多功能車用智能充電電源控制系統

秦國花（中山市鷹飛電器有限公司，廣東中山，528463）

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多功能車用智能充電電源控制系統

秦國花
（中山市鷹飛電器有限公司，廣東中山，528463）

摘要：多功能車用智能充電電源系統有充電、展廳和編程電源三種工作模式。系統采用Atmega32單片機作為系統的控制芯片，開關電源作為系統的充電電源，通過對實時充電電流和充電電壓的監測，驅動功率器件，實現不同工作模式下對電壓電流不同需求。

關鍵詞：多功能；充電模式；UC3846；單片機控制

0 前言

所謂多功能車用智能充電電源是指系統能夠根據用戶的需要自主選擇充電方式、設置充電電壓，以滿足不同場合不同車輛對充電電源的不同需求。同時在充電過程中，系統實時監測并分析充電電流和充電電壓，自動生成最佳充電曲線。另外系統的自我保護程序可以識別過壓、過流、過熱和電池反接等錯誤操作。

1 工作模式

多功能車用智能充電電源有三種工作模式：充電模式、展廳模式和編程電源模式。充電模式就是對車用蓄電池進行充電。根據美國科學家馬斯提出的以最低出氣率為前提的蓄電池可接受充電電流曲線，系統采用三段式充電模式：首先恒流充電，用大電流對電池進行快速充電以補充電池電能。恒流充電的初期，電流緩慢上升，由0.2A上升到系統設定電流值，降低蓄電池的析氣量，提高蓄電池對電能的接受量。另外由于大電流充電過程中蓄電池容易產生大量氣體和熱能，系統采用間歇式恒流充電法，即對蓄電池進行周期性的充電—停充，這樣可以有效減少蓄電池的析氣量，減緩電極的極化，提高電池電量的接受率。當系統監測到電池端電壓上升到系統設定的臨界值時，電池進入充電過程的第二階段，恒壓充電。恒壓充電是對恒流充電的補充充電，根據馬斯提出的充電曲線，隨著蓄電池端電壓的升高，充電電流按指數規律下降，這個階段充電電流會緩慢下降，當電池對充電電流的接受能力降到2A時，系統進入第三階段，浮充電，也叫涓流充電，即恒壓小電流充電模式，主要作用是補充蓄電池自放電所消耗的能量，使電池充到滿容量，同時對電池起一定修復保養作用。該階段充電電流很小，當系統檢測到充電電流低于0.2A時，會自動停止充電，并發出提示。

系統的第二種工作模式是展廳模式。當系統工作在展廳模式時，可以完全代替汽車的蓄電池。在汽車4S展廳中擺放的汽車由于經常需要啟動發動機，打開影音、儀表、燈光、防盜系統等用電設備，對蓄電池的損耗比較大，同時因為汽車長期放在展廳，沒有對蓄電池進行有效充電，電池將會嚴重饋電，進而嚴重縮短電池的使用壽命，使用該系統的展廳模式可以有效地保護新車的蓄電池，使得電池總是在滿電狀態下，有效的延長了電池的使用壽命。

編程電源模式是系統的第三種工作模式，在這種工作模式下，系統可以提供穩定的電壓可調的大功率直流電。根據不同的電池進行長時間的供電。

多功能車用智能充電電源系統還有一個隱藏的工作模式，即修復模式。在充電模式下，當系統檢測到蓄電池出現故障，會啟動警報程序，并提示是否需要進行修復，當人工確定需要修復時，系統開啟修復模式。由于蓄電池的大部分故障是由電池電極的硫化引起，因此在修復模式下，系統采用恒壓大電流脈沖式輸出，長時間作用于蓄電池，以完成對蓄電池的修復，如果一定時間后，蓄電池的狀態沒有任何改變，則判斷電池報廢。

2 系統的硬件結構

系統的硬件結構如圖1所示，包括主控制電路，LCD液晶顯示及人機接口電路，保護電路，A/D數據采集電路和開關電源驅動電路。

多功能車用智能充電電源控制系統采用Atmel公司的8位AVR微處理器Atmega32作為主控芯片，該處理器使用簡單、功能全面，能同時滿足系統對AD轉換精度和數據處理速度的要求。

保護電路的主要作用是保證系統工作的穩定性和安全性，包括過電壓保護，過電流保護，過熱保護和蓄電池反接保護。如圖2所示V+、V-分別為充電電源的正負極，當蓄電池反接后，由于蓄電池本身是帶電的，圖中的光耦導通，Error1信號由低電平變為高電平，系統檢測到Error1高電平信號，即發出警報，給出提示。在充電模式下，如果所接蓄電池由于深度放電或是故障導致端電壓過低，不足以驅動光耦，導致系統無法判斷電池是否反接，系統就會根據過低的電池端電壓而禁止開關電源驅動電路的輸出，系統進入保護模式。

圖2 電極反接檢測電路

A/D數據采集電路包括充電電壓和充電電流的采集。系統輸出的電壓經過電阻分壓后，將信號傳遞給主控制電路，處理器對其進行AD轉換，并按照一定比例計算得出系統的輸出電壓。充電電流的讀取則由霍爾傳感器進行采集。為了提高對電流數據的讀取精度，系統使用了大小兩個量程的霍爾傳感器分時工作，這樣系統可以更準確的分析充電電源的工作狀態，動態調整充電曲線。

系統的充電電源為高頻開關電源，它具有體積小、重量輕、高效節能等優點，最重要的是開關電源動態響應時間短，控制速度高，能及時對系統的要求做出反應。系統發送命令給D/A轉換芯片，輸出0-4V的可調電壓，來調節電流模式集成芯片UC3846的輸出PWM脈寬，實現對主電源電路的控制。UC3846可以通過數字PI實現電壓電流雙環控制。其具體操作是，系統根據當前工作狀態生成選通信號，來控制電子開關選擇PI控制環。如圖3所示，在恒流充電階段，通過電流反饋，形成電流PI調節實現恒流控制；在恒壓充電階段，通過電壓反饋，形成電壓PI調節實現恒壓控制。

圖3 UC3846雙環控制結構圖

3 系統程序控制結構

多功能車用智能充電電源系統的軟件控制模塊包括：主程序模塊、LCD液晶顯示及按鍵模塊、系統故障掃描模塊及充電電源驅動模塊。系統主程序工作流程如圖4所示。

LCD液晶顯示及按鍵模塊作為人機交互接口，對內下達用戶操作命令，對外顯示系統各種信息，包括實時充電電壓和充電電流，各種報警信息等。

在系統整個工作過程中，系統故障掃描模塊會一直對系統的錯誤反饋信號進行監測，一旦發現充電電源系統出現錯誤，系統會立刻啟動錯誤處理程序，中止輸出，進入保護模式。在保護模式下，LCD液晶屏上將顯示錯誤信息，并啟動蜂鳴器報警。系統的錯誤識別包括：過壓、過流、過熱，蓄電池電極反接，充電過程中蓄電池斷開等。

系統的充電電源驅動模塊主要采用恒壓恒流雙環PI算法控制系統的各個有功率器件的驅動輸出。開始工作前，系統根據用戶設定的參數值，初步給出驅動電壓值，在工作過程中，系統根據A/D信號采集反饋的數據結合用戶的設定值，動態調整相應的輸出數據，通過DA轉換芯片，生成相應的電壓值來調節UC3846輸出PWM的脈寬。

圖4 系統主程序流程圖

4 結論

多功能車用智能充電電源采用高頻開關電源技術和單片機控制系統，不僅減小了設備的體積，降低了系統的能耗，還拓寬了該系統的使用范圍。系統不僅可以應用在蓄電池充電上，還可以替代蓄電池作用展廳汽車的備用電，還能作為一定范圍內的可調直流電源，其應用范圍廣，使用效果好，可以大力推廣使用。

參考文獻

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［4］劉寶泉.智能充電器設計與實現《西北工業大學》，2004.

Intelligent charging power supply control system for multifunctional vehicle

Qin Guohua
（Zhongshan Eagle-Fly Electrical Appliance Co.，Ltd.，Zhongshan Guangdong，528463）

Abstract：Multifunctional automotive intelligent charge power supply has three work modes:Charging，Showroom and Programming.It uses Atmega32 SCM as controller，uses the switching power supply as the charging power supply，adjusts the power devices according to the monitoring results of the real-time charging current and voltage，to satisfy different current and voltage requirements under different work modes.

Keywords：multi function；charging mode；UC3846；single chip microcomputer control