智能充电（精选11篇）
智能充电 篇1
0 引言
据国家新能源汽车产业发展规划相关文献资料表明,20102015年是我国电动汽车实现产业化、系统化、和规模化推广使用的关键五年。从我国电动汽车发展和应用现状来看,很多专家推测2016年将是我国电动汽车产业化集约化生产发展的拐点,电动汽车研究发展和实际应用将进入高速成长期。据一些不完全调查统计资料预测,到2020年就东部沿海上海市其电动汽车的市场规模预计将可以达到35万辆(按市场渗透率为15%进行估算)。大量电动汽车的充电将会给电网带来新一轮的电力负荷快速增长,假设以每辆电动汽车配置12k W·h的蓄电池进行估算,则上海市所有电动车一天所需充电容量将会达到337万k W·h(此处同时利用系数取0.8进行计算),这就势必会增大电网用电负荷峰谷差,给电力系统发电、输电、以及配电环节提出了更大的压力。智能电网建设发展的核心在于采取新的技术手段,充分挖掘电网中的能源潜力,有效提高电网能源的综合利用效率和运营经济效益,同时达到节约能源资源,保护环境的目的。在大量电动汽车充电负荷的加入后,智能电网要根据充电负荷实际需要,构筑适应多种能源供需单元的发电、配电、以及用电自适应调节控制系统,以期更加适应多元化电能供需的市场化电能高效利用交易需要,在确保电动汽车充电等多样化电力负荷接入与电网运营安全互动的基础上,更加适应各类电力客户自主选择、智能自动化操作需要。电动汽车入网(V2G)技术就是电动汽车的能量按照并网智能控制策略,在受控状态下实现与电网间的安全稳定双向互动和能量交换,是“智能电网技术”中能源优化利用的重要组成部分。在V2G电动汽车入网技术中,电动汽车蓄电池的充放电被统一智能调配,即按照充电汽车既定的充放电控制策略,在满足电动汽车用户安全稳定行驶需求的前提下,最小化电动汽车接入电网中带来的谐波等污染,实现电动汽车充电与电网的安全互动。智能快捷的充电方式成为电动汽车充电技术发展的趋势,智能充电技术的开发应用具有远大的前景。
1 电动汽车充电功率特性
1.1 电动汽车充电电池特性比较
从大量文献资料和实际应用调查统计资料可知,目前可以投入使用的电动汽车用电池的最低技术指标为:比能量应大于100(w·h)/kg;比功率应大于150w/kg;循环充放电寿命应大于600次;续驶里程应大于200km;市场价格应低于150美元/kw.h;以及可靠性和安全性应符合相关技术标准等。目前,电动汽车上常用的蓄能电池主要包括:铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池、以及铿电池等。中国蓄能电池成组技术的不足,导致电池充放电循环寿命缩短,这也是制约我国电动汽车研究发展和使用的瓶颈之一。如对于单体循环寿命在8001000次的锂离子电池而言,利用成组技术应用到电动公交车上后,其循环使用寿命就只有400600次左右,有的甚至更低。我国部分商业化电动汽车其电池组性能比较如表1所示。
电动汽车上常用的铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池,其比能量、比功率、以及安全可靠性等基本性能比较如图1所示。
从图1可知,目前电动汽车上使用的几种电池各自有各自的优缺点,没有一种能够真正占据各个性能方面的优势地位。这也就是目前市场上电动汽车应用领域存在多种蓄电电池共存的主要因素。但从实际应用角度出发,锂离子电池除了在在价格和安全性方面较其它电池处于微弱劣势外,其他方面均具有非常良好的性能和绝对领先地位,因此,锂离子电池在电动汽车应用领域有进一步研发和大规模应用的前景。
1.2 V2G电动汽车与电网能量交互技术
V2G技术中,电能是一个双向、实时、动态控制、在车辆和并联电网间相互流动的能源资源。电动汽车上得自动充放电装置内部既有与电网动态交互的控制回路,同时也具有与车辆能量管理动态交互的控制回路。电能在电网与电动汽车间的交互过程中所产生的信息主要包括能量转换信息、车辆电能需求信息、电网运行工况状态、车辆基本信息、计量计费信息等。也就是说电动汽车接入到电网的过程,实际上是一个集电力电子、电力通信、电力调度、电能计量、电能质量在线监测、以及电力需求侧管理等众多技术为一体的高端综合应用系统。V2G技术中智能充电装置逻辑组成结构图如图2所示。
图2中,SM电能仪表主要由智能电能计量装置组成,具有双向实时计量、本地信息动态存储等功能。SM智能电能仪表包含RS485通信方式与EV-PCS双向智能充放电控制灌注,通过EV-PCS装置向UT用户终端传送电量实时信息;EV-PCS双向智能充放电控制管理装置,主要由低压控制器和本地智能管理主机共同组成,用于实现电动汽车车辆和并联电网间的能量的双向交互控制管理,V2G电动汽车与电网能量交互的关键装置;UT用户管理终端,也称为可视化人机交互终端,是电动汽车电能用户与电网进行信息交流主控界面,电动汽车用户可以通过可视化触摸界面了解用电量、实时电价、以及需要缴纳电费等信息数据;BMS电池管理系统是电动汽车电池数据信息采集、传输、分析运算、以及电池运行工况状态实时监控的核心设备,可以通过CAN总线与EV-PCS双向智能充放电控制管理设备进行实时通信,通过EV-PCS向EMS后台管理系统传输电动汽车车辆、电池状态等信息;EMS后台管理系统是整个V2G控制系统的控制中枢,对上与电网调度系统进行实时通讯,获取电网实时电力负荷信息,并执行电网调度系统通过内部智能分析获得电网调度指令,对下则与电动汽车EV-PCS装置进行实时通信,即可以获取车辆、电池运行工况状态信息,同时还可以并行下发分配电网调度控制指令。
2 电动汽车充电模型结构
目前,应用到电动汽车上的充电机一般是高频充电机,电动汽车的动力蓄电池充电方法与充电控制策略普遍采用典型且应用较为成熟的两阶段充电方法,即:横流限压/恒压限流,CC/CV充电控制技术。以高频充电机和CC/CV充电控制策略为主的电动汽车充电模型结构如图3所示。
从图3可知,电动汽车一般充电结构模型主要由三相桥式不控整流电路对三相电网的三相交流电源进行整流,然后经滤波电路滤波后经过高DC-DC进行功率变换后,转换成直流对直流变换,然后通过输出滤波给电动汽车蓄电池充电。
由于受蓄电池储能技术等因素的制约,电动汽车的容量均比较小,在现有的蓄电池容量水平调节下,单个或少量电动汽车分布式电源不会对智能大电网系统的稳定运行产生影响。但是,随着电动汽车研究发展的不断进行,这种分布式小容量充放电电池必将成为大电网中的重要电力负荷,这就会影响到电网系统的稳定运行特性。电动汽车在进行充电过程中,由于其具有很强的空间位置和时间波动性,很容易造成电网负荷出现有功和无功功率的不平衡,造成电网电压发生波动、谐波等问题。因此,在电动汽车接入电网后,要充分考虑电动汽车充电过程对电网的影响,并采取有针对性的控制策略,最小化电动汽车充电对电网的污染,提高电动汽车充电安全与电网稳定运行性能水平。
3 电动汽车充电产生谐波对电网的影响
3.1 谐波产生原因
目前电动汽车上常用的充电设备主要包括“不控整流+斩波器”和“不控整流+DC/DC变换器”两种主要形式。其中“不控整流+斩波器”属于早期的充电产品,这种充电设备在充电过程中会向电网注入非常大的谐波电流。据一些研究资料表明,“不控整流+DC/DC变换器”充电模式其电流总畸变率可以高达86.2%,其所产生巨大谐波电流对电网污染特别大,不适合大规模集中接入到公用电网中进行充电。“不控整流+DC/DC变换器”充电形式其充电电路逻辑组成框图如上图3所示。该种充电电力路结构,其直流侧电压纹波较小、充电过程动态性能较好、高频隔离、以及充电电路结构简单体积小等优点,但是该种充电电路依然存在电网侧电流谐波较大(大约在30%左右)和功率变化效率较低等问题。该种充电电路在运行过程中其电压与电流波形如图4所示。
从图4可知,“不控整流+DC/DC变换器”充电机较“不控整流+斩波器”老式充电机在充电性能、谐波抑制等方面均有了明显的改善。但电动汽车上常用的“不控整流+DC/DC变换器”充电机其在运行过程中,谐波电流总畸变率依然高达26.5%,奇次谐波其谐波电流相当大,尤其是5、7、11、13次等高次谐波电流分量远远大于GB/Z17625.6-2003电磁兼容限值规定中的电网接入谐波电流限制技术条件要求。
3.2 电网谐波污染影响
电动汽车在充电过程中向电网注入谐波分量,会使测控装置中的电流表、电压表、功率表等计量仪器仪表产生较大的误差。过量谐波电流会造出电网系统中并联的大容量电容器发生损坏。较大的谐波电流会增加电网系统的能耗,同时还会产生较大的热量降低电网系统运行可靠性。谐波还会使电动汽车充电控制保护系统发生误动、拒动等不利工况,有的甚至会发生跳闸等事故。
3.3 降低电动汽车充电对电网影响的应对策略
3.3.1 选用PWM新式整流充电设备
新式充电设备由IGBT组成的三相电压型PWM整流器和高频隔离DC/DC变换器共同组成,其典型逻辑组成结构框图如图5所示。
在图5中,设定PWM整流充电机的交流侧电感值L取0.005 H,电阻R取0.5Ω,交流侧电容C取2215μF,相应直流侧基准电压取700V。经仿真实验后,PWM整流电路交流侧电压和电流、直流侧电压波形分别如图6和图7所示:
从图6和图7可知,PWM整流电路的交流侧电压与电流间相角几乎为零,且电压电流和波形畸变小。PWM整流充电机的变压器高压侧与电网连接处的各次谐波含量分别为:5次谐波分量的最大含有率为3.5%,7次谐波分量的最大含有率为1.8%,11次谐波分量的最大含有率为1.41%,13次谐波分量的最大含有率为1.23%。也就是说采用PWM新式整流充电设备,其可以达到减少电动汽车在充电过程中产生的谐波分量值,有效提高电网运行电压稳定性和供电电能综合质量水平。
3.3.2 在电网系统中使用滤波器
有源(或无源)交流滤波器在电网系统中的使用,可以通过电力电容器、电抗器、以及电阻器等相互组合形成具有滤波功能的装置,与电动汽车充电站负荷相互并联工作,不仅可以起到滤波作用,同时还可以兼顾无功补偿和动态调压的作用,有效提高电网运行安全稳定性。
3.3.3 优化充电机的投入间隔控制策略
集中协调法的模糊优化控制方式,由模糊控制理论、神经网络等优化控制算法相结合,它根据所收集到的电能供需侧的实时信息,动态判断出电动汽车充电电流分配的优先权,进而确定电动汽车充电站的充电器优化调配数量和每辆电动汽车的充电电流,通过反复的动态调节,防止充电站中充电电流需求出现较大波动等不利工况,确保电网负荷保持基本动态平衡特性。
4 结束语
电动汽车接入电网是一个复杂的调节控制过程,除了要根据电池的充电特性合理考虑电动汽车电池充电和接入电网的控制系统外,还应考虑电动汽车在充电过程所产生的谐波分量对电网的影响。对于集中式、采用充电机进行充电的大量电动汽车接入到电网进行充电时产生的谐波污染,除了要结合工程实际情况考虑加装谐波治理装置以外,还应从选用新型PWM整流充电机、优化充电机的投入间隔控制策略等方面有效抑制电动汽车充电过程中的谐波分量,实现电动汽车充电与电网稳定运行的安全互动。
参考文献
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[6]陈新琪,李鹏,等.电动汽车充电站对电网谐波的影响分析[J].中国电力,2008(9):34.
智能充电 篇2
学号____200805050039_____，姓名__杨栋___，专业电子信息工程
1.课题内容
手机已经在我们的生活中占有越来越重要的低位，手机电池充电器对于每一位手机用户来说也成为了必不可少的工具。不断更新的手机电池对充电器也提出了新的要求。
随着微电子技术的快速发展，使得各种各样的电子产品不断的涌现，并朝着便携和小型轻量化的趋势发展，为了能够更加有效地使用这些电子产品，可充电电池得到快速的发展。常见的可充电电池包括镍氢电池、镍镉电池、锂电池和聚合物电池等。其中，锂电池以其高的能量密度、稳定的放电特性、无记忆效应和使用寿命长等优点得到广泛的应用。锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。它具有较高的能量重量比、能量体积比，具有记忆效应，可重复充电多次，使用寿命较长，价格也越来越低。但锂电池对于充电器的要求比较苛刻，需要保护电路。为了有效利用电池容量，需将锂电池充电至最大电压，但是过压充电可能会造成的电池损坏，这就要求较高的控制精度。因而这就要求我们设计比较科学的充电器，采用专用充电控制芯片配合单片机控制的方式则是目前较好的方法。通过单片机对芯片的控制，可以实现充电过程的智能化。而充电器的智能化可以缩短充电的时间，同时能够维护电池，延长电池使用寿命。所谓智能充电器是指能根据用户的需要自主选择充电方式，并且在充电过程中能对被充电电池进行保护从而防止过电压、电流和温度过高的一种智能化充电器。单片机的智能充电器，具备业界公认的功能，可以检测出电池充电饱和时的电压变化信号，比较精确的结束充电工作。这些充电器芯片往往具备了充电控制过程，加上单片机管理功能，如时间控制电源关断蜂鸣报警和液晶显示等，可以完成一个较为使用的充电器。随着电子技术的发展，芯片体积小型化及其价格的下降，智能充电器大规模的批量生产已经成为可能，而智能充电控制器具有操作简单，可靠性高和通用性强等优点，是充电控制器家族中一个重要组成部分，也是未来充电控制器发展的主要方向，实现电路简单，成本较低，而且充电效果很好，包括安全性高，耗时短，对电池损坏小，满足一般用户的要求。因此，对
充电控制器智能化的研究与应用具有深远的现实意义。
2.文献综述
[1] 胡汉才.单片机原理及其接口技术.清华大学出版社，1996.本书以MCS-51为主线，系统地论述了单片机的组成原理、指令系统和汇编语言程序设计、中断系统、并行和串行I／O接口以及MCS一51对A／D和D／A的接口等问题，并在此基础上讨论了单片机应用系统的设计。全书内容全面、自成体系、结构紧凑、前后呼应、衔接自然、语言通俗且行文流畅。
[2] 台方.微型计算机控制技术.中国水利水电出版社，2001.本书以新型微处理芯片MCS-51系列单片机为主线，阐述了微型计算机控制系统的组成、原理、接口技术、控制算法、常用控制程序、设计方法和步骤等内容。结合高职教育的教学要求，书中列举了大量实例，并全部给出电路图及程序清单（所有程序均运行通过，且都可以从中国水利水电出版社的网站下载），程序设计全部结合控制系统实例进行讲解，具有较强的实用性.[3] 侯振鹏.嵌入式C语言程序设计.北京人民邮电出版社，2007.6.本书介绍使用C语言编写8051单片机程序，向读者介绍了使用模块化程序设计的技巧，让编写程序变成一件很容易的事。书中内容包括：MCS51的硬件体系结构介绍、基本工具的使用、C语言程序的编写、基本程序范例、高级程序范例及项目开发等。本书还向读者介绍了自己如何制作烧录器。本书内容由浅入深、循序渐进，适合于作为大中专学校的单片机课程教材，也适合于读者自学单片机程序开发。
[4] 孙涵芳.MCS-5196系列单片机原理及应用.北京航空航天大学出版社，2004.3.本书详细介绍MCS－51系列单片微型计算机的硬件结构、组成原理和指 令系统。结合应用实例简述系统的扩展和组成方法，并有较完整的应用系统 例子供读者参考。书中的实用程序可为读者在研制软件时提供捷径。本书还以相当的篇幅介绍具有串行通信接口的增强型单片机RUPI－44 和MCS－96系列16位单片机，使读者能及时掌握新的发展方向。本书的特点是深入浅出，阐述清晰，有较丰富的应用实例。
[5] 王宜怀，刘晓升.嵌入式应用技术基础教程.北京：清华大学出版社，2005.7.全书共18章，分三个部分。第1部分共7章，为相关基础知识及HC08
系列单片机入门，主要介绍嵌入式应用的硬件与软件基础。同时给出了HC08系列单片机的基本入门知识，包括基本结构、汇编语言及08C语言基础，介绍了实验环境，提供了第一个实例。第2部分共6章，为HC08系列单片机的功能模块及基本应用，包括GP32的SCI、SPI、键盘、A/D、定时器、Flash存储器在线编程及其他功能模块，还给出了LCD与LED的编程，该部分为本书的重点内容。第3部分共5章，为常用外设的应用扩展，包括USB接口、CAN通信接口、编程器的开发、嵌入式以太网接口，以及非接触式IC卡读写器等开发实例，该部分内容来自于实际的开发项目，主要目的是给出一些常用接口的应用范例，供读者实际应用时参考。各章都附有练习与思考题。
[6] 李朝青.单片机原理及接口技术.北京航空航天大学出版社，2005.10.《单片机原理及接口技术》以流行单片机芯片AT89C51为主体介绍了单片机的原理、常用单片机接口技术及应用。全书共9章，在硬件基础知识、汇编软程序设计的基础上，按照单片机产品的开发流程，介绍了调试工具软件Keilc与调试仿真工具软件Protues。用11个实训将产品开发的流程理念充分贯穿于其中。达到在稳固掌握基础原理的基础上再应用与开发。融教、学、做一体于教材中
[7] 石东海等.单片机数据通信技术从入门到精通.西安:西安电子科技大学出版社, 2002.本书系统地介绍了单片机在数据通信方面的应用技术。主要介绍了单片机与PC机之间的通信技术,包括在Windows环境下通过标准串口通信的编程技术,在VB、VC、C++Builder和Delphi等高级语言中实现串口通信的编程方法和参考程序,通过PC机标准键盘接口进行数据传输的技术,以及单片机同PC机并行传输数据的例子。
[8] 龚运新.单片机C语言开发技术.清华大学出版社，2006.1.本书是全面介绍怎样学习、研究单片机的教科书，是一本贴近产品开发的实用性较强的教材。书中介绍厂实际开发单片机产品的方法和必备的工具，以及开发单片机产品的全过程。主要介绍MCS－5l单片机结构、单片机最小系统、单片机硬件仿真、软件仿真、编程固化、单片机C语言、程序设计、定时器使用方法、中断使用方法、系统扩展技术、单片机产品设计。本书是计算机应用系列教材，具有较强的系统性、先进性、实用性。内容从简单到复杂，由浅入深，辅
以实例和KeilC7.0软件仿真，通俗易懂，符合学习应用技术的认知规律，便于授课及自学。
[9] 邵贝贝,龚光华.单片机的认识与实践.北京：北京航空航天大学出版社, 2006.本书前8章是为高等院校电类低年级本科生“单片机认识与实践”课程撰写的教材，目的是使学生在尚不具备微机原理等相关知识的情况下也能尽快入门，尽早上手开始相关实践活动。书中强调单片机应用的多样性和个性化。从补充相关硬件知识开始，讲解如何设计基本硬件系统，从而在不使用仿真器的情况下搭建基本硬件开发条件；从编写简单的单片机监控程序开始，讲解如何使用c语言进行单片机编程，从而建立软件的开发环境，即从硬件、软件两个方面引导读者快速入门。
[10] 孙育才.MCS-51系列单片机原理及应用.南京：东南大学出版社，2004.本书第4版在保持第3版的风格和特点基础上进行了进一步的整理，在结构上作了更合理的调整，并增加了对8052增强型的论述。全书共分9章，前6章着重于硬件结构、功能特点、指令系统、中断系统等基本原理、基本概念的阐述，后3章阐述程序设计技术、外部功能扩展、开发与应用，并结合应用举例，着重于应用和设计。叙述更淅晰，重点突出，理论与应用紧密结合，实用性强。
[11] 何立民.单片机高级教程．北京：北京航空航天大学出版社，2001.本书为普通高等教育“十一五”国家级规划教材，以80C51系列单片机为主线，在介绍单片机原理、典型结构、基本功能单元的基础之上，重点讲解了单片机应用系统设计的软、硬件技术。内容包括：单片机基本结构与工作原理，80C51单片机的指令系统，80C51单片机基本功能单元与操作原理，最小应用系统设计，并行扩展技术，串行扩展技术，应用程序设计技术，最小功耗系统设计，可靠性设计等。较之第1版，重写了单片机的体系结构以及基本练习中的C语言程序，并针对原有的错误进行了修订。
[12] 沙占友，孟志永，王彦朋.单片机外围电路设计.北京：电子工业出版社，2006.6.本书从实用角度出发，全面系统深入地阐述了MCS－51单片机及其兼容机外围电路的设计与应用。本书介绍了各种智能化/网络化集成传感器、传感器系统的原理与应用、数字IC及智能传感器接口技术、单片机测控系统的设计、数据采集系统及新颖检测电路的设计、智能仪器专用集成电路及其应用、单片机系
统稳压电源的设计、电源监控及保护电路和单片机测控系统的抗干扰措施等内容。
[13] 柯尼汉,里查.C程序设计语言(新版)[M].北京:机械工业出版社,2004.《C程序设计语言》(第2版新版)讲述深入浅出，配合典型例证，通俗易懂，实用性强，适合作为大专院校计算机专业或非计算机专业的C语言教材，也可以作为从事计算机相关软硬件开发的技术人员的参考书。
[14] jean j.Labrosse the YUAN Qin-Yong, Kim HUANG Shao, such as translation.Embedded system components(the original version 2).Beijing: Machinery Industry Press, 2003.嵌入式系统构件资料，Jean J.Labrosse写的按键、显示、串口等模块的接口实现。
3.参考文献
玛雅400U智能旅行充电器 篇3
在包装方面，400U采用了两层方形的纸盒包装，看起来显得并不怎么精致。打开白色外包装内部的亚麻色盒子，整个产品映入眼帘—充电器主体旁边整齐的放置着4款不同类型的插头。我们先来看看充电器的主体，镜面材质的充电器一侧分布着两白两黑4个USB插口（官方的解释是苹果设备用白色，其他设备用黑色）。在三围尺寸方面，400U主体的长度为76mm，宽度为55mm，厚度仅有30mm，就像一个小型的充电宝。而400U配备的4个充电接头—国标、英标、美标和韩标，几乎涵盖了所有国家的各种电源接口标准，无论去哪个国家出差或旅游，只需要带上相应的转接头以及充电器即可。
到底好不好，测过才知道
介绍完整体外观，我们就来看看400U具体使用起来如何。由于笔者曾经购入过一个羽博4U充电器（以下简称4U），在后面的体验中，就尚且用它来和400U做一个对比吧（4U别怪我，鲜花还得绿叶衬嘛）！
充电器最重要的功能是什么？没错！就是充电。所以笔者特地去跟“隔壁老王”借来了专业的功耗测试仪跟电流测试仪。通电后，400U内置的蓝灯开始泛起微微的蓝光，用来提醒用户此充电器已经有电流，而此时功耗测试仪上显示的功耗是0.1W—也就是说在不接任何负载的情况之下，400U的功耗低得几乎可以忽略不计，蓝灯的设计还可以用来检测插座是否通电。
在充电效率测试中，笔者试着用400U跟4U充电器来进行比较。用来测试的设备为一台iPhone 6s手机。由于篇幅原因，具体的测试过程笔者就不再累述了。整套测试结果为：400U在两个半小时左右将一台空电iPhone 6s充满，而4U则要逊色许多，为iPhone 6s充满电足足用了4个小时。
而在满载测试中，笔者把4个接口同时插上手机，400U的实际测试功率达到25.9W，与其包装上的标值27W相差不大，没有现在市面上其他电子硬件惯用的“虚标”，值得肯定。
俗话说“路遥知马力”，笔者在使用了400U半个月之后发现，在待机状态下，如果长时间不插入需充电的设备，400U还能自动切断电源，防止额外耗电。不仅如此，400U还有高温保护机制，防止由于充电负载过大带来而发热严重带来的安全隐患。
小编观点
矿灯智能充电管理系统探析 篇4
由于我国煤矿事故发生率居高不下, 煤矿企业的安全问题一直是国家和社会关注的重点, 煤矿事故的发生会给国家和人民的生命财产安全带来严重的损害。矿井内的矿灯可以说是矿工的眼睛, 是安全生产的第一保障, 如果矿灯出现问题, 那么其他安全设备也很难发挥作用。不断推进矿井矿灯智能化、自动化是近几年来煤矿安全设备发展的方向。笔者从矿灯现状开始, 对矿灯智能充电管理系统进行了深入探究。
1 当前我国煤矿企业矿灯现状
总体来说, 我国国内各煤矿企业基本上采取粗放式的管理模式, 对于矿井矿灯充电的监测和管理更是注视度不够, 自动化和智能化程度大大落后于国外煤炭开发大国。落后的矿灯管理模式不仅浪费人力物力, 也给煤矿企业的安全生产留下了隐患。
1.1 矿灯充电的普遍情况
目前, 我国国内大多数煤矿企业的矿灯类型, 一般为酸性或碱性蓄电池。这种电池充电模式自发明以来已经历经了一个多世纪, 在技术和功能方面都存在一定问题。对于蓄电池的日常维护也较为复杂, 零件内部老化现象严重, 容易发生事故。这种类型的矿灯已经无法通过技术改进而获得升级, 急需进行更换。
1.2 矿灯监测管理的普遍情况
煤矿企业对于矿灯的监测和管理情况也存在着许多问题。没有一个科学稳定的监测管理系统, 矿灯各种电量数据不能够准确、快速地收集起来并传达给工作人员。许多矿灯的充电电流和电压情况都显示在充电架上, 在这种情况下, 工作人员只能到达现场进行人为度数而不是自动上传。另外, 充电过程是否顺利正常也需要工作人员巡检确认, 工作人员的工作量在无形当中增加了很多。更让人担忧的是, 工作人员往往不能完全发现矿灯充电所发生的问题, 这就给煤矿井下施工埋下了安全隐患。工作人员对于矿灯的取走时间、充电时间、充放电循环次数也没办法全面掌握并控制。所以, 目前国内大多数煤矿企业对于矿灯的更新问题都采用18个月强制更换的方法。然而由于使用频率不一, 有些矿灯在18个月以内可能没有达到足够的充放电循环次数, 强制性更换的模式将造成资源的浪费。
2 矿灯智能充电管理系统介绍
针对上述问题, 以下介绍了矿灯智能充电管理系统, 该系统能够提高煤矿企业矿灯管理的智能化和自动化, 强化矿灯管理的准确性和稳定性, 减少工作人员的工作量, 并避免资源浪费。
2.1 智能充电管理系统研发
智能充电管理系统的研发需要充分考虑煤矿企业矿井下的实际情况, 在掌握井下矿灯状况的基础上进行系统研发。项目的现场调研包括对于各种类型长点架数据的获取, 灯房具体尺寸的测量, 视频监视系统线路的设计和尺寸测量, 通讯系统线路的设计和尺寸测量。根据以上数据测量确定具体方案, 包括系统硬件和软件的设计开发, 以及系统实验, 最终项目验收。
2.2 智能充电管理系统硬件
该矿灯智能充电管理系统应用了目前较为先进的红外线传感器技术。传感器将被放置在充电架充电灯位处, 通过感应信号可探测到矿灯的存在与否。红外传感技术还可以对矿灯进行定位监测, 并通过光谱锁相测量技术来增强信号强度;该矿灯智能充电管理系统应用了AD数模采样技术, 能够实时获取矿灯充电过程中的电流和电压等数据, 并帮助工作人员判断出矿灯的充电状况, 充电完成与否, 是否处在故障等;该矿灯智能充电管理系统应用了485总线和宽带网络技术, 能够将采集到的数据安全、稳定地传输到总机控制器;该矿灯智能充电管理系统还设置了故障报警器, 以此保证报警及时性。
充电架的现场施工的内容主要包括: (1) 原始充电架内部的电路拆除, 为红外线传感器的安装打孔。 (2) 在充电头固定处安装数据采集板, 同时把传感头对准已打好的孔。 (3) 将充电架的每层安装好电源及电源开关。 (4) 按照事先设计好的电路图安装好架内电气线路。 (5) 充电架的侧板内需安装充电管理系统的主控制板, 同时将控制板与匹配电源相连。通过从隔离变压器上引出220 V交流电, 与主电路连接。
信号线的现场施工的内容主要包括: (1) 为充电架信号线布置地埋槽, 将其以单信号线地埋的方式埋入地下。 (2) 监控的线缆则设置在天花板上面, 可沿柱体或墙面走向天花板。 (3) 所有的线路最终引至矿灯控制室。
2.3 智能充电管理系统软件
该矿灯智能充电管理系统的软件选用计算机软件Silvelight 4.0开放平台。软件设计采用Window Server 2008服务器。软件的设计要求界面简单, 人机友好, 信息录入和修改都较为方便, 易于管理。软件要建立在锂电池矿灯充电控制硬件的基础之上, 硬件充电控制方式采用单片机控制, 可保证足够的准确性及稳定性。该系统的数据存储稳定性和安全性较高, 错误操作可及时提示, 避免出现电脑死机或者程序中断造成的数据丢失, 同时也对一些较为常见的黑客攻击进行了方案预警。软件在上电后, 首先进行各类接口、定时器的数据初始化, 然后由红外感应器判断该充电架位是否有矿灯在进行充电工作。若充电矿灯为新矿灯, 则充电次数清零, 否则, 已充电次数加一。在保证充电完成后, 软件控制充电端口停止充电。软件可根据收集到的电压电流数据进行矿灯状况的判断分析, 发生异常, 包括矿灯未充满就被取走的情况, 能够控制报警器报警。
2.4 智能充电管理系统功能
该矿灯智能充电管理系统可以实现的具体功能有以下几点。
1) 矿灯的充电自动化控制。矿灯使用的为锂电池, 在充电过程中, 当电池电量充满后, 系统会自动转换为涓充, 并且LED灯会显示充电完毕, 并自动终止充电。这样会使矿灯的使用寿命得到延长, 降低使用成本。同时会避免在倒班后, 矿灯由于电量不足影响正常工作。
2) 辅助矿工安全监测功能。对下井工作人员进行监测, 可以提供个人所在位置、个人信息以及下井时间, 避免安全事故发生。
3) 矿灯运行状态查询功能。可以随时查看充电架上满电量矿灯的数量以及取走矿灯的数量。
4) 各类数据的统计功能。可以统计某一时间充电架上被取走矿灯的数量, 由此推断出下井的具体人数。并且可以累计统计, 比如某盏矿灯的使用频率, 每月、每年共使用了多少次, 最终确定矿灯的使用寿命及是否需要更换。
5) 辅助矿工考勤及管理功能。通过矿灯统计矿工的出勤和工作时间, 可以统计当前工作矿工的数量。
6) 相关数据的修改打印功能。可以随时增加减少、修改矿灯和充电架的编号, 并详细的备份每次修改过程。
7) 管理系统的各级用户权限管理。可以分为一般用户与责任用户。一般用户查看的只是普通的信息, 而责任用户才有权限对数据加以修改, 以此避免矿工随意更改使用记录等情况的发生。
3 结语
总之, 通过将智能计算机充电检测和管理系统应用到煤矿企业矿灯管理中, 能够为煤矿企业的安全生产提供科学、合理的技术支持, 有助于提高矿井矿灯的稳定性, 并且借助于自动化管理也有助于减少人工的工作量。因此, 煤矿企业矿灯管理智能化和自动化是未来发展的方向, 我们应善于利用高新技术为国家、人民的财产乃至生命安全提供强有力的保障。
摘要：近几年来, 随着我国科学技术水平的不断进步和发展, 各行各业的机械自动化、智能化程度也在进一步加深。对于煤矿企业的安全设备来说, 矿井内的矿灯设备是重中之重。把自动化、智能化的高新技术应用到矿灯管理系统中, 不仅能够大大降低人工工作量, 还能提高充电系统的稳定性, 为煤矿井下安全提供坚实的保障。文章介绍了当前我国矿井矿灯现状, 在此基础上分析讨论了矿灯智能充电管理系统。
关键词：矿灯,智能充电,管理系统
参考文献
[1]潘俊涛, 袁国荣.矿灯智能充电监测管理系统的研究与应用[J].煤矿现代化, 2012, 2 (9) :41-43.
[2]曹凯, 李念强, 王永玲.矿灯智能充电管理系统[J].工业控制计算机, 2012, 11 (20) :102-103+105.
智能充电 篇5
解决方案
建
议
书
孝感市志德电子科技有限公司
二零一五年三月
目 录
第一章 公司简介------3 第二章 产品简介------3 第三章 行业背景------4 第四章 采用小区电动车充电管理计费系统的意义-------------------------6 第五章 小区电动车充电计费管理系统设计---6
一、用户需求------------6
二、设备功能：---------7 第六章 使用案例介绍 7
第一章 公司简介
孝感市志德电子科技有限公司位于湖北省孝感市，是中国唯一一座以“孝”命名的地级城市，中国孝文化之乡。因东汉孝子董永卖身葬父，行孝感天动地而得名。
志德是由在深圳打拼多年的有志青年组建而成，其名来意于：志存高远，厚德载物之意。怀揣创业的激情与梦想，并伴随对家乡的眷恋，放弃多年在深圳创造和拥有的良好资源，回家创业。经过三年多对二线城市的市场调查和深入了解，结合自身的优势和经验。成立了孝感市志德电子科技有限公司。孝感市志德电子科技有限公司专注于充电事业，凭借着在电子产品多年的技术和经验，依靠科技求发展，不断提高和满足客户的需求为己任。希望通过自身的努力建设一个集研发、设计、生产、销售为一体的专业化公司。公司提供专业的技术和优质产品。同时公司通过携手全国代理商进行全国市场拓展。经过一对一的培训让代理商从不懂到深入了解。并提供案孝感市志德电子科技有限公司
例讲解分析来帮助代理商开发当地市场。扶持代理商一起发展，真正实现双赢。现成功研发了小区智能电动车12路充电设备。未来也将继续四轮代步车充电站，电动轿车充电桩等多个产品。并在全国10多个二线城市有代理商加盟志德，拓展当地市场。公司本地实施项目50多家。成功安装设备500多台。志德坚持每年投入营业额的30%作为研发费用，不断推出适合市场需求的产品，通过对不同项目的需求分析，志德将提供项目整体的解决方案。
业精于勤，勤奋的志德人相信，勤奋才是获胜的关键。诚实守信，诚信的志德人相信，诚信才是立足之本。
因为相信而看见，坚信的志德人相信通过努力一定能看到属于自己的未来。
第二章 产品简介
本设备主要为物业小区及其它电动车集中存放处，提供有偿计量收费。可根据客户要求设置为投币和刷卡两种形式。彻底解决小区内因无充电、计量设备，致使业主在单元楼前，乱拉乱扯电线等诸多安全隐患现象提供解决办法。同时，也方便了业主，不需要再拆卸电池上楼充电。电动车集中管理，防止了被盗现象的发生，解决了电动车管理中的老大难问题。也为小区管理单位的物业规范管理，建立健全智能化管理配套设施，营造和谐社区。是物业单位和开发商打造多元化服务、人性化服务的配套设施选择之一。
产品特点：
智能检测电流 无保险丝设计 免维修
1、操作简单，方便使用，全自助化，刷卡或投币后即可使用。
2、灵活的调整单位币数的充电时间（20-990分钟），可灵活调整单位刷卡次数 扣费金额，如刷卡一次扣费0.3元、0.4元、0.5元、1.0元等。
3、精确显示充电倒计时（分钟），时间为零后自动断电。
4、充电完成，延时断电，时间归零。
5、精确控制过流保护，客户可自行设置（分三个档位）。
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6、投币刷卡收益可分开查询，避免管理漏洞。
7、设备可单独设置密码，避免其他小区同样设备通用，保证用卡安全。
8、电子计数，及时对收益了如指掌，更方便合作式经营管理。
9、设备可在不消费的情况进行余额查询，区别于其他设备只有消费才有余额显示。
9、具有断电记忆功能，停电后再来电时可以自动启动断电时的状态。
10、安装快捷方便，民用电220 V交流电源即可安装和使用。
11、可对十二台车（或多台车）同时充电，无需排队，达到集中管理的目的。
12、智能CPU识币系统，防钓币、防伪币、防电击功能，密码保护功能等。
技术指标：
【工作电源】：交流175V~250V 频率50Hz 【待机功率】：<3W 【环境温度】：-20℃~55℃
【单路最大输出电流】：0.9A-1.5A 【充电路数】：12路
【外形尺寸】：500X330X150mm 【充电方式】：刷卡或者投币
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第三章 行业背景
根据媒体报道，不少小区都存在乱拉电线给电动车充电现象，安全隐患令人担忧。在某城里街附近一个家属院狭窄的存车棚区，竟有10多条电线相互交错，宛如蜘蛛网一样从楼上引到小棚，车棚上往下吊着10余个插座，一些电动车正停在车棚内充电。居民滕先生说：“车棚存放的电动车太多，以前没有安装电源插座没办法给电动车充电，大家又不愿费力气把很沉的电池搬到楼上，所以只能从楼上扯电线充电，‘空降’电线也实属无奈之举。”
“如果下雨天，雨水落到插座上触电着火，怎么办？”面对记者的询问，滕先生说：“不用太担心，我们充完电会在家中拔掉电源的。”可也有居民说，这事儿往往“不怕一万，就怕万一”啊！，晚上睡觉了，还得记着拔插销，真是麻烦极了。
在电视台记者的采访中，记者了解到，大多数车主一般下班回家就为电动车充电，次日早上上班时拔下电源，连续充电时间一般超过12个小时。而电动车一次充电最多10个小时，如果充电时间过长，容易引起电瓶起火或爆炸。另有的小区业主在物业管理单位提供了一块充电插板的基础上，加插一个分线插板，这样一来交纳一辆车的费用，能够同时为两辆电动自行车充电。殊不知在这样做的同时，也是极危险的，如果是线路老化而用电功率过大，线缆发热脱落引起火灾，损失将无法估量，11.30日郑州柳林火灾事故就是一个典型的案例。
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电动车充电引发火灾（上图）
私拉乱接充电（上图）
电动车充电电池爆炸（上图）
各地对“完美”解决的渴求（上图）
充电难现象普遍，新楼盘配备设施。近几年，电动自行车的发展已经很普及，尤其是在二线城市，成为了很多市民重要的代步工具。因此，开发商在新建楼盘的过程中可以酌情考虑为电动自行车规划一片充电区，这样也可以有效地解决电动车充电难的问题。在我们看到的很多案例中，居民的电动车只能停放在路边、或者是其他的公共通道中。这样一来不方便居民对电动车进行充电，二来也不利于物业公司进行管理。开发商在规划充电区域的同时，配备相应的充电设施，管理单位合理收费。让居民养成良好的充电习惯，严防“空降蜘蛛网”的出现和可能发生的灾害事故，在保障安全的同时方便了居民，也让小区更加“智能”。
第四章 采用小区电动车充电管理计费系统的意义
作为智能建筑停车场管理系统的一部分，电动自行车充电管理站的建立，将会更加完善智能小区的配套设施。
规范小区设施管理，营造“贴心、和谐”社区。
便捷用户使用，避免拎电池上楼充电等现象继续存在，为中老年人使用电动设备提供方便。 有效的杜绝拉丝乱接等现象的发生，避免可能发生的火灾事故。
充满自动断电，有效防止过冲所带来的劣质电池爆炸等灾害事故，为小区的安全建设添砖加瓦。
用户持卡可在管理单位下属的任意充电设备充电，可操作性强。突显智能社区的便捷优势。
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通过集中的供电管理，有效节约能源。
收费方式合理，对使用频率高低用户而言，减少管理中可能存在的不同意见。 长期使用，能够延长电池的使用寿命，减少用户由于非正常充电导致的重复支出。
第五章 小区电动车充电计费管理系统设计
一、用户需求
在小区内，电动自行车的存在也是不可避免的事实。如果没有规划相应的电动自行车停车充电区域，私拉乱接或者搬电池上楼充电的现象时有发生。即便是统一安装了插座来集中供电，也不能排除长时间充电引发的各种灾害事故的出现，其次使用过程中也会出现业主与物业管理单位之间收费不合理的意见；如果发生充电引发的火灾等现象，安装插座集中供电有可能带来更大的财产损失，毕竟波及的范围相对集中。所以有必要划出电动自行车停放充电的区域，分类管理小区内的车辆。使用小区电动车充电计费管理系统对电动自行车进行规范的管理。作为高标准的住宅小区，将业主有可能使用到的设施尽量配套完备，满足多年后可能购置设备的发展要求。同时也为今后物业公司在管理电动车中更加的得心应手，不会出现催交下月充电电费而始终有拖欠等现象。同时也凸显开发机构的人性化服务，通过高品质、高配置、先进性来赢得公司大力发展。
二、设备功能：
*液晶显示屏，背光照明，数字显示，刷卡语音提示。*可输出控制12只充电插座，可同时为12台电动车充电。*抗干扰能力强，线缆可任意捆扎。*机壳采用1.2MM厚的冷板铁质。*主机具有总电源控制和漏电保护器功能。*主机可安装电能表。
*用户可任意选择空闲插座充电。*用户可刷卡充电，也可投币充电。
*具有记忆功能，临时停电，供电恢复后，继续充电。*计费周期可调1-999分钟
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*刷卡扣费金额可自行设定。
*具备过载保护功能，超过符合会自动断电。
第六章 使用案例介绍
这么多客户已经成功解决小区电动车充电难的问题，您还在为充电问题困扰吗？销售热线：*** 联 系 人: 黄先生
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智能充电 篇6
摘 要：文章以智能手机快速充电的国内外专利申请数据为分析样本，从相关专利的时间分布、申请人分布、技术概况等角度进行了分析和研究，探讨近几年主要申请人的技术，并对该方向的专利审查领域作了应用实例分析。
关键词：专利申请；快速充电
中图分类号：F426.6；G306 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）14-0077-03
1 手机充电技术概述
1.1 理论概念
1972年来自美国的科学家J.A.Mas在研究中发现蓄电池充电过程中存在最优充电曲线：
I=I0eαt。
目前致力于充电方法都是基于最优充电曲线开展的，如图1所示，如电流超过最优充电曲线，不仅无法提高充电速度，且导致电池的吸气量增加；但低于此最优曲线的话，充电时长会增加。
1.2 充电技术
1.2.1 恒流充电
根据电流的大小本充电方法可分为恒流充电和快速充电。在充电过程中，一般通过调节充电电源电压或改变串联阻值，保持电池的电流大小。
1.2.2 恒压充电
整个充电过程中，充电电压保持不变，而电流的变化与电池的大小自动调整，充电后期，充电电流逐渐减少。
1.2.3 恒流恒压充电
恒流恒压充电既不像恒压充电开始时电流过大，又不同于恒流充电后期电流过大，该方法结构简单，但它不能消除极化现象，故影响充电的效果。
1.2.4 间歇充电法
间歇充电法包括电压变化的间歇充电法和电流变化的间歇充电法。
1.2.5 脉冲充电
脉冲充电曲线，主要包括三个部分：第一部分预充；第二部分恒流充电；第三部分脉冲充电。前两部分同之前所述的，而在第三部分脉冲充电过程中，电压下降速度越来越慢，停止充电的时间会变长，当恒流充电占空比低至5%～10%时，则终止充电。
2 手机快速充电技术概述
在电池应用方面，对于使用者来说，有一个很难均衡的问题，就是在电池容量和充电时间的取舍方面。当电池容量较大的时候，那充电一次所要耗费的时间最起码要3～4 h，更有甚者，7～8 h才是最基本的。
而对于用户来说，在未充满电的情况下，频繁充电，按照大多数人的说法，这样对电池是有损害的。但电池容量太小的话，在当前终端耗电如此之大的情况下，也不可取。因此，如何实现电池容量既大，而充电时间又快的方式是需要思考的，手机快速充电部件方面专利技术分支图如图1所示，手机快速充电部件见表1。
以下为重点国家关于手机快速充电的专利量分布，如图3所示。
以下为各国近十年来手机快速充电的专利申请量趋势，如图4所示。
以下为中国近十年有关手机快速充电的专利申请量趋势，如图5所示。
以下为中国占全球有关手机快速充电的专利申请量比例，如图6所示。
3 重要申请人相关技术简介
高通、台湾联发科技股份有限公司以及广东欧珀移动通信有限公司在这方面起了排头兵的作用。
3.1 高通股份有限公司
高通股份有限公司（US2008/0258688A1）于2008年提出了一种快速充电方法，该充电技术使用输入电压检测电路检测来自电源的电压，并使用可调整电流限制电路改变调节器的输入或输出电流以优化从电源汲取的电力。
基于该专利，高通公司在市场上推出Quick Charge1.0和以及发展出Quick Charge2.0技术。
3.1.1 Quick Charge1.0技术
Quick Charge1.0技术采用了自动调节充电模式，当你在5 V、1 A这种制式下，当你的电池电压比较低得时候，给电池充电的电流，实际上是高于输入电流的。
功率方面几乎可以说是持平的。自动调节充电的方式进一步提升了充电电流，也就缩短了充电时间。与传统USB充电技术相比，充电速度提升40%。
3.1.2 Quick Charge2.0
在Quick Charge2.0中，设计了两种方案，即A类和B类。A类可以提供输出5 V、9 V、12 V三种电压。通过提高电压的方式，让电源适配器能够提供更多的电量给到手机终端。
从总功率方面来讲，Quick Charge2.0已经完全考虑到未来终端发展的趋势。乃至到手机、平板、笔记本电脑融合的趋势，在总功率的规划方面，规格已经做的相当高。现有的A类方案，可以支持到36 W。
未来的B类方案，电压将支持到5 V、9 V、12 V、20 V四种电压，功率可以达到60 W。因此基本上笔记本电脑，和多节电池串联的构架，都可以得到满足。
3.1.3 Quick Charge 充电优势
在充电速度方面，采用Quick Charge技术之后，消费者可以尽享便捷充电的优势。传统的线性充电其充电电流小于1 A。（如果充电电流大于1 A的话，设备就过热了）以一个3 300 mAh的电池举例，传统的线性充电方式充电，要长达4 h左右。而Quick Charge 1.0将充电电流提升到1.8～2 A。基本上可将充电时间缩短到40%。如果更进一步，使用Quick Charge 2.0标准，使用3 A的充电电流的话，那么在1小时多一点的时间，就可以完成充电。
3.2 台湾联发科技股份有限公司
台湾联发科技股份有限公司（US2013/0038297A1）于2013年公开了一种快速充电技术，该充电技术用于对充电器件的充电电流进行调整，包括：监测充电器材的工作电压，所述充电器材的工作电压包括充电电压与电池电压的差值；根据所述充电器材的工作电压调整所述充电器材的充电电流，从而提高电池充电效率，加快充电时间。
基于该专利，联发科技股份有限公司在市场上推出了Pump Express快速充电技术。
3.2.1 Pump Express 技术详解
锂离子电池的充电过程可以分为以下三个部分：预充、恒流、恒压。
由于预充是为了帮助过放电的锂离子电池恢复介质活性，所以需要较小的电流，充电过程中花费大量时间的是在恒流阶段，因此，大电压和电流只能用于恒流阶段。
基于以上原理分析，我们可以得出一种手机快速充电的定义：手机充电过程中根据电池电压、电量和温度等参数动态请求充电器调整输出电压和电流的方法。
而MTK Pump express正是采用了减少恒流充电时间而提出的一种快速充电方式。
3.2.2 Pump Express亮点
Pump Express为快速直流充电器提供的输出功率<10 W（5 V）。
Pump Express Plus为充电器提供的输出功率>15 W（高达12 V）。
4 应用实例
以上对手机快速充电进行了分析和梳理，目的是使审查员透彻了解本领域的技术发展状况，以便在案件审查过程中更快理解发明的技术方案，准确获取发明点，从而提高检索效率。下面通过具体案例说明该专利技术综述在审查过程中的作用。
案例申请号：201310047333.5
发明名称：一种移动终端的电池充电方法及装置移动终端。
技术方案：一种移动终端的电池充电方法，所述方法包括下述步骤：
①利用恒定电流给电池充电。
②得到当前电池的内阻。
③由当前的电池内阻得出当前的充电截止电压。
④判断当前的电池电压是否大于或等于当前的充电截止电压，否就返回所述步骤得到当前电池的内阻，是就利用恒定电压给电池充电。
技术效果：在本发明中，通过补偿电池内阻所消耗的电压来调整移动终端的移动终端充电截止电压，以提高恒流阶段充电时间从而达到快速充电的目的，不增加成本，提高充电速度，尤其对大电流充电电池效果更加显著，较好地提升了用户体验。
基于审查员的专业知识，在梳理专利技术综述中技术路线路的基础上，再结合本申请的说明书进行分析，容易得出该申请要解决的技术问题是“电池内阻对充电速度的提高有较大障碍的问题”，达到的技术效果是“不增加成本，提高充电速度，尤其对大电流充电电池效果更加显著，较好地提升了用户体验”。
通过上述分析可知，本申请设计手机快速充电技术中的“提高恒流阶段充电时间”技术分支，根据确定该技术分支中重要专利检索要素的基础上，快捷地确定出本申请的检索要素“快速”，“充电”，“恒流”。
对上述检索要素进行同义词的适当扩展，从而确定出检索用的关键词“手机”，“移动终端”，“快”，“迅”，“充电”，“恒流”和“定电流”等等。
基于已经梳理出了“提高恒流阶段充电时间”技术分支内的重要专利申请的检索策略，对该分支中的专利进行针对性检索，较为准确和快捷地获得了可评述本申请创造性的对比文件JPH 10145979A。
该对比文件请求保护一种二次电池充电方法，利用恒流对电池进行充电，根据电压变化测算电池内阻，利用内阻计算得到充电的截止电压，若当前电压大于充电截止电压，则减小电流继续恒流充电，且上述充电方法能够实现电池的快速充电。
参考文献：
智能有序充电控制系统设计 篇7
社会高速发展,能源消耗巨大,为更加合理有效地使用能源,人们对能源结构逐步优化。电能因具备其他能源形式无法比拟的优点(易获取、易传输、零排放、零噪声等),在人们日常生产、生活中得到日益广泛的应用。在诸多领域中,逐步采用电能替代传统能源形式(如油改电项目)。
随着技术的不断进步,电动车辆取代传统燃油车辆的趋势不可阻挡。现今,在许多大中型城市,已经采用电动车或者油气混合车替代传统燃油车。此外,国家政府也出台相应鼓励优惠政策促进家庭电动车的推广。电动车辆数目的增多,车辆充电成为了一个严重制约电动车辆推广普及的重要因素。
截止到目前,关于电动车辆的充电研究主要包含[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]电池自身充电特性探究、电池SOC(State of Charge)的估算方法、充电桩的监测与设计、电池接入电网的谐波分析与影响、减弱谐波影响的方法、充电负载均衡问题、传输电网的分析等。可见,电动车辆的充电过程需要考虑诸多制约因素,且对于多因素的考虑十分必要。它们共同影响着整个充电过程的安全。
本文主要论述针对电池自身充电特性、充电机输出功率、电网传输容量与车主充电需求等因子下,电动车辆有序充电问题的解决办法;对该有序充电控制系统进行结构设计,阐述系统主要环节的设计思路与多因子调控优化的逻辑流程。
1 系统概述
本文所述的多目标有序充电控制系统[8,9,10,11,12]简化架构如图1 所示,主要包含控制器(检测单元、分析单元与控制单元等)、充电车辆、充电机组/充电桩、传输电网等。控制器中分析单元根据检测单元传送的信号,结合相应控制规则,将分析结果传输给控制单元;控制单元依照分析单元发送的信息执行相应操作,控制充电机组/充电桩的充电功率,从而实现电动车辆充电过程的调控。
该系统设计主要考虑因素为电动车辆本身可承受的充电能力、充电机组/充电桩的输出功率、电网当前负荷与其他用户用电情况、充电车辆业主的充电需求等。其中,电动车辆自身能够承受的充电电流或充电电压是系统设计考虑的关键因素,电池采用简化电流源模型;它与充电机组/充电桩功率、电网当前负荷与容量一起作为电动车辆充电调控过程中制约因素考虑;充电车辆业主的充电要求作为补充因素考虑;依照相关控制规则,综合上述多个因子,控制电动车辆的充电进程。
2 系统调控的逻辑说明
系统调控相关因子的处理流程[5,7,9,13,14]如图2所示。在充电开关闭合之后,首先进行电路自检,同时依照前述方法获得依照电池自身特性的可承受最佳充电电流值。然后,检测充电机组/充电桩当前功率,判断其是否处于负荷的情况下,并进行相应的功率调整。若充电机过载,则立即减小充电输出功率;反之,检测当前电网容量,增大充电机输出功率。判断是否超出电网容量,保证电网运行安全。
若上述三因子(电池承受能力、充电机负载、电网容量)均在安全运行范围之内,检测充电车辆业主需求。电路协调平衡模块,依照充电车辆业主的优先等级,在保证电池、充电机与电网运行安全的前提下,动态分配调整充电机组的输出功率,使得充电进程安全有序进行。
电路协调平衡模块中关于功率分配调整的策略可简述为:首先,针对充电车辆业主的不同需求,设定不同的事件优先级,并匹配相应的权值;优先级高的用户,分配高权值,反之,分配低权值;处于同一优先级,采用平均分配策略,处于不同优先级,采用加权平均值的方法进行功率分配。
式中:αi、αk为加权算子;Ii、Ik为调整前充电电流值;Ii′ 为调整后充电电流值;m为充电用户数目。
3 电池监测与调控
3.1 电池模型的搭建
在综合大量研究文献[11,12,14,15,16]的基础上,结合实际充电进程中电池自身特性,将电池等效为如图3 所示的简化模型,其中包含受控电流源、欧姆内阻、并联电容等。为使得后续调控过程中更加精准,引入电流检测与电压检测单元。
电流检测单元的电流信号通过安时积分器获得充电进程中电池SOC信息,经修正函数Revise_Fcn调整之后,传送给控制函数Control_Fcn。修正函数Revise_Fcn的作用关系可简化为式(2)。
式中:C0为充电开始时电池SOC信息;Δ 为充电过程中环境温度的影响及车载BMS相关信息。
电压检测单元的电压信号,主要包含电池开路电压值Uk,充电进程中的电压值Ui。其中,Uk结合式(3)[17],综合电池SOC信息,遵照马斯三定律,获得充电进程中仅考虑电池自身所能承受充电情况下的最佳起始电流值与电流衰减指数。Ui主要用于切换电池充电模式的参照与电池自身的安全保护,亦可用来对电池荷电状态信息的修正(通常所得结果偏差稍大,不建议使用)。
3.2 电池检测与调控
电池检测与调控过程的简化结构如图4 所示,主要包含电池端电压的检测,电池电流的检测,车载BMS(Battery Manage System)的通信、电池分析单元与控制单元等。该部分主要完成仅电池自身可承受能力条件下,分析获得电池最佳起始电流值与电流衰减指数,为后续过程电流的调控提供参照值Iref,且无论影响充电过程的其他因素如何变化,图4 中,充电机组/充电桩的输出电流都不应超过该参照值Iref;否则,将会对电池造成损害。Iref依照公式(10)变化。
下面论述充电进程中电池所能承受最佳电流参照值Iref的获取过程。
电池分析单元依照电压检测单元中电池开路电压Uk,结合式(3),获得电池电解质浓度dc。
式中:dc为电池电解质浓度;Uk为电池开路端电压;Cons为取决于电池特性的常数。
获得dc后,运用下述模糊推理规则[12]。
式中:X为模糊集合U的论域;μU(x)为模糊集合U的隶属函数;Y为模糊集合I的论域;μI(y)为模糊集合I的隶属函数;R为依据模糊关系确立的一个多级条件语句[17]。
可得考虑电池自身特性条件下,电池所能承受的最佳初始充电电流值Ij为
再结合式(2)与式(8)、式(9),即可推得最佳电流衰减指数αj。
式中:C为电池总容量;Crej为开始充电时刻电池待充入电量。
式中,αj为遵循马斯定律的最佳充电电流衰减指数。
将获得的电池最佳充电电流参照值Iref信息传送给控制单元,作为控制单元控制充电机组/充电桩的一个原则性参照;控制单元依照最佳电流参照值Iref与其他充电信号信息向充电机组/充电桩发布调控指令,控制相关器件的导通角。考虑到多数车载BMS中包含电池SOC信息,可以读取其中信息作为本系统调控的参照或者修正依据,便于提升整个系统的控制精度。
4 充电机监测与调控
4.1 充电机模型搭建
充电机可简化[10,15,18,19,20,21,22]为图5 所示,主要包含变压器、晶闸管、压控型/流控型/功率型变换器件等。通过编程控制脉冲触发器的脉冲周期、相应的发生时刻,脉冲触发器的脉冲信号控制晶闸管器件的导通角,实现对电路通断时间的控制;在经过相应的压控型/流控型/功率型变换电路部分,完成对电池充电进程中电流与功率的变换调控。
其中,编程控制部分的设计与实施,依照后述中多因子逻辑调控进行。可选用现行的DSP、FPGA等分析处理产品,亦可通过集散方式,通过后台分析处理,只将结果反馈到充电机单元。
4.2 充电机组/充电桩检测与调控
充电机组/充电桩检测与调控部分如图6 所示,主要包含电压检测、电流检测、充电机分析单元与控制单元等。其中,电压与电流检测模块完成对充电机电压与电流信息的获取,信号经通信总线传送给充电机分析单元;分析单元依照充电机额定功率与实际功率、当前负载充电车辆情况,结合用户充电需求与负载均衡规则,分析得到充电车辆的电流调控参照值,并将该参照值传送给控制单元;控制单元依照该参照值与其他影响因子相应参照值,经图6 中函数变换后,得到脉冲触发器的触发角数值,进而实现充电进程中的电流调控。
传输电网容量的检测与充电机组/充电桩的检测相类似,且无法对其进行调控,故本文在此不再赘述。
5 结论与应用前景
本文所述的多目标有序充电系统,相对于普通不可调控充电机,能够在保证电池自身可承受能力范围、充电机、传输电网运行安全的前提下,对电池进行有效快速充电,缩短充电时间。同时,能够依照电网当前负荷与电价情况、充电车辆业主的充电需求,动态调整分配各充电机的输出功率,提升服务或实际使用进程中的满意度。在现行技术条件与设备配置条件下,可通过引入控制分析器与相应检测装置实现所设计的系统功能;主要可用于充电站/充电桩的充电传输调控。
随着电动车辆的普及,除去大规模大功率充电站/充电桩的建设之外,为满足用户实际使用的需求,社区或公共场所内,中小功率可控可调整充电设备推出与使用势在必行。
论智能手机快速充电应用设计 篇8
随着智能时代到来, 智能手机已在人们的日常生活中取得不可或缺的地位, 但是智能手机存在耗电量大, 充电时间较长, 且电池都是锂电池, 电池不断充放电会减少电池的使用寿命, 因此电池的续航能力就成为巨大挑战, 如何实现电池的快速充电是迫不及待的解决方法。
2、制约智能手机快速充电的因素
根据市场上手机的充电锂电池, 手机充电的过程分为涓流、恒流、恒压充电, 当电池电压小于3.3V时为涓流充电, 在3.3V~4.2v之间为恒流充电, 高于4.2V为恒压充电。一般设置为当电池放电的电压低于3.5V时会使手机强制关机, 而从电池的能力能量分布和使用情况分析, 制约手机充电时间的是恒流充电的充电电流, 为提高充电时间, 就是提高恒流充电时间。下面附上电池充电的过程。
3、智能手机快速充电的硬件电路设计
本文结合集成充电的P-MOSFET且具有反灌功能的AW3208在M T 6 2 3 6中把流控恢复为压控, A W 3 2 0 8增加O V P电压和K-ChargeTM技术, 满足智能快速安全充电的功能, 实现从涓流、恒流到恒压的整个充电流程。
电路改进是在AW3208的CHRIN与GATDRV引脚并接1kΩ的RDRV电阻, 其作用是把流过P M I C V D R V引脚的电流转化为电压, 充电方式由电流控制改变为电压控制, GATDRV外接1uF的去分布电容, 确保激活过放电池, 提高电池的续航能力, 如图2所示。
针对这种快充应用, 目前市场上, 几乎使用支持USB接口充电模式, 在该电路上, 建议修改充电的软件流程, 在软件检测到VCHG电压时, 执行检测是否USB充电, 选择正常充电和快速充电模式。软件流程如图3所示:
4、结语
电池的续航能力已牵制着智能手机的发展, 为提高电池使用寿命, 满足智能时代需求, 实现手机快速充电设计的方案, 是未来低碳环保的一个研究方向。
摘要：随着智能手机功能的完善与强大, 手机电池续航能力将成为一个很大挑战。针对市场上智能手机普遍存在耗电大, 充电时间长等问题, 提出如何让手机快速充电的电路设计应用方案, 满足智能快速安全充电的功能, 实现锂电池从涓流、恒流到恒压的整个充电过程。该电路的改进主要在于将智能手机的充电方式由电流控制改变为电压控制, 同时确保激活过放电池, 从而提高电池的续航能力, 使智能手机达到快速充电的目的。
关键词：智能手机,电池续航,快速充电
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电池智能充电器软件的设计 篇9
充电的电流源由单片机的PWM输出产生：其输出为方波，可由占空比来调整大小。图1给出了PWM波形的一个例子：占空比为波形为高电平的时间与PWM信号的周期之比。对于一个PWM实现来说，其输入是一个数值，通常为整数，该数值与所需要的输出波形的占空比成正比。
PWM技术的基本原理是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。通过调整PWM的周期、PWM的占空比从而达到控制充电电流的目的，图2为几种典型的PWM输出波形，可以看出，占空比取决于PWM寄存器的值。
8位PWM方式的占空比由方程1给出。
由方程1可知，最大的占空比为100%(PCA0CPHn=0)，最小占空比为0.39%(PCA0CPHn)。可以通过清‘0’ECOMn产生0%的占空比。
2 A/D与温度传感器
C8051F310单片机是10位ADC单片机。转换速度可达200ksps, 可多达21或17个外部单端或差分输入，VREF可在外部引脚或VDD中选择，内置温度传感器(±3℃)，外部转换启动输入。
(1)温度传感器部分。温度传感器产生一个与器件内部温度成正比的电压，该电压作为一个单端输入提供给ADC(模/数转换器)的多路选择器。当选择温度传感器作为ADC的输入并且ADC启动一次转换后，可以通过简单的数学运算将ADC的输出结果转换成用度数表示的温度。
为了能使用温度传感器，它首先必须被允许，ADC及其相关的偏置电路也必须被允许。ADC可以使用内部电压基准，也可以使用外部电压基准。本电路使用的是内部电压基准。通过将TEMPE (REF0CN.2)设置为“1”来允许温度传感器工作。模拟偏置发生器和内部电压基准的允许位也位于REF0CN总;所有这些位可以在一次写操作被允许，例如：
Mov REF0CN, #07 h;允许温度传感器、模拟偏置发生器和电压基准
下一步，必须选择温度传感器作为ADC的输入。这可以通过写AMX0SL来完成，例如：
下一步必须正确设置位于ADC0CF中的ADCSAR时钟分频系数，特别是ADC转换时钟周期至少应为500ns。
接下来选择ADC的增益。在单端方式下，ADC能够接受的最大直流输入电压等于VREF。如果使用内部电压基准，则该值大约为2.4V。温度传感器所产生的最大电压值稍大于1V。因此可以安全地将ADC的增益设置为“2”，以提高温度分辨率。设置ADC增益的配置在ADC0CF中。所以，有
其余的ADC配置位在ADC0CN中。这是一个可一位寻址的特殊功能寄存器。可以选择任何一种有效的转换启动源：定时器2或定时器3溢出、向ADBUSY写“1”或使用外部CNVSTR。
向AD0BUSY写“1”提供了用软件控制ADC0转换的能力。AD0BUSY位在转换期间被置“1”，换结束后复“0”, AD0BUSY位的下降沿触发中断(当被允许时)并置位ADC0CN中的中断标志(AD0INT)。
通过写入下面的控制字，将ADC配置为低功耗跟踪方式，采用向ADBUSY写“1”作为转换启动信号，输出数据采用左对齐格式：
至此，可以通过向ADBUSY写“1”来启动一次转换;
Setb ADBUSY;启动转换
现在等待转换完成：
JnbADCINT, $;等待转换完成
一旦转换完成，ADC输出寄存器(即ADC0H和ADC0L中的16位值)包含与器件内部的绝对温度成正比的代码。温度传感器产生一个与器件内部绝对温度成正比的电压输出。方程4给出这一电压与温度的摄氏度数值之间的关系。
其中Vtemp———温度传感器的输出电压;
Temp———器件内部的摄氏温度值。
温度传感器的传输特性如图3所示, 温度传感器的电压不能直接在器件外部测量。它出现在ADC多路选择器的输入端，允许ADC测量该电压值并产生一个与电压成正比的输出代码。ADC在左对齐、单端方式下产生的输出代码与输入电压成正比。
其中CODE———左对齐的ADC输出代码;
Gain———PGA的增益;
VREF———电压基准的电压值，如果使用内部VREF, 则大约为2.43V。
把方程2代入方程3，并假设Gain=2和VREF=2.43V，解方程得到输出温度值。
(2) A/D部分。C8051F310/1/2/3的ADC0子系统集成了两个25通道模拟多路选择器(合称AMUX0)和一个200ksps的10位逐次逼近寄存器型ADC, ADC中集成了跟踪保持电路和可编程窗口检测器。AMUX0、数据转换方式及窗口检测器都可用软件通过特殊功能寄存器来配置。ADC0可以工作在单端方式或差分方式，可以被配置为用于测量P1.0～P3.4、温度传感器输出或VDD(相对P1.0～P3.4或GND)。只有当ADC控制寄存器(ADC0CN)中的AD0E位被置1, ADC0子系统才被使能。当AD0EN位为0, ADC0子系统处于低功耗关断方式。
模拟多路选择器(AMUX0)选择去PGA的正输入和负输入，P1.0～P3.4、片内温度传感器输出和正电源(VDD)中的任何一个都可以被选择为正输入;P1.0～P3.4和GND中的任何一个都可以被选择为负输入。当GND被选择为负输入时，ADC0工作在单端方式;在所有其它时间，ADC0工作在差分方式。ADC0的输入通道由寄存器AMX0P和AMX0N选择转换码的格式在单端方式和差分方式下是不同的。每次转换结束后，寄存器ADC0H和ADC0L中保存ADC转换结果的高字节和低字节。转换数据在寄存器对ADC0H:ADC0中的存储方式可以是左对齐或右对齐，由AD0LJST位(ADC0CN)设置决定。当工作在单端方式时，转化码为10位无符号整数，所测量的输入范围为0-VREF/1024。
采用过采样和求均值提高ADC分辨率：每增加一位分辨率，信号必须以4倍的速率过采样，即，
其中w———希望增加的分辨率位数;
fs———初始采样频率要求;
fos———过采样频率。
假设一个系统使用了12位的A/D，每秒输出一个温度值。为了将分辨率增加到16位，按下式计算过采样频率，即
因此如果以256Hz的采样频率对温度传感器进行采样，则将在所要求的采样周期内采集到足够的样本，对这些样本求均值便可得到16位的输出数据。
下面对温度测量中的分辨率改善情况进行比较。
片内温度传感器的满度输出略大于1V。假设使用2.4V的基准电压(Vref)，可以计算10位和16位测量的代码宽度和温度分辨率(可测量的最小温度变化)。
(1) 10位温度分辨率
在不采用过采样技术的情况下，将得到10位的温度测量结果。温度每变化1℃，片内温度传感器的电压将变化2.8mV。在使用2.4V的Vref且PGA的增益等于2时，电压分辨率是
10位温度分辨率是：
因此对于每个ADC码，可以测量的最小温度变化是0.418℃。通过使用过采样和求均值技术，可以达到16位的分辨率。
(2) 16位的温度分辨率
这样可以测量到的最小温度变化为
在采用过采样技术的情况下，用同一个片内10位ADC可以测量的最小温度变化是0.007℃。这就允许高于1/100℃的精度进行测量。
3 充电过程及充电各参数
3.1 校正
为确保电压和电流的测量值的精确性，算法采用一个两点系统校正方案。在这个方案中，假定用户使用两个已知的电压和两个已知的电流，一个点接近于地电平，另一个点接近于原测量值，然后算法采用这两个点为电流和电压通道计算一个斜率和一个偏置值，并将结果存储在FLASH中。所有以后的转换都是相对于这些斜率和偏置计算值而言的。但需要注意的是，如果电流通道使用的是一个外部放大器，那么该放大器同样也需要使用一个类似的两点校正方案进行校正以确保其精度。
3.2 温度
本例的算法使用片上温度传感器监测温度。温度传感器是没有经过校正的，但仍然可以提供充分精度的温度测量。如果需要获得更高精度的温度测量，可以通过一点或两点温度校正方案来实现。当然，也可以使用一个外部温度传感器检测温度，可以通过重新配置AMUX来引入这个额外的输入电压。
3.3 电流
电池的充电电流是通过采集一个小的但精确的敏感电阻的差分电压的值来进行监控的。经片上的PGA将电流放大后，采用片上8位ADC使用过采样的和均值的方法来获得16位的分辨率，再通过斜率和偏置校正系数计算出相应地电流值，如果想获得更高精度的电流测量值，就需要使用一个外部增益。
3.4 电压
电池的电压是通过外部的电阻进行衰减和监测的，需要注意的是本程序是用电源电压作为ADC的参考电压。为了更精确地检测，必须将检测到的高于参考电压的电压值衰减。如果需要更精确的参考电压，可以使用外部参考，并同时相应地调节分压电阻的值。
4 充电程序流程
4.1 充电流程
4.1.1 充电的第一阶段
在第一阶段，为了便于描述，我们假定电池在充电开始时是处于放电状态。F31x调节电池的电流至ILOWCURRENT (典型值1/50C) 直到电池的电压达到VMINVOLTBULK。需要注意的是电池的充电电流需要限定至ILOWCURRENT以确保安全地启动充电并将电池的自热效应减至最小。如果温度在任何时候超过限定值充电就会自动停止。
4.1.2 充电的第二阶段
一旦电池到达VMINVOLTBULK，充电就进入了第二阶段。在这一阶段，电池的算法控制PWM通路开关以确保输出电压为电池提供一个恒定的充电电流IBULK (充电速率或容积电流通常为1C，并且和ILOWCURRENT与VMINVOLTBUL一样可以在头文件中定义) 。
4.1.3 充电的第三阶段
电池到达VTop (在单节充电器中的典型值为4.2V) 以后, 充电器算法进入第三阶段，在这一阶段，PWM将信号反馈回来并调节电池的电压。在第三阶段，电池继续充电直到电池的充电电流到达IMINIBULKl。此后，电池将被额外充电30min，随后，充电终止。充电的绝大部分时间都用在第三阶段。
注意在大多数实际应用中(比如便携式PC机)，当启动电池充电时，充电状态可能会处于三阶段中的任一阶段。但这不会影响充电效果，因为系统只是在监视电池的电流状态并在那一点启动充电过程。
5 结束语
C8051F单片机的高模拟集成度、小体积、集成的FLASH存储器以及低能耗等特点使得该产品成为灵活的新一代电池充电器应用的理想选择。
以开关充电电源为充电器电路的硬件基础, 单片机为控制部件, 能准确地对电池进行状态监测、充电控制、停充控制、温度补偿控制。依据充电波形知道电流在充电过程中慢慢减小，提高了蓄电池充电接受率，延长了电池的寿命。
摘要：论述利用PWM脉宽调制产生可用软件控制的充电电源, 以适应不同阶段的充电电流的要求。温度传感器对电池温度进行监测, 并通过AD转换和相关计算检测电池充电电压和电流, 以判断电池到达哪个阶段, 以此达到智能充电的目的。
关键词：智能控制,PWM,温度传感器
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“电动车”智能充电器设计 篇10
“铅酸蓄电池”是现今为止世界上广泛使用的一种无机化学电源,该产品具有良好的可逆性,电压特性平稳,使用寿命长,适用范围广,原材料丰富(且可再生使用)及造价低廉等优点,因此广泛应用于国防、通信、铁路、交通、工农业生产部门。目前,我国的电动车用动力蓄电池大多也采用了铅酸蓄电池。但是,如果蓄电池使用不当,会导致其寿命大大缩短。影响铅酸蓄电池寿命的因素有很多,通过研究发现:由于充电方法不正确,充电技术不能适应铅蓄电池的特殊需求,造成电池很难达到规定的循环寿命。也就是说,绝大多数的蓄电池不是用坏的,而是“充坏”的!由此可见,一个好的充电器对蓄电池的使用寿命具有举足轻重的作用!虽然近年来蓄电池自身的技术有了不小的进步,但作为其能量再次补充的充电器的发展却非常缓慢,传统的充电器只能进行简单的恒压或者恒流充电——以致充电时间很长,充电效率降低。除此之外,充电结束时,传统的充电器不能在电池充满后自动断电,人们往往忘记将充电器拔下从而导致蓄电池过冲,影响其使用寿命,更甚会将产生爆炸现象,直接报废。针对上述问题,我们设计了这种新型的“智能”充电器。
1 设计方案
智能充电器系统设计方案框如表1所示。主要包括充电电路、检测电路、控制电路、显示电路和定时电路五部分组成。
2 电路设计
2.1 电源充电电路设计
充电电路如图1所示,220v交流电经过整流变为为脉动直流,再经电容滤波形成稳定的300V左右的直流电。U1为UC3842脉宽调制集成电路。其5脚为电源负极,7脚为电源正极,6脚为脉冲输出直接驱动场效应管5N60T,3脚为最大电流限制,通过调节相连电阻的阻值来调整充电器的最大电流。2脚为电压反馈,可以调节充电器的输出电压。4脚外接振荡电阻和振荡电容。T为高频脉冲变压器,其作用有三个。第一是把高压脉冲将压为低压脉冲。第二是起到隔离高压的作用,以防触电。第三是为各种芯片及其外围电路提供工作电源。D9(TL431)为基准电压源,配合U2(光耦合器JC817)起到自动调节充电器电压的作用。通电开始时,经整流和滤波得到的300V左右的直流电通过大功率电阻降压送到U1的第7脚,使U1启动。U1的6脚输出方波脉冲,送到VMOS管5N60T的栅极,同时300V左右的高压直流经过变压器T的原边送到5N60T的漏极,6脚的振荡信号控制5N60T的导通与关断。同时T输出线圈的第一路电压为U1提供可靠电源。第二路电压经整流滤波得到稳定的电压,经快恢复二极管UGP50G(此二极管起到防止电池的电流倒灌给充电器的作用)给电池充电。第三路电压经整流二极管FR104输出,为LM324(四运算放大器,4脚为电源正,11脚为电源地)及其外围电路提供12V工作电源。同时再流经78p05降压至5V,来为单片机及其外围电路提供5V工作电源。
正常充电时,充电电流在取样电阻上形成负极性电流取样电压此负电压加在lm324第9脚,使8脚输出高电平,使红色LED(充电)的指示灯亮,表示正在恒流充电;为确保充电器具有恒流恒压特性,必须根据蓄电池的充放电曲线作闭环控制,蓄电池组放电完毕后处于欠压状态,再充电时,初充电流会很大,如不加限制,对电池组及充电器均不利。此模块的恒流控制利用VMOS管源极电阻上的压降控制UC3842d 3脚(电流敏感端),当输出端的电流过大时,源极限流电阻压降增大,送给3脚的电压也增大,当3脚的电压达到1V时,会迫使6脚的脉宽变窄,最终使输出电流降下来,达到原先设定值,也即达到恒流目的。必须指出,当输出端短路或极性反接时,源极的限流电阻压降会远超过1V,这时6脚的输出脉宽会变得极窄,最终会使输出电压、电流均处在最小值,保护了充电器本身。当电池电压上升到44.2V左右时,充电器进入恒压充电阶段。充电器输出端得到的电压必须严格控制在蓄电池组标称电压的1.3倍左右,本这部分主要由可调基准源TL431承担。当充电器的输出电压偏高时,TL431的控制端电压也偏高,当高到某一点时,会使它的输出端控制的信号幅度下降,从而使光耦中的发光二极管增亮,光敏三极管集电极控制信号下降,即UC3842的1脚电位降低。6脚的调制脉宽变窄,最终使输出电压回落到原来的数值,充电器进入恒压充电阶段,电流逐渐减小。当充电电流减小到200m A—300m A时,取样电阻两端的电压下降,LM358的10脚电压低于9脚,8脚输出低电压使红色LED(充电)熄灭。同时7脚输出高电压,此电压一路使绿色LED点亮,另一路到达反馈电路,使电压降低。充电器进入涓流充电阶段。半小时后结束。
2.2 自动检测电路设计
检测电路如图3所示,当充电器在未接入蓄电池以及恒压充电阶段后期电流减少到一定程度时,取样电阻两端电压为低,LM324第8脚输出低电压,将此电压信号接在OP07(此处当电压比较器使用)的反向输入端,正向输入端接地。由于OP07外加5V直流电压,此时输出端会输出一个5V左右的高电平信号(OP07在输入两端都为低时默认输出电源电压)。将此高信号反馈给单片机的P0.4口,当单片机检测到该信号时,会自动执行相应的程序,作用于继电器,进而切断充电器正极输出端,实现正确充电保护及充满自动断电功能。考虑到电池的老化和损耗问题我们设定了有效时间为8小时的充电时间,如果在8小时内单片机没有检测到OP07输出端的高信号,此时将会执行防过充保护程序,使继电器切断正极输出端电源,从而有效地对电池进行保护。为了防止插上交流电再插充电插头时电池端产生的火花对电池造成损害,系统也将对先插电源插头,或先插电池插头进行判断,当先插电源插头时,充电器不工作,OP07检测到的是低电平信号,输出高电平作用于单片机的P0.0口,进而作用继电器切断正向输出端,不对蓄电池进行充电。
2.3 定时、显示电路设计
为了满足不同人群对充电时间及充电方式的需求,例如有的人不管电池是否充满,就想充电2小时或3小时,我们设定了一个自动定时功能,只对电池按设定的时间来充电。此模块由AT89S52单片机检测按键来设定定时时间,然后执行倒计时程序,同时由数码管显示即时数值,当倒计时停止时单片机控制继电器切断正向输出端,实现自动断电,电路如图4所示。
用单片机编程控制数码管显示,数码管的段选占用单片机P1口,位选占用单片机的P3口。实时显示自动功能时的充电时间以及定时功能的倒计时时间。
2.4 控制电路设计
控制电路如图5所示,此模块由单片机输出高低电平来控制继电器的开合以实现自动断电功能。继电器由两个三极管9014来驱动,两个三极管接在继电器的一端,另一端接5V直流电源,作用于充电器的正向输出端。由单片机的P0.0口输出高低电平信号来控制三极管的通断以实现继电器的开合。
3 单片机软件编程
3.1 软件功能
当工作在自动模式时,其软件的目的是控制电池在充满电之后自动断电,当工作在定时模式时,其软件目的是在设定的时间结束之后自动断电。当电池用该智能充电器充电时,我们可以在无人看管的情况下让充电器自由充电,充满后自动切断充电电源,防止蓄电池过充。而且使用价格便宜的数码管来显示充电时间,实时显示充电的时间。
3.2 主程序流程图
4 安装与调试
用万能板对比电路原理图进行焊接,安装好后,然后用C语言源程序和KEICL51编译成HEX文件,再用下载器将HEX文件写入AT89S52芯片去检验校对。
5 结论
本着延长蓄电池使用寿命的设计理念出发,针对充电过程中出现的问题,我们提出了一种电池充满自动断电以及具有手动定时充电功能的实际应用型充电器设计方案并以此设计完成了制作。采用AT89S52单片机为控制核心,实时将OP07所采集的信号接收并处理并配合继电器实现相应的断电功能。我们还以UC3842驱动场效应管的单管开关电源配合LM324运放电路为充电模块,智能采集电压、电流信号,并以红绿灯显示充电状态和充满状态。我们还添加了正确充电保护功能,确保充电器与电池先连接后,再将充电器与市电连接才能对电池充电,顺序错误将导致不能对电池进行充电。由于我们前期准备不足,我们的作品还有很多需要完善的东西和预期功能有一些差距。在调试电路板时,硬件布局也出现一些问题,不过经过我们的改进最终能够实现我们所介绍的功能。我们还考虑到成本方面,我们力求降低成本,以符合实际生产的需求。
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基于单片机的智能充电器 篇11
现有电动自行车充电器的特点为:不管电池好坏,一直保持输出,部分导致电池鼓包、漏液等,带来安全隐患;单一规格电池适用,更换电池时需更换充电器;输出极性无统一标准,不同厂家充电器换用可能造成充电器烧坏。
针对以上情况设计了具有正负脉冲、自动停冲、适用不同容量电池并可检测电池极性的电动车智能充电器。
1硬件设计
1.1 主电路
开关电源采用基于UC3842的单端反激式,控制
单元采用宏晶公司的STC11F01E单片机。STC11F01E内部带RC晶振、E2PROM及看门狗[1]。单片机通过对输出电流、电压的检测来控制开关电源输出符合蓄电池充电曲线要求的电流、电压,图1为系统结构框图。
1.2 脉冲电路
图2为脉冲控制电路。单片机通过控制V3来控制PMOS管V1的通断,即可控制充电器的输出;通过瞬时打开V2给蓄电池短暂放电,提高蓄电池接受电流的能力。C61起到加快MOS管关断速度的作用。
1.3 输出功率控制电路
反馈电路采用精密稳压源TL431 和线性光耦PC817 构成外部误差电压放大器。并将输出电压和初级侧隔离[2]。
开关key打到R312位置时Capacity choose为高电平,对应选择大容量电池,同时key的5脚接通R310。R310一端接输出电流检测点,另一端接U3D负端输入,跟正端参考信号比较。U3D输出通过二极管跟EL817相连。充电器输出电流较小时U3D输出高电平,对EL817无影响,当输出电流大到一定值时U3D翻转输出低电平,EL817导通,EL817输出端打开,控制UC3842停止输出,达到限制功率的目的。R310阻值越大充电器输出功率越大。key打在R313位置时Capacitychoose为低电平,选择小容量电池,充电器输出功率为小的档位。图3为输出功率控制电路。
2软件设计
2.1 主程序
充电器上电后先检测电池接入是否正确,极性正确则打开主输出开关IRF9540,否则无输出。之后检测电池容量档位,以输出不同的充电电流及正负脉冲。程序设有看门狗。图4为主程序流程图。
充电器恒流阶段充电超8 h说明电池有故障,单片机发出命令关闭主回路输出开关;浮充阶段充电超过3 h后关闭输出。
2.2 充电控制
充电器判断充电状态主要根据充电电流控制充电器输出,电流小于50 mA后关闭IRF9540。充电次数记忆在单片机的E2PROM中,满20次后调用脉冲充电程序对电池进行修复充电。
图5 为充电脉冲示意图。充电20～200 ms后关闭充电主回路的PMOS管,打开放电回路的NMOS管,延时10～20 μs,然后关闭放电回路,延时20～50 μs后重新打开充电主回路进行充电,完成一个充放电(正负脉冲)周期,即充→放→停→充。另外不同的阶段还可采取充→停→充的称之为慢脉冲的充电模式[3]。
3结语
充电器经充电试验证明对电池有较好效果,特别是
对于一些蓄电池知识比较缺乏的用户,可以免除充电带来的很多麻烦。试验中当接入电池极性相反时充电器无输出,指示灯为橙色,充电器各项功能正常。在对正常蓄电池充电时实测充电电流减小到50 mA左右充电器关闭输出,绿色指示灯常亮。而在对一组缺水的电池充电7 h 50 min后充电器关闭输出,并且红灯常亮,提示电池有故障。该产品所用元器件较多,电路复杂,导致成本稍高,电路结构有待进一步优化。
摘要：针对现有电动自行车充电器的不足设计一种基于STC11F01E单片机的充电器。单片机通过检测充电电流来控制基于UC3842的开关电源,当充电电流小于设定值时关闭输出控制开关。单片机对充电时间计时,长时间无法转入浮充阶段时停止充电,并报警。利用该充电器充电能一定程度延长蓄电池的使用寿命。
关键词：充电器,STC11F01E,电流,UC3842
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