电动车用48V （20A?h）蓄电池充电器的研究

慢上升，当蓄电池电压上升到能接受大电流充电的阈值时则转入恒流快速充电阶段。

(2)恒流快速充电( T1 - T2 )

该阶段充电电流保持恒定，蓄电池电压上升较快，当电压上升至均衡充电压阈值时，则转入恒压均衡充电阶段。

(3)恒压均衡充电( T2 - T3 )

该阶段充电电压保持恒定，蓄电池容量快速恢复。充电电流逐渐减小，当电流下降至某一阈值时，自动转入浮充电阶段。

(4)浮充电( T3 - )

该阶段主要用来补充蓄电池自放电所消耗的能量，此时标志着充电过程结束。

2. 2 关键技术

2. 2. 1 恒流充电电流的选择

充电过程中包含两个恒流充电过程：涓流短时充电和恒流快速充电。

涓流短时充电电流的选择应该根据蓄电池的剩余电量进行选择。经过大量的实验研究表明，对于放电深度为80% ~100%的蓄电池，充电电流定在0. 2~0. 4A比较合适。

恒流快速充电电流的选择要综合考虑蓄电池容量、内阻、对充电时间的要求、制造成本等多方面因素。按照应用经验，普遍认为，该充电电流设置为0. 15~0. 3 C对蓄电池比较合适。电动自行车用48V (20A·h)铅酸蓄电池时采用的是20℃标称，但是实际容量往往只能达到15~17A·h.因此，依据该经验看法，充电电流应大致定在2. 25~5. 1 A之间，平均为3. 675A.

有设计者认为减小充电电流具有3个方面的优点： (1)可以使单位时间内产生的热量降低，有利于在蓄电池的使用寿命末期和夏季保证充电质量;(2)可以减少极化(欧姆极化、浓差极化、电化学极化)现象的影响，有利于冬季充电; ( 3)可以降低充电器的输出功率，制造成本下降。但是也有设计者认为，电动车用蓄电池以较大电流短时间放电，充电接受率高， 所以可以增大充电电流(甚至推荐为5A)以提高充电速度。

通过对浙江天能、浙江超威、英国IBT和日本松下等电动车用48V ( 20A·h)蓄电池进行了长期的可靠性实验。在充电时，采用平均值为3. 5A并根据环境温度动态小幅度调整的恒流快速充电电流，蓄电池没有明显发热，充电过程稳定可靠。

2. 2. 2 恒压充电电压的选择

恒压充电电压的选择非常关键，因为它不能在很宽的范围内调整。确定这个参数不但需要对蓄电池有较为深人的了解，还需要对充电策略等因素进行考虑。

蓄电池在充电时，正极上的析氧速率与施加的充电电压成正比，而氧传输到负极并溶解在负极表面液膜中进行还原的速度受到限制，即氧的析出快于还原时，复合效率就下降，造成失水。通常情况下， 48V 阀控铅酸蓄电池的浮充电压设置在55 -55. 6 V,可以保证蓄电池长期处于充电状态且极少失水。循环使用蓄电池最高充电电压为58. 8V,如果超过就会使复合效率急剧下降，从而影响电池的使用寿命。

2. 2. 3 蓄电池是否充满的判定

对蓄电池在充电过程中是否已充满的判断是充电器的重要指标。如果蓄电池未充满而错判为充满将导致蓄电池欠充;反之，则将导致蓄电池过充。这两种情况都会严重影响蓄电池的寿命。目前判断蓄电池是否充满的控制准则有：定时控制、电压控制(包含最高电压、电压负增量、电压零增量等)、温度控制(包括最高温度、最高温升、温度变化率等)、电流控制(包含最小电流、电流变化量等)、动态内阻控制等。

在实际应用中，如果以单一的控制的方式都将不可避免地存在缺陷。比如，在恒压均衡充电过程中，电压保持恒定，电流会随着充电的进程逐渐减小，当小到一定程度电流将会恒定，不再下降，这时的电能向化学能的转化效率已经很低，电能主要用于电解水，一般认为这个电流为蓄电池恒压均衡充电的残余电流。然而，残余电流的大小将随着环境温度的变化而变化，也就是说残余电流是一个受内、外界多重因素影响的动态值。若没有温度控制，最高充电电压和切换电流都只能设置成定值，而这个定值无论如何设置，都只能在一个相对较小的范围内成为最佳设置。为此，设计的充电器通过对电压、电流、温度等工作参数进行实时检测，并按模糊理论的评判规则对这些参数进行综合分析，从而确定蓄电池是否充满。

2. 3 软件架构

P IC16C712单片机的软件模块主要完成对传感器的输入信号进行采集、对电源专用芯片UC3875进行控制、对异常进行处理等工作。在设计过程中，软件系统每隔10 s检测一次电压和电流; 每隔20 s检测一次温度。如有异常，系统将通过LED提示用户出现何种异常并采取相应的保护措施。整个系统的软件架构，如图5所示。

图5 软件架构

3 结 论

对充电器样机进行的测试表明蓄电池充电器具有如下特性：

(1)输入电压： 220 Vac;

(2)输出电压： 40~60V;

(3)输出电流： 10A;

(4)功率因数： > 0. 99;

(5)充电噪声： 20dB;

(6)充电时间：