机械电子工程专业学生
指导教师
摘要：本课题综合应用所学的电路、电子技术、模拟电子线路的理论知识，深入学习及实践操作，提出并设计出一种智能控制电路。通过对充电器的充电及工作原理的分析和电路的设计，并实际调
充电注意事项，电动车用铅酸蓄电池充电过程和充电曲线，综合运用开关电源技术，开发了一款基
于UC3842和LM358的智能充电器，该充电器能够对蓄电池进行很好的监测与控制，从而在达到快速
充电的同时又能够有效的对蓄电池起到保护作用。充电过程分涓流充电、快速充电、均充电、浮充
电四个部分。主电源部分采用光电耦器PC817控制集成芯片UC3842中误差放大器的输入误差电压，
实现稳压充电。恒流电路实现对锂电池恒流充电。该方案不仅可实现快速充电，同时可以减少析气，
消除硫化，进行均衡充电，从而大大地延长了铅酸蓄电池的使用寿命。
关键词：智能；锂电池充电；开关电源；UC3842
Design of Intelligent Electric Bicycle Charger
Student majoring in mechatronic engineering
绿源电动车价格表Tutor
Abstract：The circuit, electronic technology, analog electronic circuit theory knowledge comprehensive application of the theory, in-depth study and practice, put forward and design of an intelligent control circuit. Through the design analysis and the charging circuit and working principle of charger and the actual debugging, to strengthen and acceptance of switching power supply products, cognition, based on the electric bicycle, based on the investigation of lithium battery charging notice, lithium batteries for electric vehicle charging process and charging curve, the integrated use of switch power supply technology, development a intelligent charger based on UC3842 and LM358, the charger to the battery well monitored to control, which can effectively protect the battery work at the same time achieve rapid charging. The charging process of trickle charging, fast charging, charging, charging four parts. The input error voltage photoelectric coupler PC817 control error amplifier integrated chip UC3842 in the main power supply portion, to achieve voltage regulation. The constant current circuit of constant curre
nt charging lithium batteries. The scheme not only can realize the fast charge, also can reduce the gas evolution, eliminate sulfide, balanced charge, thereby greatly prolonging the service life of the lead-acid battery.
Keywords：Intelligent; Iithium battery; Switching power supply; UC3842
引言
电动车由于内燃机工业的逐渐成熟、相关周边设备的发明，使得其制造与生产一直处于停滞状态。直到最近几年，随着油价的不断上涨和人们对环保的意识增强，使用高效、清洁的能源来取代以油的领导地位已成为社会发展的必然趋势。拜近代科技与电子工业发达之赐，电动车产品已不若百年前的电动车一般，除了在电池科技有大幅的进步以外，在车辆的动力控制上亦将能源作有效的分配与撷取，以使得车辆功率与续航力大增，直逼一般内燃机车辆的水准。然而由于内燃机车辆的发展亦有近百年的历史，其实用性与普遍性不容质疑，成为我们生活中不可或缺的一部份。如何在目前数以亿计的内燃机车辆世界中，说服人们放弃原有的使用观与价值观，改用以无污染的电动车辆，并成为主流车种，实为一段艰巨又漫长的路。电动车辆无法在短时间内取代原有内燃机车种的最主要原因不外乎以下三项：
1) 车辆的价格：由于电动车的发展尚在起步阶段，许多研发的成本加上制造的数量，均无法与年产百万的大汽车厂相比拟，因此在购车成本上亦相对提高。
2) 车辆的性能：由于目前并未发展出成熟性的高效率电池，以提供车辆装载大功率马达、提升整体续航力及短时间的能源补充等，因此仍无法与一般机动车辆的性能互相抗衡。
3) 能源的补充：电动车辆补充能源的唯一方式为充电，但是相对地充电设备必须与目前的加油站相当，具有一定的商业规模，并配合高效率电池的开发，降低充电的时间，方能符合现代生活的需求。
除此之外，电动车辆大量生产后，车上零组件的回收问题，尤其是电池，更成为未来环保工作上必须面临的重要课题。有鉴于此，目前在发展电动车辆的同时，即应将周边设备与社会规模同时考量，逐步推广以鼓励民众购置，并规划长期目标，以避免空气污染改善完成后，另一种形式的污染问题又产生。
电动自行车是集蓄电池技术，电力电子技术，电动机技术和精密传动技术于一体的新型特种自行车，因其无污染，低噪音，低能耗，占道少，方便快捷等特点而成为国际上流行和大力推广的绿私人交通工具，其价格低、绿环保、使用安全方便等优势更是受到广大消费众的喜爱。中国已成为全球电动自行车的制造、消费大国，目前平均每四户居民家庭中就有一辆电动自行车，电动自行车已经成为城乡人民生活中的一种重要的消费品。面对世界金融危机的挑战，电动自行车产业依然保持了平稳发展，以此足以说明，电动车的发展前景可期。在我国，电动汽车动力电池是铅酸电池，这主要是由于铅酸蓄电池具有技术成熟，与负载输出特性良好，无记忆效应，电池容量大，成本低等优点。当然，也有一些高性能电池，比如锂电池、燃料电池等。铅酸电池是现今为止世界上广泛使用的一种无机化学电源，该产品
具有良好的可逆性、电压特性平稳、使用寿命长、适用范围广、原材料丰富及造价低廉等优点而得到了广泛的使用，同时也是社会生产经营活动中不可缺少的产品。
电动自行车有五大部件组成，即：电机、控制器、电池、充电器和车架。其中充电器更是电动自行车的重要部件。现在市场上的电动自行车多种多样，常见的种类有：按驱动传动方式分为摩擦轮传动、中轴链轮传动型和轮毂驱动型。其中轮毂驱动型的优点是设计合理、结构紧凑，体积小，重量轻，传动效率比前两种都高，是目前多数电动自行车所选用的驱动方式。按驱动电机类型分有刷直流电机型和无刷直流电机型。按配备的附属装置分豪华型和经济型。按自动化程度分为标准型：它即可以脚踏车，又能电动驱动助行，主要通过手把人为控制电动自行车在20Km/h以内任意改变行驶速度；智能型：在标准型的基础上，通过提高控制系统的智能化使车辆根据其行驶的速度自动调节驱动电机的输出功率，或者是车辆的控制系统能依据骑车人的骑行力的大小自动控制电池输出电流的强弱，从而实现人力与电力助行的极佳配合。这样即延长了行驶里程及电机寿命、省力节电，又尽可能地避免因行驶速度过快而引发的交通风险。除了上述分类外，电动自行车采用的蓄电池目前大致有密封式免维护的铅酸蓄电池和镍氢电池两种。前者虽然重量上不十分理想，但容量大、无记忆效应、而且价格低廉，是目前大多数电动自行车的主要动力源；后者容量大、无污染、也无记忆效应，但其价格很高，不易普及。
当今电动自行车有一重大缺点便是蓄电池寿命短、容量小，导致电动车行程短，频繁更换蓄电池，造成不必要的消费。电动车的好坏与质量的评价标准之一便是蓄电池的使用寿命与蓄电程度。由于蓄电池充
电方法不合理，使蓄电池寿命大大缩短。电池充电过程对电池寿命影响较大，也就是说，绝大多数的电池不是用坏的，而是充坏的。传统充电器的充电策略比较单一，只能进行简单的恒压或者恒流充电，以致充电时间很长，充电效率降低。除此之外，充电即将结束时，人们往往忘记将充电器拔下，继续充电，时间太长久，电池发热量很大，从而造成电池极化，影响电池寿命，很可能导致电池无法再次使用，出现鼓包、流水等现象。由此可见，一个性能良好的充电器对电池的使用寿命具有举足轻重的作用。它不仅可以延长蓄电池的使用寿命、节约有限的资源，同时也能够降低电动自行车用户的经济投入。
电动自行车智能充电器设计的目标就是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充电时充的合适，然后再转以小电流慢充其电池，使家用蓄电池被充坏的程度降到最低。
1 充电器
1.1 充电器的分类
为确保电动自行车有足够的功率正常行驶，就必须对蓄电池消耗减少的电能进行有效地补充。充电器是电动车五大核心部件之一，它的质量好坏将直接影响蓄电池的使用寿命。目前市售电动自行车充电器有正负脉冲式、二段式、三段式和全智能脉冲充电器等，其中三段智能充电器用户较多。
充电器的规格依据蓄电池的容量不同，有24V、12A；36V、12A；36V、14A；48V、17A；48V、20A和36V/48V共用型充电器。
由于电动自行车生产厂家众多，其充电器的外形各异。常见的电动自行车和电动三轮车的充电器外形，如图1-1所示。
图1-1 几种常见的电动车蓄电池充电器外形
1.2 充电器的结构
电动自行车充电器主要由整流滤波、高压开关、电压变换、恒流、恒压和充电控制等几个部分电路组成。
充电器内的主要元器件有脉宽调制专用集成电路、电压比较放大器、开关管、整流二极管、驱动三极管、电阻、电容及变压器等。现代脉冲智能充电器与高频开关电源]7[
技术、嵌入式数字电路先进的智能控制，输出脉冲的智能检测与控制技术来调整输出脉冲充电器，通过比例控制来实现极化函数。充电器采用自适应技术在充电过程中，充电蓄电池的实时检测，自动调整充电器充电模式，达到最佳的控制方式，具有保护功能齐全，最大限度的保证了充电器的稳定性和可靠性。
因此，充电器的电路组成正由传统的分立元件，向集成化、数字化、智能化过渡，结构越来越紧凑，体积越变越小，重量越来越轻，工作越来越精确可靠。
1.3 充电器的充电原理
1.3.1 蓄电池蓄电池是将化学能直接转化成电能的一种装置，是按可再充电设计的电池，通过可逆的化学反应实现再充电，通常是指铅酸蓄电池，它是电池中的一种，属于二次电池。它的工作原理：充电时利用外部的电能使内部活性物质再生，把电能储存为化学能，需要放电时再次把化学能转换为电能输出。
我们常用的车用蓄电池主要分为三类 , 分别为普通蓄电池、干荷蓄电池和免维护蓄电池三种。普通蓄电池：普通蓄电池的极板是由铅和铅的氧化物构成，电解液是硫酸的水溶液。干荷蓄电池：它的全称是干式荷电铅酸蓄电池，它的主要特点是负极板有较高的储电能力。免维护：免维护蓄电池由于自身结构上的优势，电解液的消耗量非常小，在使用寿命内基本不需要补充蒸馏水。它还具有耐震、耐高温、体积
小、自放电小的特点，使用寿命一般为普通蓄电池的两倍]3[。
1.3.2 蓄电池充电理论基础理论和实践证明，充电和放电的电池是一种复杂的电化学过程。一般来说，在充电过程中充电电流随时间呈指数下降，不能自动根据恒压电流或恒压电压充电。充电过程中影响充电的因素很多，如电解质浓度、环境温度、极板活性物质，都会使充电产生很大的差异。随着放电状态、使用和贮存期是不同的，甚至同一类型，电池的充电能力也是不一样的。经过对开口蓄电池的充电过程的大量试验研究，以最低出气率为前提，提出了蓄电池可接受的充电曲线，如图1-2所示。实验表明，如果充电电流根据变化的曲线变化，可以大大缩短充电时间，对电池的容量和寿命也没有影响。原则上，这种曲线称为最佳充电曲线，它为快速充电方法的研究方向奠定了基础]2[。I
图1-2 最佳充电曲线
由图1-2可以看出：初始充电时，电流非常大，但衰减快，主要的原因是在充电过程中产生的极化现象。在密封式电池充电过程中，内部产生的氢气和氧气不被吸收时，会积累在正极板，使电池的内部压力加大、电池的温度上升，并减少正极板面积，则会显示阻力上升，于是出现了极化现象。蓄电池充放电是可逆的，其放电及充电的化学反应式如下：
P
b O
2
＋P
b
＋2H
2
SO
4
→2P
b
SO
4
＋2H
2
O (1-1)
可以看出，充电和放电为互逆反应过程。可逆过程热力学平衡的过程，为了保证电池保持在平衡状态下的充电，所以必须设法使电池电流较小。在理想的条件下，施加的电压等于电池的电动势。然而，实践表明，蓄电池充电时，所施加的电压必须增加到一定值时，这个值由于电极材料、溶液浓度等各种因素的差别而在不同程度上超过了蓄电池的平衡电动势值。在化学反应中，电动势超过热力学平衡值的现象称为极化现象。
1.4 充电方法的研究
常规充电制度是依据国际公认的经验法则设计的。其中最著名的就是“安培小时规则”：充电电流安培时数，不应超过蓄电池待充电的安培时数。实际上，常规充电的速度被蓄电池在充电过程中的温度上升和气体的产生所限制。这个现象对蓄电池充电所必须的最短时间具有重要意义]1[。一般来说，常规充电法有以下三种：
1）恒流充电法：是指蓄电池充电时，自始至终以固定不变的电流进行充电，该电流是用调整充电装置的办法来达到。此充电办法有较大的适应性，可以任意选择和调整
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