本实用新型涉及电动汽车电池充电技术领域，特别涉及一种电动汽车铅酸蓄电池智能充电系统。
背景技术：
随着石油能源的不断消耗，电动汽车以其节能环保的特性被世界各国研究和推广。然而动力电池一直是制约电动汽车发展的最大瓶颈。阀控免维护铅酸蓄电池(VRLA)凭借其制造成本低、容量大、电压稳定等优点成为电动汽车的主要动力设备。但若蓄电池使用不当，其寿命便会大大缩短。经研究发现，充电过程对电池寿命影响最大，放电过程影响相对较小。因此充电系统对蓄电池的寿命起决定性影响。
传统的充电方法是通过加大充电电流，达到快速充电的目的，但大电流充电必然会导致蓄电池过流、过温、极板极化等现象，严重影响蓄电池寿命。若以小电流慢充，虽然对蓄电池寿命影响较小，但充电时间会相对延长。为解决充电时间与电池寿命的矛盾问题，通过对蓄电池充电过程内部化学特性的了解，提出一种新的充电控制策略，以实现蓄电池高效、快速、无损害充电，意义十分重大。
技术实现要素：
(一)解决的技术问题
为了解决上述问题，本实用新型提供了一种电动汽车铅酸蓄电池智能充电系统，利用分阶段定电流和正负脉冲相结合的新型充电控制策略，实现了蓄电池高效、快速、无损害充电。
(二)技术方案
一种电动汽车铅酸蓄电池智能充电系统，包括功率变换单元、充放电单元、参数采集单元、辅助电源单元、隔离单元、主控制器单元、CAN接口单元、显示单元、报警单元和风扇散热单元；
所述功率变换单元为单端正激DC-DC变换电路，输入AC220V市电，输出铅酸蓄电池所需的直流电源；
所述充放电单元对所述铅酸蓄电池进行充放电控制；
所述参数采集单元采集所述铅酸蓄电池的当前电压、电流和温度值，并送入所述主控制器单元单片机的ADC输入通道；
所述辅助电源单元输入AC220V市电，输出+5V直流电压，给所述隔离单元和所述主控制器单元提供工作电压；
所述隔离单元将所述主控制器单元和所述功率变换单元及所述充放电单元进行隔离，防止高频功率电路对数字控制电路的干扰；
所述主控制器单元对采集的当前值与设定值进行比较处理，并输出PWM脉冲信号通过所述隔离单元至所述功率变换单元和所述充放电单元；
所述主控制器单元通过所述CAN接口单元接入车载CAN总线，与整车控制系统进行数据交换；
所述显示单元显示当前的充电状态及电压、电流和温度值；
所述报警电路对充电异常状态进行报警；
所述风扇散热单元对所述铅酸蓄电池进行吹风散热降温。
进一步的，所述功率变换单元包括第一整流桥、第一变压器、第一场效应管、第一～第四二极管、电感、第一～第三电容和第一电阻，其中所述第一变压器为高频变压器，所述第一二极管为江崎二极管，所述第一和第三电容为电解电容。
进一步的，所述充放电单元包括第二和第三场效应管、第二和电三电阻。
进一步的，所述辅助电源单元包括第二变压器、第二整流桥、稳压器、第四和第五电容，其中所述第二变压器为小功率交流变压器，所述稳压器选用LM7805，所述第四电容为电解电容。
进一步的，所述主控制器单元选用STC12C5A60S2单片机。
进一步的，所述隔离单元选用高速光耦6N137。
进一步的，所述CAN接口单元包括CAN控制器和CAN总线收发器，所述CAN控制器选用SJA1000，所述CAN总线收发器选用PCA82C250。
(三)有益效果
本实用新型提供了一种电动汽车铅酸蓄电池智能充电系统，利用分阶段定电流和正负脉冲相结合的新型充电控制策略，同时采用单片机数字PI控制技术与高效、低损耗的DC-DC变换电路，充电速度显著提高，充电更加安全，电池升温低，减少了对蓄电池容量和寿命的影响，并且利用价格低廉的单片机来替代昂贵的电源管理IC，实现了蓄电池智能化监测与管理。
附图说明
图1为本实用新型所涉及的一种电动汽车铅酸蓄电池智能充电系统的结构框图。
图2为本实用新型所涉及的一种电动汽车铅酸蓄电池智能充电系统的充放电电路原理图。
图3为本实用新型所涉及的一种电动汽车铅酸蓄电池智能充电系统的辅助电源单元电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型所涉及的实施例做进一步详细说明。
如图1所示，一种电动汽车铅酸蓄电池智能充电系统，包括功率变换单元、充放电单元、参数采集单元、辅助电源单元、隔离单元、主控制器单元、CAN接口单元、显示单元、报警单元和风扇散热单元；功率变换单元为单端正激DC-DC变换电路，输入AC220V市电，输出铅酸蓄电池所需的直流电源；充放电单元对铅酸蓄电池进行充放电控制；参数采集单元采集铅酸蓄电池的当前电压、电流和温度值，并送入主控制器单元单片机的ADC输入通道；辅助电源单元输入AC220V市电，输出+5V直流电压，给隔离单元和主控制器单元提供工作电压；隔离单元将主控制器单元和功率变换单元及充放电单元进行隔离，防止高频功率电路对数字控制电路的干扰；主控制器单元对采集的当前值与设定值进行比较处理，并输出PWM脉冲信号通过隔离单元至功率变换单元和充放电单元；主控制器单元通过CAN接口单元接入车载CAN总线，与整车控制系统进行数据交换；显示单元显示当前的充电状态及电压、电流和温度值；报警电路对充电异常状态进行报警；风扇散热单元对铅酸蓄电池进行吹风散热降温。
主控制器单元选用STC12C5A60S2单片机，是新一代高速/低功耗/超强抗干扰的8051单片机，内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换，工作电压为3.3～5.5V，工作温度范围-40～+85℃，针对电机控制等强干扰场合。
如图2所示，功率变换单元包括整流桥DB1、变压器T1、场效应管Q1、二极管D1～D4、电感L1、电容C1～C3和电阻R1，其中变压器T1为高频变压器，二极管D1为江崎二极管，电容C1和C3为电解电容。充放电单元包括场效应管Q2和Q3、电阻R2和R3。E1为12V/12AH铅酸蓄电池，充满电时端电压约为14.7V。由于系统电路功率约在150w，故采用成本较低的单端正激DC-DC变换电路。首先将AC220V、50Hz工频交流市电经过整流滤波，接入DC-DC单端正激变换电路，再通过LC滤波后得到直流电源。调节单片机STC12C5A60S2输出的PWM脉冲信号占空比，来控制场效应管Q1的导通关断，进而得到所需的直流电压和电流。同时利用场效应管Q2和Q3的间歇导通和关断来控制充电和放电脉冲的幅值和时间。场效应管Q2导通Q3关断时，实现正脉冲充电；场效应管Q3导通Q2关断时，实现负脉冲放电。
以马斯三定律为基础，本系统的充电过程具体控制策略如下：
(1)大电流恒流阶段。充电初期，当蓄电池端电压小于12V时，表示电池电量较低，采用大电流进行恒流充电，使蓄电池在较短的时间内尽量充入较多的电量。当蓄电池的端电压上升到14.7V时，水开始分解，产生极化和析气现象，此时停止充电。一段时间后，转入下一个阶段。
(2)正负脉冲快速充电阶段。在脉冲的停歇阶段，随着充电电流的消失，极化现象部分消失。接着再放电，使蓄电池反向通过较大电流，可以消除析气现象产生的气体，并进一步消除极化现象，使蓄电池接受电量的速度加快。将此阶段再细分为三级，使充电电流接近蓄电池可接受充电电流，从而在快速充电的同时，不会对蓄电池造成损坏。
(3)恒压补足充电阶段。经过前两个阶段以后，并不能保证蓄电池电量已充满。此时，还应进行恒压补足充电。此阶段充电电流逐渐减小，当检测到电流下降到某一阈值时，停止充电。此时也标志着充电过程完全结束。
参数采集单元采集铅酸蓄电池的当前电压、电流及温度，并送入单片机STC12C5A60S2的A/D口进行处理。单片机STC12C5A60S2将采集的数据与设定值进行比较，采用数字PI控制技术(根据给定值与实际值构成控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制)调节输出PWM脉冲信号的占空比，实现充电过程中的恒流、恒压，并通过控制场效应管Q2和Q3的导通和关断，实现正负脉冲快速充电。
为防止高频功率变换电路对数字控制电路的干扰，系统利用高速光耦6N137将两部分电路隔离。因此，数字控制电路部分必须单独供电，如图3所示，辅助电源单元包括变压器T2、整流桥DB2、稳压器U1、电容C4和C5，其中变压器T2为小功率交流变压器，稳压器U1选用LM7805，电容C4为电解电容。利用小功率交流变压器T2将AC220V交流市电降压到交流12V，整流滤波后利用稳压器LM7805实现直流+5V电压输出，给单片机STC12C5A60S2和高速光耦6N137等芯片提供工作电压。
CAN接口单元包括CAN控制器和CAN总线收发器，CAN控制器选用SJA1000，CAN总线收发器选用PCA82C250。由于单片机STC12C5A60S2没有集成内部控制器，需在外围电路中增加CAN控制器SJA1000，通过CAN总线收发器PCA82C250接入车载CAN总线，与整车控制系统进行数据交换，将铅酸蓄电池的状态参数发送给整车控制系统，并接收整车控制系统相应的车辆状态报文。
通过对铅酸蓄电池电压、电流的检测使其进入相应的充电阶段，在相应的阶段内，利用数字PI控制技术不断调节单片机STC12C5A60S2输出的PWM脉冲信号占空比，以实现所要求的恒定电流或电压值，同时检测各阶段蓄电池的温度值。显示单元显示当前的充电状态及电压、电流和温度值。如果超过设定的阈值，报警单元开始工作并停止充电。当温度超过45℃时，启动风扇散热单元，给蓄电池降温，直到温度恢复到20℃以内。
本实用新型提供了一种电动汽车铅酸蓄电池智能充电系统，利用分阶段定电流和正负脉冲相结合的新型充电控制策略，同时采用单片机数字PI控制技术与高效、低损耗的DC-DC变换电路，充电速度显著提高，充电更加安全，电池升温低，减少了对蓄电池容量和寿命的影响，并且利用价格低廉的单片机来替代昂贵的电源管理IC，实现了蓄电池智能化监测与管理。
上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定。在不脱离本实用新型设计构思的前提下，本领域普通人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。