48V铅酸储电池充电器设计方案
第一章 总体设计方案
1 系统设计
根据课题的要求，系统采用开关电源，通过脉冲电流的方式来实现充电的目的。由市电送来的220V交流电经变压器降压、桥式整流、可控硅调频后送给蓄电池进行充电。
2 方案策略
用单结晶体管触发电路实现触发信号频率的调制方案。蓄电池充电时，先通过变压器将220V市电降压为56V交流电，然后通过桥式整流得到全波直流电、最后通过可控硅调频后的脉冲电流为蓄电池供电。脉冲电流的频率主要取决于单节晶体管触发电路发出的触发信号的频率，通过调节RC电路的R值，使电容器的充电时间发生改变，单节晶体管的关断时间发生改变，从而改变了输出触发信号的占空比，这个触发信号送给可控硅，从而便调节可控硅在一个周期关断和导通的时间，从而实现控制可控硅输出脉冲电流大小。这种方法技术简单、成熟、有多年的实用经验、所需的元器件少、成本低，安全可靠，适应市电输入围宽都是其主要的优点。如下
图1.1方框图
AC15V
AC56V
图1.1 总体方框图
第二章 蓄电池的选择
蓄电池是电瓶式扫地车上主要能源装置，其作用包括:向驱动系统、滚扫系统和仪表供电。
1 蓄电池的种类、特点
蓄电池的种类一般可分为铅酸电池、铅酸免维护电池及镍镉电池等，它们各自的特点如下:
铅酸电池:也称为汽车用电池(需加水维护)，充放电时会产生氢气，安置地点必须设置在通风处以免造成危险;电解液呈酸性，会腐蚀金属;价格低廉。
铅酸免维护电池:密封式充电不会产生任何有害气体，摆设容易，不需考虑安置地点通风问题，免保养，免维护;放电率高，特性稳定，价格较高。
镍镉电池:用于特殊场合及特殊设备上，水为介质，充放电不会产生.有害气体;失水率低，但需要固定时间加水及保养;放电特性最佳;可放置于任何恶劣环境。
2 蓄电池的选择
电机是电瓶式扫地车主要消耗源，其次是继电器和仪表车，根据驱动组和电器控制组提供的资料，电机总功率为1600W，额定电压为48V;继电器和仪表总功率为5W,额定电压为48V。所以蓄电池需提供的工作电流为
式中P——电机功率；
U——电瓶电压。
选60AH的电瓶,则可续行3.3小时。这是电瓶式扫地车用最高速行驶时的情况，如果降低车速续行时间有望达到或超过5小时。
综上所述，本设计选择48V 60AH的铅酸免维护电池，如图2.1所示：
第三章 充电器原理
1 铅酸蓄电池的充电以及放电特性
所谓蓄电池即是储存化学能量，必要时放出电能的一种电气化学设备。而铅酸蓄电池是通过阳极的Pb O2以及阴极的Pb浸到电解液（稀硫酸）中发生化学反应来进行充电和放电的。当铅酸蓄电池连接外部电路放电时，稀硫酸即会与阴，阳极板上的活性物质产生反应，生成新化合物硫酸铅，在此过程中会产生自由电子，从而产生电流。而由于放电时在阳极板，阴极板上所产生的硫酸铅会在充电时被分解还原成硫酸，铅及过氧化铅，因此电池电解液的浓度逐渐增加，亦即电解液之比重上升，并逐渐回复到放电前的浓度，这种变化显示出蓄电池中的活性物质已还原到可以再度供电的状态，当两级的硫酸铅被还原成原来的活性物质时，即等于充电结束。
铅酸蓄电池的典型放电曲线特性是以一个单体蓄电池为例，采用1/20放电进行分析的，蓄电池端电压根据各极板间硫酸密度的变化规律分为三个阶段：开始放电阶段，相对稳定阶段和迅速下降阶段，其放电曲线如图2.1所示。
铅酸蓄电池的典型充电特性曲线如图2.2所示，通常是以恒流充电进行分析。其充电特性仍然可以归纳为三个阶段来阐述：开始充电阶段，相对稳定阶段以及迅速上升阶段。
图2.1 铅酸蓄电池放电特性曲线 图2.2 铅酸蓄电池充电特性曲线
2 充电器的工作原理
电动车充电器常用的充电方式一般分为二段式充电模式和三段式充电模式两种。其中的二段式充电是指先恒压充电，充电电流随蓄电池电压的上升逐渐减小，等蓄电池的电量补充到一定程度以后，电压会上升到充电器的设定值，随后进入涓流的浮充状态。而对于三段式将在后面具体介绍。
2.1 恒流充电
恒流充电，又叫定电流充电法，在整个充电过程中，始终保持充电电流恒定不变。在充电过程中，由于蓄电池的段电压逐渐升高，为了保持充电电流的恒定，必须相应提高充电电压。采用恒流充电法，可以将不同容量的蓄电池串联在一起进行充电。但是各个蓄电池的容量应当尽可能相同，否则应当以容量最小的蓄电池计算充电电流，当小蓄电池充足之后，应当及时摘除，再继续给大容量蓄电池充电。
恒流充电法的优点是可以任意选择充电电流，有益于延长蓄电池的使用寿命。缺点是充电时间长，并且需要经常调整充电电流。
2.2 恒压充电
恒压充电又叫定电压充电法，在充电过程中，始终保持一个恒定的充电电压，绝大多数汽车都采用这种充电方法对车载蓄电池进行充电。充电初期，由于蓄电池的端电压较低，充电器与蓄电池的电压差较大，所以充电电流也大。随着充电的进行，蓄电池端电压逐渐上升，充电器与蓄电池的电压差也减小，所以充电电流减小。
汽车电瓶如何充电如果充电器输出电压不足，则充电很短时间就导致充电电流下降为零，过早地结束了充电，长期如此，势必导致蓄电池长期充电不足，容量下降，寿命缩短。如果充电器输出电压过高，充电电流将显著增大，即使蓄电池已经充足电，但端电压仍然低于充电器的输出电压，充电电流仍然纯在，充电始终在进行，势必导致蓄电池过充电，加快电解液的消耗，使用寿命缩短。
2.3 三段式充电
三段式充电与二段式充电的不同之处在于其第一个阶段为恒流充电阶段，充电器先以恒流对蓄电池快速充电，随着蓄电池存储能量的升高，充电电流减小，被充电控制电路检测后充电
器自动转入第二个阶段恒压充电，继续为蓄电池补充能量，电压上升的幅度较小并且速度放慢，直到电压稳定。当充电电流小于300mA的转折电流后自动转为涓流充电，以补偿蓄电池的自放电电流，并起到保养蓄电池的作用。
本设计主要是针对48V的充电器，对于三段式充电器的三个主要参数的要求是相当严格的：
(1)涓流阶段的参考电压值：
发布评论