)。当输出改变时，采样电阻R19的电流随之变化，电源控制芯片U2的电路比较器的同向输入端随之变化，构成了一个电流闭环控制。电压闭环控制与电流闭环控制构成了一个完整的双闭环系统，维持了整个充电系统的稳定。
[0042]在充电开始时，由于电池的电压低，电压环的输入信号比较小，而充电电流比较大，电流环的输入信号大，其控制作用的是电流环控制信号，电压环信号不参与控制。充电电流基本保持不变，这时为恒流充电。随着充电时间的增加，电池电压持续上升，输出端的电压不断增大，电压环的信号越来越大。当电压环的信号大于电流环的信号时，此时起控制作用的是电压环控制信号，电流环控制信号失效，输出电压基本不变，达到恒压控制。电源控制芯片U2的6脚电源信号输出端经电阻Rll直接驱动功率开关管Q1。电源控制芯片U2通过输出不同占空比的驱动信号，控制功率开关管Ql的导通时间，从而改变充电器的输出。
[0043]为了使嵌入式控制电路能实时监测到电池电压电流，必须在电路中引入电压、电流采样电路。因为充电过程中电池电压范围在40-60V，电流在0.1A-3A之间，因此需要通过转换电路后才能输入到ADC当中去。
[0044]电压采样电路如图3所示，电压的反馈信号是由充电器输出端的输出电压经R25、R27两个高精度的电阻分压后经一个由电阻R26、电容C17构成的低通滤波器再进入电压跟随器输出，进入ADC中。分压电阻R25、R27的阻值分别为10ΚΩ、120ΚΩ，在最大输出电压为60V的情况下，电压跟随器的输出为4.6V，对AD输入是合理的。
[0045]电流采样电路如图4所示，采用精密三运放取样电路，确保充电精度。取充电主电路中的电阻RS为电流采样电阻，差分放大电路可以有效地避免温度漂移现象，因此这里采样电流经差分放大电路输出，保证采样的精度。其放大倍数为:Α =RSX (1+2Χ20Κ/10Κ)/10Κο若采样电阻RS为0.5 Ω，采样电流在0.1Α-3Α之间，则输入电压仏为0.05V-1.5V。改变电阻RS的阻值可以调节电路的放大倍数。为了保证采集的精度，取放大倍数为3倍，则电阻R5的阻值取6Κ。输出电压为:U。= AXU 1<3
[0046]嵌入式控制电路如图5所示，包括主控芯片Ul和A/D、D/A采集模块U3，主控芯片Ul采用STM32F103，A/D、D/A采集模块U3采用PCF8591。时钟线SCL与双向数据线SDA分别与主控芯片Ul的PB6、PB7相连，电流采样电路的输出由A-1N输入，电压采样电路的输出由V-1N输入，主控芯片Ul根据这个值与预设值判断，由A/D、D/A采集模块U3的AOUT 口输出模拟量，送入光电親合器ICl (PC817)的输入端，作为电源管理芯片U2的反馈信号。
[0047]控制过程中，采用如图6所示的PI控制策略，系统工作时按照三段式充电要求对充电功率进行设定，经过一定的时延，读取反馈AD的输入值，与三阶段充电的预设值进行比较得到偏差值，偏差值通过PI算法输出给控制对象。当系统因如外电压变化变化时，系统能进行自我调整，控制输出占空比。
[0048]嵌入式控制电路主要用于充电过程的对电压、电流进行采样监测、逻辑控制以及LCD显示。在对电压采样信号与预设置的比较，判定充电状态，通过D/A转换电路输出电压，作为光电親合器ICl的输入，控制光电親合器ICl的输出，继而通过电源管理芯片U2输出脉宽的改变对功率开关管Ql进行控制，使输出电压发生变化。当嵌入式控制电路检测到电池已充满后，通过其主控芯片Ul的一个端口，输出一个高电平，控制继电器控制电路动作，使充电主电路硬脱离电网，保证电路与电池充电安全并节省能耗。断电后，嵌入式控制电路按预设周期检测电池状态，在电池由于自然放电而使电压亏损到一定值后，继续补电，保证电池不因长期没有使用而损坏。当在各个充电的流程中，通过容量检测与充电周期计算，当在约定的时间里电池不能达到阶段容量要求时，也就表示电池出现故障，此时主充电电源将与电网主动脱离，并在LCD屏幕提醒用户必须对电池进行维护，保证充电安全，其控制流程如图7所不。
[0049]本发明一种电动车智能充电器，其电路测试结果如下:
[0050]在恒定电流充电阶段，输出采样电压达不到限定值，嵌入式控制电路的D/A转换电路输出一个值使得光电耦合器ICl截止，反馈至电源管理芯片U2，电源管理芯片U2的误差放大器输出信号不变。当电流超过电源管理芯片U2的电流检测端(3脚)限定的值时，电源处于间歇状态，这样反复的工作使得输出电流始终保持在设定的值。因此在恒流充电下，电源管理芯片U2输出的占空比始终固定。经测得在恒定大电流阶段电源管理芯片U2的输出波形如图8所示。
[0051]在恒定电压充电阶段，采样电压大于设定值，嵌入式控制电路的D/A转换电路输出一个值，使得光电親合器ICl导通，光电親合器ICl的输出作为电源管理芯片U2端电压检测端的输入信号。当输出电压不变时，电压检测端的输入信号也不变，电源管理芯片U2的误差放大器输出恒定，电源管理芯片U2输出占空比不变。当输出电压增大时，电源管理芯片U2的误差放大器输出变小，导致电源管理芯片U2的输出占空比变小，使得输出电压变小，以此来实现恒压输出功能。这里测得在输出电流为1.5A和IA时输出波形如图9、图10所示。
[0052]在浮充阶段由于电池已经充满，充电器只需以一个恒定小电流对电池进行充电来弥补电池由于自然放电引起的损耗。主控芯片Ul通过D/A转换电路输出一个恒定不变较大值，使得电源管理芯片U2内部误差放大器输出信号变得很小，始终输出一个固定小占空比，达到浮充阶段。此时测得电源管理芯片U2输出波形如图11所示。
[0053]由以上图8-11图可看出，电源管理芯片U2通过输出不同占空比的PffM信号改变充电器的输出，达到智能充电。
[0054]充电过程中蓄电池的电压、电流曲线如图12所示，充电开始时，为了保证恒流充电，充电器的输出电压随着蓄电池电压的上升而上升。随着充电的进行，电池电压不断上升，而充电器为了维护电池寿命，同时补足充电，必须减小充电电流。因此充电器保持输出电压恒定，减小与蓄电池之间的电势差，从而保证输出电流减小。
[0055]本发明的一种电动车智能充电器，采用电源管理芯片PffM控制与STM32相结合，在充电时候能采用三阶段模式充电方法。通过嵌入式实时检测电池电压以及充电电流，与预设值进行比较，判断当前电池的充电状态，并反馈给电源管理芯片。电源管理芯片通过输出不同占空比，改变充电器的输出电压，调节充电状态。经测试，智能充电器能够很好地实现对蓄电池充电状态的调节，按照三阶段充电模式进行充电，实时显示当前充电电压与电流。在检测电池充满后，控制继电器断开市电，保护电池。通过周期检测电池电压，在电池电压下降到预定值时能继续充电，时刻保持电池处于满电状态，达到智能充电的效果。
【主权项】
1.一种电动车智能充电器，其特征在于:包括充电主电路、嵌入式控制电路、电源管理芯片、电压采样电路、电流采样电路和继电器控制电路； 充电主电路包括依次连接的整流滤波电路、开关管、变压器和直流输出电路，整流滤波电路的输入端连接市电，直流输出电路的输出端连接电池； 电压采样电路和电流采样电路的输入端分别连接直流输出电路的输出端； 嵌入式控制电路包括主控芯片、D/A转换模块和A/D转换模块，主控芯片内置有PI控制器，电压采样电路和电流采样电路的输出端均连接至A/D转换模块的输入端，A/D转换模块的输出端连接至主控芯片的PI控制器的输入端，主控芯片的输出端连接至D/A转换模块的输入端； 电源管理芯片的供电端连接变压器的供电输出端，电源管理芯片的反馈输入端连接D/A转换模块的输出端，电源管理芯片的推挽输出端连接至开关管的控制端； 继电器控制电路连接于市电与整流滤波电路之间用以接入或断开市电，嵌入式控制电路的主控芯片的一输出端连接至继电器控制电路的控制端。2.根据权利要求1所述的一种电动车智能充电器，其特征在于:上述嵌入式控制电路的主控芯片采用STM32F103。
【专利摘要】本发明公开了一种电动车智能充电器，其包括充电主电路、嵌入式控制电路、电源管理芯片、电压采样电路、电流采样电路和继电器控制电路。本发明的一种电动车智能充电器，采用三段式充电方式，同时采用嵌入式控制电路作为整个充电器的控制端，通过嵌入式控制电路对充电过程进行精确控制，实现电动车铅酸电池参数检测、充电、断电、亏电补偿以及电池异常处理，相比于市面上的充电器性能与安全性更高。进一步地，检测电池充满后可通过嵌入式控制电路控制继电器控制电路自动断开充电回路，防止因充电时间过长，导致电池鼓包、流水，避免电动车因不良充电引起的安全隐患。
【IPC分类】H02J7/10
【公开号】CN105048613
【申请号】CN201510556397
【发明人】傅士杰
【申请人】泉州市海通电子设备有限公司
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年9月2日