基于单片机控制的电动车快速充电器的设计

设计主题：基于单片机控制的电动汽车快速充电器设计类级别：10级计算机控制技术类学生姓名：学号：讲师说：组长：教学班负责人：设计时间：2012年5月22日至2012年6月22日QQ:基于单片机控制的电动汽车快速充电器设计摘要：目前电动自行车轻便无污染，越来越受到消费者的关注，我国电动自行车发展更为突飞猛进。但是运行里程的长度是衡量电动自行车质量的消费者的主要标准之一，电池不结实，充电时间长是行驶里程的决定因素。该问题提出了电动自行车快速充电可以解决的模型，并设计了性能好、性能可靠的电动自行车蓄电池快速充电方法。该设计以AT89C51为核心，将脉冲充电方法、热敏传感器与NE555相结合，构成温度检测电路，实现温度检测，起到电池保护的作用。有相应的软件部分。关键词：电动车、快速充电器、AT89C51、单片机。Abstract : at present，The electric bicycle because its light pollution by more and more customers，Our electric bike by leaps and boundsThis design is to explore the method to solve the problem，This paper puts forward a kind of Electric bicycle fast charging model to solve the problemthis design uses at89c 51 as the core，Using pulse charging fast charging method To implement，Thermal resistor as temperature sensor and neand the corresponding software parts。Key words : electric car，quickcharger，AT89C51，微控制器。2列表第一章简介11.1本主题的研究背景、发展和重要性11.2本主题的基本内容1第二章基本理论简介22.1铅蓄电池充电的理论基础22.2快速充电方法研究32.3脉冲快速充电方法的理论基础62.4脉冲快速充电器工作原理7第三章控制系统总体程序设计83.1控制方法83.2整体方案设计9第四章系统硬件电路设计104.1充电器主电路设计104.2控制电路设计144.3完整电路设计18第五章系统软件编程195.1温度检测中断程序195.2电压检测子程序195.3充电脉冲控制子程序215.4单片机主程序21第六章设计摘要24审计25参考文献2627第一章引言1.1本主题的研究背景、发展和重要性据环境部统计，目前大气污染的24%发生在交通运输中，随着人们生活水平的提高，汽车保有量迅速增加，公害比重也相应增加，2010年汽车尾气引起的大气污染占大气污染的64%，将严重破坏和影响人类赖以生存的地面生态系统。随着能源越来越不足和大气污染的加剧，世界公认的最有发展潜力的解决方法是电动汽车。开发实用、安全、干净的移动电源、相关节能、环保解决方案等新型电动车已成为各国当前迫切的课题。但是从电动自行车的整体性能来看，真正制约电动自行车的发展，确保电动自行车可持续增长的关键是电动自行车电池的寿命问题。影响电池寿命的因素很多，概括地说，主要因素有两个：电池本身的性能和质量，以及电池充电和管理。电动车是目前世界上唯一能达到零排放的汽车，由于环保要求，新材料和新技术的开发，电动车进入了发展高潮。电动车作为绿色交通工具，将在21世纪给人类社会带来巨大的变化。顺应当前国际科学技术发展的大势，中国电动车进入21世纪汽车工业的起点，不仅是实现中国汽车产业技术跨越式发展的战略选择，也是中国汽车产业可持续发展的重要选择。最近电动自行车干练、方便、环保已经成为很多人的包袱工具。但是电动自行车电池不结实，3天远，充电频繁，成为电动车用户头疼的问题。与此同时，电动自行车充电饱和，通常可以跑30公里以上(取决于电池容量)，将电动自行车用作更远距离的交通工具需要几个小时才能通电和充电完成。这一过程是为了解决电动自行车充电器的充电速度问题，根据电池饱和的程度智能地改变充电模式，开发能在短时间(4小时)内给电池充电的电动自行车快速充电器(电池规格48V，20A)，解决电动自行车长途骑马使用的困难。1.2本主题的基本内容电动自行车快速充电器设计中涉及的基本内容如下：第一，电动自行车铅蓄电池的电化学原理和充放电原理。第二，关于充电器对铅蓄电池充电的原理和电路设计。第三，交流电流对电池充电的原理和特性。第四，充电器充电过程检测和自动转换。第五，充电器在充电过程中执行电池保护功能。第六，电路设计和组件选择与调试。第二章基本理论简介2.1铅蓄电池充电的理论基础20世纪60年代中期，美国科学家马斯对开闭电池的充电过程进行了广泛的实验研究，并以最低排放速度为前提，提出了电池允许的充电曲线，如图1所示。实验结果表明，如果充电电流变成这条曲线，可以大大缩短充电时间，不影响电池的容量和寿命。原则上，该曲线称为最佳充电曲线，确定了快速充电方法的研究方向。图1最佳充电曲线如图1所示，初始充电电流很大，但衰减很快。因为充电过程中发生了两极化。在密封电池充电过程中，如果内部产生氧气和氢气，氧气不能及时吸收，则在阳极板(阳极板产生氧气)上累积，电池内部压力增大，电池温度升高，同时减少阳极板的面积，出现内部电阻上升的现象。电池是可逆的。放电和充电的化学反应如下(1)充电和放电过程显然是相互逆向的。可逆过程是热力学的平衡过程，为了确保电池总是在平衡状态下充电，必须使通过电池的电流尽可能小。理想的条件是外部电压等于电池本身的电动势。但是，据调查，在电池充电时，额外的电压必须增加到一定的值。这个数字由于电极材料、溶液浓度等多种因素的差异，在一定程度上超过了电池的平衡电动势值。在化学反应中，这种电动势超过热力学平衡值的现象就是极化现象。一般来说，产生两极分化现象有三个原因。a)在欧姆极化充电过程中，阳离子和阳离子向阳极移动。离子迁移过程中不可避免地受到一定的阻力称为电阻抗力。为了克服这种内阻，必须增加额外的电压，克服电阻，推进离子移动。这种电压以热方式转换为环境，出现所谓的欧姆极化。随着充电电流的急剧增加，欧姆极化导致充电过程中电池的温度升高。b)为了在大量极化电流通过蓄电池时保持正常反应，最理想的是电极表面反应物能及时补充，产物能及时离开。实际上，产物和反应物的扩散速度远不如化学反应速度，板材附近电解质溶液的浓度发生了变化。也就是说，从电极表面到中间溶液，电解质浓度分布不均匀。这种现象称为浓度极化。c)电化学极化，这种极化是由电极上进行的电化学反应的速度导致的，落后于电极上的电子运动的速度。例如，电池的阴极在放电前在电极表面带负电荷，其附近的溶液带正电荷，达到平衡。放电时外部电路有电子发射。电极表面的负电荷减少，而溶于金属的氧化不能及时弥补慢me-eme，电极表面电子的减少，电极表面的带电状态发生变化。这个表面的负电荷减少状态在金属中，电子离开电极，金属离子m传递到溶液中，加速me-eme反应。总是有实现新动态平衡的瞬间。但是与放电前相比，电极表面的负电荷数量减少了，相应的电极电位变成了正数。电化学极化电压提高，大大干扰了正常充电电流。同样，电池的正极放电后，电极表面的正电荷数减少，电极电位变为负值。这三种极化现象都随着充电电流的增加而严重。2.2快速充电方法研究2.2.1快速充电技术最大限度地提高电池的化学反应速度，缩短电池完全充电的时间，同时使电池正极和负极板的极化现象最小化或变轻，从而提高电池使用效率。快速充电技术近年来发展迅速。以下是一些应用最广泛的快速充电方法。这些方法围绕最佳填充曲线设计，以确保填充曲线尽可能强制进入最佳填充曲线。a)脉冲充电方法这种充电方法不仅遵循了电池固有的充电需求率，而且提高了电池充电需求率，打破了电池指数充电接受曲线的局限性，这也是电池充电理论的新发展。脉冲充电首先通过脉冲电流对电池充电，然后在一定时间内对电池充电，如图2所示。充电脉冲使蓄电池充满充电的电力，而间歇期间，蓄电池重新合成并吸收化学反应产生的氧和氢，自然消除浓度极化和欧姆极化，从而减少蓄电池的耐压，使下一次恒流充电更顺利，使蓄电池吸收更多的电力。间歇脉冲使电池具有足够的响应时间和更少的气体发生，从而提高电池的充电电流接受率。图2脉冲充电曲线B) Reflex快速充电方法美国专利技术该技术主要针对镍镉电池的充电对象。采用新的充电方式解决镍镉电池的内存效应，大大减少了电池的快速充电时间。铅酸电池的充电方法和检测充电状态的方法与镍镉电池有很大的不同，但可以互相参考。如图3所示，Reflex充电方式的一个工作周期包括正向充电脉冲、反向瞬时放电脉冲、保持停止充电3个阶段。图3 reflex快速充电方法c)可变电流间歇充电方法这种充电方法基于恒流充电和脉冲充电，如图4所示。其特点是将恒流充电段改为压力限制可变电流间歇充电段。充电前的每一段以恒定充电的方式增加充电电流，以确保大部分充电量。充电后，使用固定电压充电段获取过量充电量，并将电池返回到完全充电状态。通过间歇充电，电池可以通过化学反应产生的氧和氢重新化合吸收，从而自然消除浓度极化和欧姆极化，从而缓解电池的内部压力，使下一次恒流充电更顺利，从而使电池吸收更多的电。图4交流电流间歇充电曲线d)可变电压间歇充电方法根据图8所示的可变电流间歇充电法，提出了可变电压间歇充电法。第一阶段不是间歇停电，而是间歇恒压，这与恒流间歇充电方法不同。图5交流电压间歇充电曲线比较图4和图5，图5更适合最佳充电充电曲线。在每个固定电压充电阶段，由于固定压力充电，充电电流呈指数级减少，随着充电的进行，电池电流容限率逐渐降低的特点。e)可变电压可变电流波间歇正负零脉冲快速充电方法开发和应用了集成脉冲充电方法、Reflex快速充电方法、可变电流间歇充电方法和可变电压间歇充电方法的优点、可变电压可变电流波形正负零脉冲间歇快速充电方法。脉冲充电电路控制通常有两种。脉冲电流幅度可变，驱动器充放电开关(PWM)信号频率固定；脉冲电流幅度固定，可调节PWM信号频率。添加间歇停止阶段，该阶段具有固定的脉冲电流振幅和PWM信号频率，并使用与这两种可调整PWM占空比的控制模式不同的控制模式，可以在短时间内充电更多电力，提高电池充电接受度。2.3脉冲快速充电方法的理论基础理论和实践证明电池