电动自行车用锂电池充电器设计

摘要

随着能源问题、环境问题日益受到人们的重视，近年来锂电池动力电车发展越来越迅速，大有替代燃油车辆的趋势，各个国家及相关公司都大力研究动力锂电池的应用技术。在我国，作为电动车中的一员，电动自行车以其平民级的价格，受到广大工薪阶层的喜爱。电动自行车用动力锂电池的价格占整个电动自行车价格的近三分之一，而充电装置性能的好坏在很大程度上影响了锂电池的使用寿命，因此采用更好的充电技术对提高锂电池的使用寿命具有很大的实际意义。论文设计了一款适用于电动自行车用锂电池充电器，充电器额定输出电压42V，额定输出电流4A，自带功率因数校正电路、充电均衡电路及充电补偿电路，提高了锂电池组在充电过程中的安全性，延长了锂电池组的使用寿命。
　　论文简要论述课题的研究背景、目的及意义，锂电池的充、放电特性和温度特性，重点对充电特性进行了说明。电路设计包括电源、补偿电路、单片机控制和显示单元设计。主电源电路有，主动式基于DC/DC变换器的升压功率因数校正电路，功率开关管的控制部分采用L4981芯片，功率因数校正效果更好；半桥式开关电源作为系统的主电源电路，开关管由UC3846芯片控制，采用电流模式，电压、电流双环控制电源输出稳定的电压电流。详细论述了功率因数校正电路以及开关电源电路中主电感和变压器参数的计算、磁芯材料选择、磁芯尺寸计算方法。详细说明了功率因数校正电路、开关电源电路中控制电路的反馈环节的设计方法。分析了均衡电路的分类及其各自的工作原理，选定一种适用的充电均衡电路。为抵消充电过程中电路的阻抗损耗，设计了充电补偿电路。用Simulink进行仿真，仿真结果完全满足设计要求。
　　相比市场上常见的电动自行车用锂电池充电器，充电器控制精度较高，对电池保护也较全面，各功能电路均使用模块化设计，可根据实际情况灵活组合，运用起来更加方便。虽然设计的充电器针对中功率型，采用的设计方法同样可用于大功率充电器设计。