嘉发公司创新项目申报书].doc

山 西 省 技 术 创 新项 目 申 报 书 项 目 类 别：立项 项 目 名 称：智能多功能电动车充电器的开发 项 目负责人：武晓飞 申 报 单 位：太原嘉发科技有限公司 主 管 单 位：编制时间： 年 月 日山西省经济委员会 年度山西省技术创新项目企业基本情况表一、企业基本情况企业名称太原嘉发科技有限公司经济性质私营有限责任公司经济类型股份制通讯地址太原是经济技术开发区大运路20号3414室邮政编码030006法人代表武晓飞电 话宅:3657170传 真7182718法人代码140192210006728办:7182718开户银行太原市城区农村信用合作社联合社隶属关系市属企业手机用等级AAA前三位股东名称1.武晓飞2.郝海蛟二、主要经济指标（万元）产品销售收入300利税总额124其中新产品销售收入183其中利润100占全部销售收入61税收24三、企业财务状况（万元）企业资本金合计500企业资产总额550企业负债总额10其中国家资本金0其中流动资产192其中流动负债3其它资本金0固定资产358长期负债7四、企业技术开发情况企业职工人数（人）23技术开发项目总数9工程技术人员（人）10其中新技术5其中高级职称5新产品2中级职称5申请专利2五、项目主要数据项目投资总额其中银行贷款省经贸委资金地市自筹企业自筹100000100 项目完成后预计经济效益产量（单位）销售收入上缴税金实现利税出口创汇40000070056108.528一、立项理由1多功能电动车充电器项目的概述本项目新产品由公司自主研发，采用PWMDC-DC 全桥变换器作为主电路，自行设计了电动自行车智能充电器。技术创新点：该装置能根据蓄电池的充电特性自动调节输出电压、电流，给手机和其它电器进行智能充电，而且能对充电器的运行状态进行监测，若有故障发生，能及时进行保护，从而实现现场无人值守。整个装置具有体积小、质量轻、精度高、反应快等特点目前，项目前期的研发已经完成，知识产权的受理也正在进行当中。这种装置可以应用于电动自行车，电动汽车等领域2简述项目的社会经济意义、目前的进展情况。电动自行车具有价格低、绿色无污染、质量轻、使用方便等特点，是国家鼓励发展的产品。评价电动自行车的性能指标很多，而消费者最关心的是其蓄电池的里程寿命，专家研究表明：蓄电池充电过程对其寿命影响最大，过充电、充电不足以及过放电都是引起是电池故障的主要原因。因此如何正确地监控和测量蓄电池的充电状态、减少充电损耗、提高充电速度，延长蓄电池的寿命，研发智能充电器具有十分重要的经济意义，所适用的范围都是市场上消费量很大的产品，因此有很高、很快的投资回报率。3、项目国内外发展现状：目前，在国内外市场上电动车充电器种类繁多但其中也有很多质量低劣的不合格产品。其主要问题出现在：与交流电网电源的连接，电源端子骚扰电压，辐射骚扰场强和充电电压几个方面。另外，一些产品的低温性能、额定容量、放电性能、安全保护性能等方面存在质量问题。这些质量问题会影响到电动车正常使用，还会影响电池的使用寿命，严重时还可能伤害消费者。本产品的开发正好弥补了现在市场上这些充电器的各种缺陷，具有重要的社会经济意义。2项目的成熟性和可靠性分析：随着信息技术的发展，蓄电池应用到各大领域，比如说汽车、轮船、通信、各种电子产品等。铅酸蓄电池以它的经济性、输出电压稳定、供电可靠等优点而被广泛使用。传统的充电器采用的充电技术主要是恒流、恒压或者是两者相结合，这些充电方法很容易造成蓄电池过冲或者是充电不足，并且充电时间很长，在一定程度上缩短了蓄电池的使用寿命，为使用者造成一定的经济损失。据此，研制出一种快速充电且能延长蓄电池寿命的充电器就成为一项很重要的任务。通过对恒压充电和恒流充电两种方法的改进，出现了另一种传统充电方法分段式充电方法。此方法包括二阶段充电法和三阶段充电法。二阶段充电方法，采用恒电流和恒电压相结合的快速充电方。首先，以恒电流充电至预定的电压值，然后，改为恒电压完成剩余的充电。一般两阶段之间的转换电压就是第二阶段的恒电压。三阶段充电法，是先采用恒流充电法达到设定的电压之后转为第二阶段，高恒压充电阶段，当充电电流小到设定值之后转为第三阶段涓流充电，此时电压值变为浮冲电压。这种充电方法优点是：技术实现简单，基本能满足充电要求，成本低。缺点是：不能区别电池的放电深度；容易造成过充电，导致蓄电池内部电压过高，极化现象严重，蓄电池失水过多，对蓄电池造成不可恢复的伤害。分级定电流充电法结合了恒流充电法和恒压充电法的特点，在充电初期采用尽可能大的充电电流充电，使蓄电池在短期内充入尽可能多的容量，中期采用较小的充电电流，最后采用小电流充电，使蓄电池完全充满电。它有效的防止了恒流充电法和恒压充电法中所存在的问题，实现相对简单，是目前应用最为广泛的充电方法。脉冲式充电方法是指充电电流或充电电压以脉冲的形式加在蓄电池两端，实现的方法主要有两种，一是通过调节充电电压的可控硅导通角，另一个是可以调整冲放电脉冲的宽度或充放电周期的大小。脉冲快速充电方法的理论基础是通过在充电电流中叠加一定频率、宽度、高度的负脉冲或短时间的停充电，使参加反应的铅离子来的及通过电解质溶液而生成PbO2和Pb，并使HSO-4离子和H+离子迅速从极板表面扩散出去，从而降低了浓差极化和电化学极化，可以增大充电电流。目前蓄电池充电器仅仅使用脉冲充电方法的并不多，大多是脉冲充电方法和其他方法相结合，将充电过程分为几段，每段采取恒流充电或恒压充电。变电流间歇充电法是由厦门大学陈体衔教授提出的，它的主要思想是建立在恒流充电和脉冲充电基础上的，其特点是将恒流阶段改为限压变电流脉冲充电。充电初期采用分段定周期恒流限压充电，获得绝大部分充电量。充电后期，为了使蓄电池完全充电，采用恒压充电，获得过充电量。变电流间歇充电设计方法有三个要点：限定充电电压，保证加大充电电流；用间歇方式加大充电电流值；为冲进尽可能多的电量，按照马斯定律，应采用逐次减少充电电流值的变流模式。智能充电方法是让实际充电电流动态跟踪可接受充电电流，这种充电方法不会对蓄电池造成过充电，而且充电时间很短，一般在5撕个小时左右。智能充电方法由充电系统、智能控制回路和蓄电池组成，将检测到的蓄电池的充电电压和充电电流送到控制模块根据蓄电池可接受充电电流曲线动态调整充电电流，使蓄电池在析气最小的情况下充电，既能延长蓄电的寿命也能缩短充电时间。尽管已经有很多充电方法出现，但由于各种条件的限制，仍然不能满足最佳充电电流曲线的要求。目前市场上使用最广泛的仍然是三阶段充电方法。由铅酸蓄电池快速充电原理可知，要缩短充电时间且要延长蓄电池的寿命必须加大充电电流而且在充电过程要减小极化现象。综合这两个特点以及快速充电方法理论，本设计采用了一种分段限压定周期定电流脉冲充电方法，这个充电过程分为三个阶段，具体如下：第一个阶段为涓流充电。刚开始充电时，检测蓄电池两端的电压，如果蓄电池深度过放电或者是新的充电电池，如果对其进行大电流充电，则会对蓄电池造成无可挽回的损害，所以这个时期采用小电流充电(一般用O.1C的小电流充电)，使其充电到可用大电流充电的安全范围之内。本设计中涓流充电的范围：19V21V第二个阶段为脉冲快速充电阶段。在充电初期考虑到蓄电池的接受比较大的情况下，采用大电流充电，使充电量在短期内达到最大。本设计中蓄电池的容量为100Ah，要求蓄电池工作在20-95蓄电量之间。考虑到整体设计的经济性和蓄电池的充电电流接受能力，按照马斯定律，本设计将充电电流分为三级：03C，02C，01C，放电电流设为06C。充电电流的切换依据是蓄电池两端的电压。直接决定充电电流级别的主要因素是充电量的大小，但充电量的大小直接反映在蓄电池的端电压变化上，因此可以根据蓄电池端电压的变化改变蓄电池充电电流的级别。本设计选择的下面3个端电压值作为充电电流切换的依据：当充电电池为24V时，21VU29V时，采用03C；29VU30V时，采用02C；30VU31V时，采用01C。整个充放电过程中，周期设定如下：当采用O3c和02C充电时，周期设定为125s，充电10s，停止1s，放电05s，再停止1s，这样依次循环直到检测到的蓄电池的端电压达到设定值转向下一个级别的充电阶段为止；当采用01C充电时，周期设定为71s，充电5s，停止ls，放电0Is，再停止ls，充电过程同上所述。周期的设定是基于在蓄电池充电的初期，充电电流较大，采用05s的放电脉冲放出较多的电量有利于快速消除极化，避免蓄电池组产生析气并使蓄电池内部的温度降低，延长蓄电池的寿命；而在充电后期采用01C充电，此时，蓄电池组已充至85,-,90的电量，接受能力已经大为下降，若充电周期同样采用10s，则面临蓄电池产生极化的危险，所以充电时间从10s降为5s。同样，若放电时间仍采用05s，则又会出现放电量较多，延长蓄电池组充满时间，因此，放电时间缩短至01s。当检测到蓄电池两端的电压大于设定值时，就会转到下一个限压定电流脉冲充电阶段，两个分级之间的停歇时间设置为30s。第三个阶段为浮冲充电。当蓄电池的电压大于31V时，以充电电流为3A的大小进入浮冲充电充电状态，以弥补蓄电池自放电所消耗的能量。充电结束的判断设计中采用温度控制和电池电压负增量控制相结合的方法，当蓄电池电压出现负增量且蓄电池温度不高于设定值时，转为浮冲充电，当温度高于设定值但没有电压出现负增量时，禁止PWM脉冲输出，直到温度降下来为止。二实施方案1项目的技术创新性论述基本原理：设计充电器最有效及最经济的方法是采用开关调整器来作为降压转换器。降压转换器使用电感来储存电能。图1 ( a) 及1 ( b) 分别为开关处于通/断位置时的降压转换器工作示意图。来自脉中控制的PWM的信号控制充电开关。当开关闭合时,如图1( a)所示,电流由于充电器提供的电压(充电器Vin) 而流过电路,此时电容通过电感充电。当开关打开时如图1 ( b) 所示,电感试图通过感应电压来保持电流流动,但它不能立刻充电。然后电流流过肖特基二极管并给电容充电。此过程循环往复。当通过减少PWM 占空比来缩短开关“通”时间时,平均电压减少。相反,当通过增加PWM 占空比来延长开关“断”时间时,平均电压增加。故通过控制PWM占空比来调整充电电压(或电流)可达到所需的输出值。（2）项目实施方式：自主研发。该技术来源于我们公司技术人员的自行开发，基本思想就是利用单片机具有的PWM端口,在不改变PWM方波周期的前提下,通过软件的方法调整单片机的PWM控制寄存器来调整PWM的占空比,从而控制充电电流,在调整充电电流前,单片机先快速读取充电电流的大小,然后把设定的充电电流与实际读取到的充电电流进行比较,若实际电流偏小则向增加充电电流的方向调整PWM的占空比;若实际电流偏大则向减小充电电流的方向调整PWM的占空比。在软件PWM的调整过程中要注意ADC的读数偏差和电源工作电压等引入的纹波干扰,合理采用算术平均法等数字滤波技术。采用P89LPC916单片机用来实现控制功能,这款单片机拥有可同时在两个时钟上执行指令的高性能处理器架构,从而将其性能提高至标准80C51器件的6 倍。Time0 (计时器0 ) 很容易被配置成PWM输出,故易于设置及使用PWM 功能,内部集成有振荡器和四通道A /D 转换器,可省掉外部振荡器和A /D 转换器,从而节省成本及PCB 占位; 另外,内部振荡器也可提高系统启动时的稳定性。本方案具有以下优点:(1)简化了PWM的硬件电路,降低了硬件的成本。利用软件PWM不用外部的硬件PWM和电压比较器,只需要功率MOSFET、续流磁芯、储能电容等元器件,大大简化了外围电路。(2)可控制涓流大小。在PWM控制充电的过程中,单片机可实时检测ADC端口上充电电流的大小,并根据充电电流大小与设定的涓流进行比较,以决定PWM占空比的调整方向。(3)电池唤醒充电。单片机利用ADC端口与PWM的寄存器可以任意设定充电电流的大小,所以,对于电池电压比较低的电池,在上电后,可以采取小电流充一段时间的方式进行充电唤醒,并且在小电流的情况下可以近似认为恒流,对电池的冲击破坏也较小。图2为充电器系统组成框图。其中PWM 输出控制充电开关,且其占空比可根据需要用充电电压及电流的反馈来调整。LPC916 的8 位片上高速A /D 转换器提供了监视充电电压所需的高精度。片内带E2 PROM,这样就无需扩展程序存储器,简化了电路设计。电源回路中, 220 V的交流电经变压器和整流滤波变为14V 左右, 作为充电电源, 另外经7805稳压后作为其他电路单元的工作电源。调节电路主要由A /D构成,用于检测电池的电压和设置电池的浮充电压和充电电流。充电过程的启停及充电方式的选择由单片机控制来实现。充电器还应有放电电路用以消除镍铬电池的“记忆效应”,键盘与显示电路及报警电路等环节,由于实现这种功能的电路很多,本文不再累诉。4充电器的功能设计系统工作时通过键盘选择电池类型和充电方式,并由一位数码管显示。具体方式如下:(1)铬电池全电流快速充电方式。(2)镍铬电池标准充电方式。(3)镍氢电池全电流快速充电方式。(4)镍氢电池标准充电方式。(5)锂离子电池快速充电方式。(6)锂离子电池标准充电方式。系统启动时先进行初始化,随后检查电池是否开路。如开路则LED显示0并蜂鸣提示,如正常则按照设置的充电方式进行充电。在对镍铬电池充电时,首先检测电池是否已充分放电,如单节电池电压在1. 0V以上,则先进行完全放电以消除其“记忆效应”。对于镍氢电池,无论采用哪一种充电方式,在充电结束后自动进入涓流充电方式,以补偿电池的自放电。锂离子电池的自放电率最低,所以无需涓流充电。在快速充电时,镍铬电池采用负斜率终止充电(V /t 0) , 镍氢电池采用零斜率终止充电(V /t = 0) ,锂离子电池采用顶端截止。另外,在快速充电时,如电池电压或者温度超限以及充电时间超过3 h,系统都将停止充电并蜂鸣提示。充电结束时数码管显示P并蜂鸣提示。出于对电池寿命的考虑,在多次快充后,应采用标准方式充电一次。3.项目主要研究方案和工艺路线本项目旨在设计一款基于DSP的大功率智能快速充电器，采用分段限压定周期定电流脉冲充电方法，达到快速充电、报警维护蓄电池目的。本研究方案主要分三个部分进行介绍：(1)硬件电路设计，包括充电主回路、控制电路、显示和报警电路三部分。充电主回路包括市电初级整流电路、DC De、整流输出滤波电路、放电回路四部分。其中DC DC采用移相全桥零电压开关PWM脉冲电路，这种电路开关管工作在高频状态，与相控整流电路相比，有效地减小了变压器的体积和重量。控制电路包括各种电量信号采集电路、基于DSP的双环控制电路以及开关管驱动电路。基于DSP的双环控制电路是将采集到的电压电流信号送到DSP，然后通过DSP大连理工大学硕士学位论文的内部双环比例算法来控制移相角的大小，进而控制充电电压电流的大小，达到限压分段定周期定电流脉冲充电的目的。(2)软件程序设计，包括充电控制主程序、LCD显示子程序、PWM脉冲生成子程序、充放电脉冲控制子程序以及DSP对双口RAM的读写子程序等；(3)系统特性仿真，利用MATLAB对设计的系统进行仿真，由图形可知，此系统具有较宽的负载特性以及快速的响应特性。4、项目实施方案及分阶段计划进度安排：第一阶段：充电主回路的设计；第二阶段：控制电路的硬件实现；第三阶段：DSP MCU LCD接口电路设计；第四阶段：辅助电源的设计；第五阶段：系统软件设计；第六阶段：系统特性仿真；第七阶段：系统抗干扰设计1）2010年06月-8月：研究硬件结构跟工作原理；2）2011年08-09月：移相脉宽调制控制电路3）2010年9月-10月：限流保护措施4）2010年10月-12月：输出控制电路5）2011年01月-05月：产品检测外观的设计，包装，5.该项目技术方案本项目主要是研究一种智能多功能电动车充电器，电动车蓄电池在充电过程对其寿命影响最大，过充电、充电不足以及过放电都是引起是电池故障的主要原因。因此如何正确地监控和测量蓄电池的充电状态、减少充电损耗、提高充电速度，延长蓄电池的寿命，具有十分重要的经济意义。该充电器采用PWMDC-DC 全桥变换器作为主电路，自行设计了电动自行车智能充电器。该装置能根据蓄电池的充电特性自动调节输出电压、电流，进行智能充电，而且能对充电器的运行状态进行监测，若有故障发生，能及时进行保护，从而实现现场无人值守。整个装置具有体积小、质量轻、精度高、反应快等特点。三， 技术经济指标：1、技术指标：市电单相交流输入电压：220V土15直流输出电压：0-36V直流输出电流：0- 30A开关管工作频率：30KHZ充电器输出功率：900WDC DC变换器的效率为：90%2、经济目标：项目计划完成达产后，实现销售收入700万元、利税108万元。四、项目资金1、 项目投资项目已完成投资情况项目已完成投资总额20万元资金使用情况说明人员费：1万元设备费：8万元能源材料费：7万元试验外协费：3万元其他相关费：1万元本项目实施期间新增投资预算及依据项目计划投资总额130万元其中项目新增投资总额110万元其中固定资产投资70万元其中流动资金投资40万元资金使用方向细目人员费：10万元设备费：40万元能源材料费：35万元试验外协费：20万元差旅费：2万元会议费：5万元管理费：3万元其他相关费：15万元2、项目融资项目总投资（万元） 130其 中自有资金银行贷款申请市科技三项经费其 它12010科技三项费的主要用途预算1、人员费0.5万元2、设备费3.5万元3、能源材料费2万元4、试验外协费1万元5、差旅费1万元6、会议费0.5万元7、其它费用1.5万元合计9万元五， 申报单位财务状况2010年，我公司在高科技创业服务中心正确领导及大力支持下，企业经营实现了稳步发展，公司2010年上半年，公司积极响应国家号召大学生自主创业创新号召，经过市场研究调研后分析，总结出企业要想发展必须科技创新，针对现在老百姓生活中交通工具电动车的不断增多，电动车充电器的产品的参差不齐，型号不一，功能单一的缺点，公司自主开发研究了一种全新的电动车充电器，公司在2010年4月分提出准备开发多功能充电器以后，开发研究工作立即展开，经过近七个月的努力，从电动车的研究硬件结构跟工作原理，移相脉宽调制，控制电路限流保护措施，输出控制电路这些各项工作均以完毕。下一步就是进行试验和外观设计，包装，品牌的注册，专利的审请。产品经过合格的产品原料，开发，研究，人工的核算，该产品成本是45元左右，市场销售准备定65元左右，基本上一辆电动车2年左右要换一个新的充电器，市场需求很大，根据目前市场的电动车充电器销售的分析，如果我们的初期目标是占市场的10%的市场份额，每年销售在10万台，销售650万元左右。扣除成本能利润在200万左右，计划投资额130万元；项目完成时达到小批量生产阶段。企业资产规模达到300万元，企业人员总数达20人，因项目实施而新增就业人数10人。总之，2010年公司仍将认真总结发展经验，进一步理清工作思路，调整工作重点，加强企业的品牌战略、技术创新、产业延伸等方面建设，扩大企业规模，快速把企业做大做强做出我们新的贡献。 六、申报单位及协作单位概况企业名称太原市嘉发科技有限公司通讯地址太原市经济技术开发区大运路20号341室企业类型有限责任公司注册时间2010年3月25日注册资本3万元1申报企业基本情况太原嘉发科技有限公司，主要经营新型节能环保电器产品的研发与销售。至今公司运营良好，公司财务状况佳，公司成立半年来研发出两种新产品，经过初期测试受到一定的好评。产品一旦投入市场将为社会贡献一份力量，也会为企业带来一定的经济效益。2企业人员及开发能力论述（1）企业法定代表人、项目技术负责人的基本情况职务姓名学历专业工作经历法人武晓飞中专工民建本人以前在中国网通集团负责过市场开拓，市场业务的推广，后升任管理部门，专门负责业务的制定，宣传，销售的工作。现自己注册公司准备创业。研发员郝海蛟大专水利水电本人刚大学习毕业时，曾去三峡大坝工作过一段时间，注要从事施工方案，和图纸的设计等工作。研发员武建存大专计算机应用本人以前在山西启点有限公司曾任副总经理的职务，主要从事外地市场的开拓，还有售后的业务。技术员尤慧军中专软件开发本人曾在太原化肥厂任过市场的推广和地区代理商的招任工作，财务武晓芳大专财务会计本人曾在山西美特好超市总部任过会计出纳的工作。有丰富的工作经验。（2）企业人员基本情况太原嘉发科技有限公司现有员工15人，管理人员4人，分别是财务经理