电动自行车充电器开题报告.pdf

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1、南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)开题报告学学 生生 姓姓 名：名：专专业业 ：设计设计 ( (论文论文 ) )题目题目：指指 导导 教教 师师: :陈小勇学学 号：号：电力电子电动自行车智能充电器的设计 2011年 1 月 11日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述” ）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。 此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给

2、指导教师签署意见；3 “文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内， 学生写文献综述的参考文献应不少于 15篇科技论文的信息量， 一般一本参考书最多相当于三篇科技论文的信息量（不包括辞典、手册） ；4有关年月日等日期的填写，应当按照国标 GB/T 740894数据元和交换格式、 信息交换、 日期和时间表示法 规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。 如 “2010 年 3 月 15 日” 或 “2010-03-15” 。毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）开文）开 题题 报报 告告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000 字左右的文献综述：

3、文文 献献 综综 述述摘要摘要简述我国现在动动自行车发展前景，在研究电动车蓄电池特性及其充电策略的基础上， 提出一种电动车电池的使用和充电方法， 即在使用电池的过程中不必每次都花很长时间将电池充足电，而只花一半的时间(约4h)使电池充电到93左右。同时每隔10-15周期要将电池充足电，即治疗充电。这样可以达到缩短充电时间并保证电池寿命的目的。关键词关键词电动自行车智能充电器应用及前景开关电源1 1国内电动自行车发展概况和市场发展情景国内电动自行车发展概况和市场发展情景据环保部门统计，目前大气污染的42来源于交通运输，随着人们生活水平的提高，汽车保有量会迅速增加， 污染比例也会相应提高， 这将严

4、重破坏和影响人们赖以生存的地面生态系统，世界各国都在提出走可持续发展的道路，由此引发了电动自行车的迅速发展，电动自行车以其价格低、绿色环保、使用安全方便等优点越来越受到消费者的喜爱。评价电动自行车质量好坏的重要参数之一是其蓄电池的使用寿命。 电动车电池的使用寿命， 首先取决于电池的设计和制造水平， 然而使用维护和充电方法也会起到很关键性的作用。 而蓄电池的充电过程对其寿命影响最大。研究表明：过充电，可使蓄电池发热，电解液失水：而充电不足，则可使蓄电池内化学反应不充分，长期充电不足会导致蓄电池容量下降。由此可见，充电器性能的好坏直接影响着蓄电池的使用效果和使用寿命。 为此,开发一种具有自主知识产

5、权,具备适用功率大(100500W)、 性能可靠等特点的电动车用48V(20A h)蓄电池充电器以满足电动自行车发展的迫切需要。 近年来充电器技术来发展非常迅速， 它的发展经历了在研究充电方法对蓄电池寿命影响的基础上，选择合适的控制参数和充电策略，并在硬件上低成本地实现，是电动自行车智能充电器要实现的设计目标.该充电器既能完成快速充电又能对蓄电池进行有效的保护。1 1充电器模式设计充电器模式设计经过长时间试验，在对传统的恒流、恒压、涓流充电模式分析研究的基础上。智能充电器充电策略采用改进的三段充电模式，并优选了充电控制参数。1 .11 .1 恒流充电电流恒流充电电流恒流充电电流。要考虑电池的实

6、际容量、内阻、以及对充电时间的要求等多项因素，电流的大小决定着充电时间的长短，使用小电流充电的好处是：有利于电池在使用较长时间后，保证充电质量，以及夏天充电时，使单位时间内产生的热量降低，减少热失控，有利于降低输出功率，减少充电器的制造成本。但是过小的电流又会影响到充电的时间，经过调查发现，电动自行车在使用12V、10Ah、2C标称铅酸蓄电池时，充电电流设置为015025C，实际恒流充电电流设计为2A。1 .21 .2 恒压充电电压恒压充电电压恒压充电电压。它是比恒流充电电流重要得多的参数，因为它不能像恒流充电电流那样，在较宽范围内调整，确定这个参数首先需要兼顾被充电池的以下情况：电池在充电时

7、，正极上的析氧速率与施加的充电电压成正比，当氧的析出大于还原时，产生水化；当用户使用中不能及时充电，会导致电池硫酸盐化。提高充电电压是解决硫酸盐化的常用方法，但较大提高充电电压又会产生失水。因此，在设计恒压充电电压时，同时要考虑抑制失水和抑制硫酸盐化两个问题。1 .31 .3 涓流充电电流涓流充电电流涓流充电电流。以恒压充电阶段中，电流的变化为参数，当电流小到某一设定值以下时，充电器切换到涓流充电阶段，充电电流会随着充电过程逐渐减小，当小到一定程度，电流将会恒定， 不再下降， 此电流是与环境温度高低及电池新旧程度有关的动态值。 涓流充电电流的值，可忽略环境温度影响，设置成50mA定值。定时停止

8、涓流充电。较长的涓流充电时间，使得电能向化学能转化效率变低，电能主要用于电解水。因此从涓流充电开始定时，延时一定时间后停止涓流充电，以在保证电池充满的前提下，从根本上杜绝电池热失控的发生。2 2系统初步设计系统初步设计2. 12. 1 硬件设计硬件设计（1）变压器的选择变压器的选型时根据其视在功率来确定的， 其单位是伏安， 在本文所设计的智能充电器中，它的原边电压是直接连接交流电源的，取其 220V，副边是连接蓄电池的，由蓄电池的电压来决定，选择 48V，电流的大小根据查阅资料如下：充电电流应大致定在 22551 A 之间，平均为 3675A。为了安全，选择平均最大电流 5.1A，由此可以初步

9、估算出所选变压器的容量在为 250W 左右，选择 SD250W-59V-2.5A 的变压器（2）安规电容的选择安规电容是指用于这样的场合，即电容器失效后，不会导致电击，不危及人身安全. 安规电容安全等级 应用中允许的峰值脉冲电压。根据 IEC 60384-14，电容器分为 X 电容及 Y 电容。X 电容是指跨于 L-N 之间的电容器。Y 电容是指跨于 L-G/N-G 之间的电容器。X 电容底下又分为：X1 耐高压大于 2.5 kV, 小于等于 4 kV； X2 耐高压小于等于 2.5 KV； 3. X3 耐高压小于等于 1.2 KV。 Y 电容底下又分为 Y1, Y2, Y3，Y4, 主要差别

10、在于: Y1 耐高压大于 8 kV；Y2 耐高压大于 5 KV；Y3 耐高压大于 4KV.；Y4 耐高压大于 2.5 KV。所以此处可以选择 Y4 安规电容(3)框架图的初步构思充电器是专门针对铅酸蓄电池设计的。 传统的蓄电池充电器采用电流电压负反馈的方法来达到恒流恒压充电的目的， 为了实现充电过程各种工作参量的实时监测及智能多段式充电策略的精确控制，引入电流电压反馈环，应用单片机及相应的控制电路，其硬件结构框图如下所示。2. 12. 1 软件设计软件设计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1

11、0s检测一次电压和电流；每隔20s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，如下图所示。3 3总结总结该文设计的过度放电预充、恒流快充、恒压涓充、智能控制的充电方案，能很好地解决电动自行车用电池在充电过程中存在的过充电、 充电不足和发热等问题。 由于电路具有内外环控制，符合最优控制规律，最具有过流、过压和超温保护功能.该充电器能够对充电过程进实时监测与控制，使充电过程按设定的理想充电曲线进行。参考文献 1李功燕材料声阻抗高精度重建关键技术的研究D. 杭州：浙江大学，2004 2 刘美俊基于单片机通用智能充电器设计J仪表技术与传感器，2

12、006， 3朱松然蓄电池手册M天津：天津大学出版社，19984 特能. 违反安全的电动自行车充电器不能滥用.期刊论文电动自行车 2007（10） 5 彭军传感器与检测技术M西安：西安电子科技大学出版社，2003 6 刘胜利现代高频开关电源实用技术M北京：电子工业出版社，2001 7沙古友新型单片机开关电源的设计与应用M北京：电子工业出版社，2001 8 赵德安,刘星桥.4kW便携式智能蓄电池充电器的研制J北京：农业机械学报，2003 9 蔡纯洁,邢武.单片机原理和应用.合肥:中国科学技术大学出版社 10 李序葆，赵永健.电力电子器件及其应用.北京:机械工业出版社 11 张占松,蔡宣之.开关电源

13、的原理与设计.北京:电子工业出版社 12 姜绍信,铅酸蓄电池的快速充电.天津:天津科学技术出版社 13李霞,唐景林,王丽薇,高明.包覆挤压复合区长度的模拟与试验分析期刊论文-塑性工程学报 2009(1) 14吴芳,从废旧锂离子二次电池中回收钴和锂期刊论文-中国有色金属学报 2004(4) 15刘斌,马晓平,王和平,周康生.小型电动无人机总体参数设计方法研究期刊论文-西北工业大学学报 2005(3) 16傅联云,电动车用 48 V(20Ah)蓄电池充电器的研究 杭州科技职业技术学院 2005 年第 22 卷第 9 期毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）开文）开 题题 报报 告告本课题要研究或解决

14、的问题和拟采用的研究手段（途径） ：研究该课题所要解决的关键问题：（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。经过大量的数据查证表明，对于放电深度为80100的蓄电池，充电电流定在0204A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。按照常用经验，普遍认为，该充电电流设置为0150.3对蓄电池比较合适。电动自行车用48V(20Ah)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1517A h。 因此， 依据该经验看法， 充电电流应大致

15、定在2 255 1 A之间， 平均为3.675A。（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入的了解，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5555.6 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。（3）蓄电池是否充满的

16、判断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。本课题拟采用的研究手段（途径） ：1、采用 Protel 进行电气原理图的绘制。2、运用所学的开关电源知识，对电路中全桥整流、进行初步的估算。3、通过以往实习的技术然后根据电气原理图对器件的焊接。4、将实物进行调试，验收。5、用硬件连接出所设计的电路，并将所设计的电路用PROTEUS 软件画出原理图及制板图。毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）开文）开 题题 报报 告告指导教师意见指导教师意见：1对“文献综述”的评语：2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：指导教师：年月日所在专业审查意见：负责人：年月日