压电流值来决定是否在切换到下一个的充电阶段。同时通过单片机给出每一阶段的充电的电压值或是电流值，与采样所得的对应电压电流值相比较。通过移相控制芯片uCC3895改变PWM值来改变功率管的导通时间．达到在不同电池不同阶段得到不同稳定的输出值的目的。

　　2．2单片机控制电介绍

　　充电控制电路采用C8051F040单片机进行数据采集和控制，该芯片是完全集成混合信号系统级芯片(soc)．具有与805l指令集完全兼容的CIP-51内核。它在一个芯片内集成了构成一个单片机数据采集或控制系统所需要的几乎所有模拟和数字外设及其他功能部件。这些外设或功能部件包括：ADC、可编程增益放大器、DAC、温度传感器、12C总线、UART、SPI、定时器、可编程计数器、定时器阵列等。C805lF040单片机采用流水线结构，机器周期由标准的12个系统时钟周期降为1个系统时钟周期，处理能力大大提高，峰值性能可达到25MIPS。内置64K字节的Flash程序存储器和256B的内部RAM及4KB位于外部数据存储器空间的XRAM。C805lF040具有片内JTAG调试电路．通过4脚JTAG接口并使用安装在最终应用系统中的器件就可以进行非侵入式、全速的在系统调试。由于其具有多达8路12位ADc和8路8位ADC．能对来自端口PORTC的单端输入电压、电流进行采样。6通道PWM，片内可编程看门狗定时器．可大大简化单片机控制电路的外围设计和保证了程序的安全运行。ADC负责对充电时电压，电流J2C负责温度数据的采集，PWM输出充电时电压电流的基准值到到比较电路，同时单片机控制开关电源控制模块UCC3895。

　　电压检测电路：电压采样电路由精密电阻和可调电阻构成，由于该单片机AD测量最大设定范围为5V。所以要使电池组电压成比例的缩小在5V范围内．然后利用C805lF040内部的AD转换功能进行转换。单片机在内部计算出电池电压，该电路采用单片机内部自带l2位AD转换．减少了设计电路的复杂性。并提高了可靠性和精度。为了抵抗电气干扰和高压电击．该电路采用高速隔离光藕PC8l7隔离。

　　电流检测电路：一般进行电流采集时在电路中串联一个阻值很小的取样电阻．把取样电阻上的电压输入单片机转换通道，进行A巾转换．再通过计算把电压值转换为电流值。但由于本方案中充电电流较大．使用电阻采样会消耗点较多的功率，因此。本方案使用电流互感器进行电流采样。

　　温度检测电路：温度采样采用温度传感器LM92。LM92是美国国家半导体公司公司出品的单片高精度数字温度传感器。常温下，测温精度可达到正负0．33度。并可与用户设置的温度点进行比较。通过12C总线接口可对该传感器的内部寄存器进行读写操作。其编程容易。使用方便，在高精度温度测量及控温过程中得到广泛应用。

在充电开始前的预处理阶段。根据不同的电池，软件选择相应的充电算法．将通道选择控制字写入C805lF040单片机的方式寄存器PCAOCPMn中．并初始化计数器，定时器的寄存器PCA0和模块捕捉／比较寄存器PCAOCPn。PWM输出信号的频率取决于PCA0计数器/定时器的时基。改变模块捕捉／比较寄存器PCA0CPn的值可改变PWM输出脉冲的占空比。