張大為, 張凱, 萬(wàn)道軍, 畢濤

一種蓄電池充放電電路的設(shè)計(jì)

張大為1, 張凱1, 萬(wàn)道軍2, 畢濤3

（1. 海軍航空工程學(xué)院 控制工程系，山東省 煙臺(tái)市 264001；2. 海軍航空工程學(xué)院 訓(xùn)練部，山東省 煙臺(tái)市 264001, 3. 海軍航空工程學(xué)院 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)部，山東省 煙臺(tái)市 264001,）

應(yīng)用電容濾波穩(wěn)壓電路原理設(shè)計(jì)蓄電池充放電主電路，再應(yīng)用繼電器開(kāi)關(guān)原理設(shè)計(jì)出控制電路，實(shí)現(xiàn)不同充電電壓的選擇。為了加強(qiáng)蓄電池充放電電路的安全性能，設(shè)計(jì)出一種限壓、限流的保護(hù)電路。根據(jù)蓄電池充放電的基本原理、特性、方法等,設(shè)計(jì)出一種簡(jiǎn)易、實(shí)用的充放電電路，具有良好的可逆性和穩(wěn)定性。

蓄電池;濾波 容量 整流 控制電路

0 引言

蓄電池技術(shù)是一種涉及功率半導(dǎo)體器件、綜合電力變換技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等多學(xué)科的邊緣交叉技術(shù)。在現(xiàn)代通訊、電子儀器、計(jì)算機(jī)、工業(yè)自動(dòng)化、電力工程、國(guó)防及某些高新技術(shù)中發(fā)揮著重要作用[1]。傳統(tǒng)的蓄電池充放電方法存在充電緩慢、安全性能不好等缺點(diǎn)。隨著理論的不斷創(chuàng)新和工藝的不斷成熟，一些新的充放電電路的理論成果不斷的提出并且不斷的投入到生產(chǎn)實(shí)踐中。根據(jù)蓄電池充放電的基本原理、特性、方法等，設(shè)計(jì)出一種簡(jiǎn)易、實(shí)用、方便的充放電電路，通過(guò)設(shè)計(jì)出的充放電電路解決蓄電池充放電電壓的單一選擇難題，具有安全的保護(hù)電路性能，避免蓄電池因過(guò)充、欠充、過(guò)流、過(guò)壓造成電路的燒毀[2]。

1 蓄電池的充放電單元模塊

充、放電單元是對(duì)蓄電池容量檢測(cè)和對(duì)蓄電池進(jìn)行自動(dòng)充、放電的設(shè)備。該裝置融合了微處理器、電力電子等技術(shù)，具有自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)便、安全可靠等特點(diǎn)。蓄電池充放電、測(cè)試均由PLC自動(dòng)控制，可根據(jù)設(shè)定的充電電流、充電時(shí)間、放電電流、放電時(shí)間、終止電壓和放出容量自動(dòng)關(guān)機(jī)，防止蓄電池過(guò)度充放電；采用液晶顯示，操作方便，實(shí)時(shí)顯示充電電流、充電時(shí)間、放電電流、放電時(shí)間、電池電壓、放出容量，顯示信息量大；采用電流閉環(huán)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)恒流充、放電并可調(diào)控充、放電電流[3]。為了避免一般的高頻開(kāi)關(guān)電源電路所帶來(lái)的電磁干擾以及電路復(fù)雜等缺陷，充、放電模塊完全采用直流電路，不涉及高頻交流電路，而且將充電和放電電路設(shè)計(jì)成同一電路，該電路的運(yùn)行根據(jù)充放電的要求而定，因而具有可逆性，這樣既不存在電磁干擾問(wèn)題，又可使整個(gè)充放電電路得到大大地簡(jiǎn)化。蓄電池的充放電單元模塊圖如圖1所示。

圖1 蓄電池的充放電單元模塊圖

圖2 蓄電池充放電電路原理圖

2 蓄電池的充放電原理電路

蓄電池主電路的設(shè)計(jì)是通過(guò)充放電原理，按照其原理圖結(jié)構(gòu)、電力電子技術(shù)相關(guān)知識(shí)繪制的，根據(jù)結(jié)構(gòu)原理，蓄電池主電路主要包括整流濾波電路、穩(wěn)壓電路、DC/DC模塊、開(kāi)關(guān)機(jī)、主開(kāi)關(guān)控制電路等。蓄電池充放電電路原理圖如圖2所示。

工作原理如下：

1）單相交流電經(jīng)變壓器變壓、整流橋整流濾波、由7805、7808模塊將直流電壓調(diào)整穩(wěn)定在5 V，再經(jīng)DC/DC模塊升壓到15 V，給主電路供電[4]。

2）當(dāng)需要充電時(shí)，光耦二極管電路組成的主開(kāi)關(guān)控制電路的左側(cè)接充電用電源，當(dāng)蓄電池充電電壓為2 V時(shí)，該電源由15 V電源和變阻器調(diào)節(jié)成3～4 V；當(dāng)蓄電池充電電壓為12 V時(shí)，該電源由另一個(gè)24 V直流電源和變阻器調(diào)節(jié)而成15 V。該電源經(jīng)主開(kāi)關(guān)控制電路向其右側(cè)的蓄電池充電。

充電方式可以選為階段恒流方式，可以設(shè)置成多步充電階段自動(dòng)轉(zhuǎn)換，用戶可以通過(guò)面板鍵盤設(shè)定充電電流、電壓、時(shí)間等參數(shù)。為了方便用戶使用，可以將不同類型的電池工作參數(shù)設(shè)定在程序段中，在需要時(shí)直接調(diào)用即可。

3）當(dāng)需要放電時(shí)，主開(kāi)關(guān)可逆主電路的左側(cè)接放電蓄電池，主開(kāi)關(guān)可逆主電路的右側(cè)接放電電阻負(fù)載。

3 結(jié)論

本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用橋式整流、電容濾波穩(wěn)壓電路原理設(shè)計(jì)蓄電池充放電主電路，在應(yīng)用DC/DC轉(zhuǎn)換器、光電耦合開(kāi)關(guān)等器件加強(qiáng)主電路的穩(wěn)壓、可逆性；另外應(yīng)用繼電器開(kāi)關(guān)原理設(shè)計(jì)控制電路，達(dá)到不同充電電壓的選擇；其次為了加強(qiáng)蓄電池充放電電路的安全性能，設(shè)計(jì)出一種應(yīng)用集成運(yùn)算放大器進(jìn)行限壓、限流的保護(hù)電路；本設(shè)計(jì)根據(jù)蓄電池的充電原理及特性曲線設(shè)計(jì)出的充放電電路符合設(shè)計(jì)要求，達(dá)到本設(shè)計(jì)的目的。

[1] 杜軍. 基于P89V51RD2的多功能蓄電池充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 國(guó)外電子元器件, 2006, (7): 53-57.

[2] 王艷茹. 脈沖充電提高鉛蓄電池充電效率的研究[J]. 電池工業(yè), 2010(4): 222－225.

[3] 黃海宏, 王海欣等. 電動(dòng)汽車分布式電池充放電管理的研究[J]. 電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào), 2009, 23(6):68-73.

[4] 張崇巍, 張興等. PWM整流器及其控制[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2003, 45－48.

Design of Charging and Discharging Circuit for Batteries

Zhang Dawei1, Zhang Kai1, Wan Daojun2, Bi Tao3,

(1. Naval Aeronautical and Astronautical University, Yantai 264001, Shandong, China; 2. Department of Training, Naval Aeronautical and Astronautical University, Yantai 264001, Shandong, China; 3. Department of Basic Experiment, Naval Aeronautical and Astronautical University, Yantai 264001, Shandong, China,)

TM912

A

1003-4862（2014）10-0023-02

2014-03-11

張大為（1979-），男，講師。研究方向：電氣工程電力電子技術(shù)。