引言

因为石油危机和日益严重的环境污染，电动汽车发展已经是大势所趋。蓄电池为电动汽车供给动力，而蓄电池充电功能直接影响蓄电池的运用和寿数，蓄电池一般分为铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池。因为蓄电池品种繁复且容量纷歧，不同品种和容量的蓄电池往往需要不同的充电器匹配，如果蓄电池的充电器匹配欠好会呈现过充过热等不安全现象，从而影响蓄电池的正常运用并缩短蓄电池寿数。因而，规划一款根据单片机操控的能为各类蓄电池充电的多功能充电体系是十分必要的。多功能充电体系能快速稳定地为不同类型和不同容量的蓄电池充电，咱们在软件上针对不同类型的蓄电池规划了相应的充电办法，使每种蓄电池都能在最佳充电办法下充电。关于不同容量的蓄电池，在选择好充电办法时只需设定充电参数即可快速稳定地为蓄电池充电。

1 硬件电路规划

本体系选用移相全桥软开关电路，即将Boost电路与全桥变换器合成一起组成单级PFC电路，该电路结构简单、效率高，能够实现对输入电流的整定，又能够工作在较大功率场合，发挥了全桥电路的优势。

体系主要由充电主电路和充电操控回路组成，图1为多功能充电体系硬件原理图。

1.1 体系工作原理

本规划选用了开关电源技术，最大功率为3500W，先将220V单相工频交流电，经4个二极管组满足桥电路进行整流，再通过大电容滤波得到300V左右的直流电，此刻直流电中纹波较大。直流电通过由4个绝缘栅双极晶体管(IGBT)组成的全桥逆变器，得到电压可调的高频交流电，经高频变压器耦合到副边，再经全桥整流，最终经电感电容滤波得到纹波很小的直流电为蓄电池充电。多功能充电体系能为不同类型的蓄电池及容量不同的蓄电池充电，其充电进程中的充电电压、电流通过单片机实时操控，整个充电体系为反应操控体系，单片机通过实时检测充电进程中的电流、电压及温度监测整个充电进程，有效地避免了充电进程中过流、过压及过热现象，使充电进程安全稳定地进行。

逆变桥前的空气开关是为了避免电路中呈现短路或大电流损坏蓄电池或电子器件。单片机通过检测充电电流、电压及温度与充电前的设定值进行比较，操控输出4路PWM波到4个IGBT的栅极，从而操控其集电极到发射极电流通断时刻，到达操控输出电压的目的。

因为IGBT需隔离驱动，本规划选用了三菱公司IBGT专用驱动芯片M57962L，图2是其应用电路。

因为选用了4只IGBT组满足桥逆变器，每个IGBT需要一个M57962L芯片驱动，而每个M57662L芯片需要3个电压等级即15V、l0V、5v为其供电，其间5v电压一起为MC9S12XS128单片机供电，本文规划了一款功率为50W的变压器，为单片机及4个M57962L芯片供电，其次级绕组输出3组电压，经整流滤波稳压后，得到上述所需的3个电压。

1.2 充电操控回路

选用飞思卡尔MC9S12XS128单片机作为操控核心进行数据收集和操控，其内部数据存储器8KB、程序存储器128KB，2个SCI、1个SPI、1个IIC、1个CAN、16路A/D、8路PWM、8路ECT模块，其工作频率为80MHz，运算速度快，处理才能大大提高。该芯片集成了l6路l2位高精度的A/D转换器，能直接对蓄电池的充电电压、电流及温度进行检测，8路PWM可直接输出到M57962L芯片操控IGBT的通断，简化了单片机外围电路的规划。

1.2.1 电压检测

本体系选用电阻分压式结构，并联在充电电路中监测电压信号，电压信号从PAD0口经单片机自带A/D转换器传至单片机进行处理，这种结构能根据外面的实践电压自动选用相应的量程检测电压，使电压越小时，检测到的电压精度越高，有助于更准确地操控充电进程中的充电电压的改变。

1.2.2 电流检测

本体系选用霍尔式电流传感器检测充电电流信号，并将检测到的电流信号通过必定的换算处理从PAD1口经单片机自带的A/D转换器传至单片机进行处理，该传感器精度高，能准确的检测到充电电流0.1A的改变。

1.2.3 温度检测

本体系选用热敏电阻检测充电进程中电池温度信号，实践应用时将热敏电阻贴在电池上检测电池温度，该热敏电阻能准确检测到充电进程中电池温度的改变量，温度信号经PAD2口传至单片机进行处理，避免充电进程中电池过热，使充电进程能平稳、安全的进行。

1.2.4 液晶显现模块

本体系选用带中文字库的12864液晶屏，液晶屏模块与单片机的PA、PB口相连。

能实时显现充电进程中的充电电压、充电电流以及电池的端电压和温度，并在空闲时能显现日历、4路PWM波的占空比等。

1.2.5 按键输入

选用4x4矩阵键盘。通过按键可切换到蓄电池充电办法选择、充电参数设定、日历调整、4路PWM波的占空比显现及充电电压、充电电流、电池的端电压和温度显现等界面。

1.2.6 PWM输出

PWM的输出频率由一个定时器/计数器设定的高频交流电交变周期决议，本体系PWM波形选用左对齐的办法，每路PWM的占空比：[(PWMPERx—PWMDTYx)/PWMPERx]×100%，其间PWMPERx表明PWM通道寄存器，PWMDTYx表明PWM通道占空比寄存器。

2 软件规划

多功能充电体系的体系软件用C语言编写，通过汇编、仿真调试写入单片机的内部程序存储器中，实现体系软件的结构层次化、功能模块化，软件的可读性、可维护性和可扩展性强。

多功能充电体系针对不同类型的蓄电池，规划了相应的充电办法，软件主要由初始化、充电前电池好坏检测、充电阶段和充电维护等部分组成。

本体系主要应用磷酸铁锂进行试验，其充电阶段由小电流充电阶段、恒流充电阶段、恒压充电阶段3部分组成，其程序流程图如图3所示。

充电阶段：电池检测程序完成后，开端对电池进行小电流充电，充电速率约为1/5C左右;当小电流充电至电池电压到达参考值时，体系进入恒流充电阶段，此阶段为蓄电池的快速充电阶段，充电速率为1-2C;当充电电压到达设定的电池的最大充电电压时，体系进入恒压充电阶段，跟着电池电压逐步上升，充电电流逐步减小;当充电电流减d,N设定参考值时，体系判别蓄电池足够中止充电。

充电维护部分：充电进程中不断监测电池电压是否超过安全值、温度或温度改变率是否到达限定值，如有上述情况立即终止充电。检测电池电压是为了避免锂离子电池和铅蓄电池过充，检测温度和温度改变率是否到达限定值，是为了避免镍氢和镍镉电池过充。

上述充电阶段是针对锂离子电池规划的，实践中主要用磷酸铁锂电池组进行试验，关于其它类型蓄电池，在软件上设定了相应的充电办法：铅蓄电池充电阶段同锂离子电池，即先小电流预充，再恒流充电、最终恒压充电，当恒压充电电流小到必定程度时，体系判别电池足够并中止充电;镍镉电池，先小电流预充，再快速恒流充电，当检测到电池电压第一次下降时，体系判别电池足够并中止充电;镍氢电池，先小电流预充，再快速恒流充电，当电池电压呈现零增长时，判别电池足够并中止充电。

铅蓄电池和锂离子电池自放电率低，电池充满后可直接中止充电，镍氢和镍镉电自放电率高，如夜间无人看守充电时，可在电池足够后选用涓流充电办法给电池弥补电荷，使蓄电池坚持足够电状况。

3 结语

试验结果表明，所规划的多功能充电体系能正常工作，输出的直流电压平稳、纹波小，充电进程操控精度高，能快速稳定地为各类蓄电池充电，并在蓄电池充满电后及时中止充电，有实践应用推行价值。