多功能车用智能充电电源控制系统

秦国花（中山市鹰飞电器有限公司，广东中山，528463）



多功能车用智能充电电源控制系统

秦国花
（中山市鹰飞电器有限公司，广东中山，528463）

摘要：多功能车用智能充电电源系统有充电、展厅和编程电源三种工作模式。系统采用Atmega32单片机作为系统的控制芯片，开关电源作为系统的充电电源，通过对实时充电电流和充电电压的监测，驱动功率器件，实现不同工作模式下对电压电流不同需求。

关键词：多功能；充电模式；UC3846；单片机控制

0 前言

所谓多功能车用智能充电电源是指系统能够根据用户的需要自主选择充电方式、设置充电电压，以满足不同场合不同车辆对充电电源的不同需求。同时在充电过程中，系统实时监测并分析充电电流和充电电压，自动生成最佳充电曲线。另外系统的自我保护程序可以识别过压、过流、过热和电池反接等错误操作。

1 工作模式

多功能车用智能充电电源有三种工作模式：充电模式、展厅模式和编程电源模式。充电模式就是对车用蓄电池进行充电。根据美国科学家马斯提出的以最低出气率为前提的蓄电池可接受充电电流曲线，系统采用三段式充电模式：首先恒流充电，用大电流对电池进行快速充电以补充电池电能。恒流充电的初期，电流缓慢上升，由0.2A上升到系统设定电流值，降低蓄电池的析气量，提高蓄电池对电能的接受量。另外由于大电流充电过程中蓄电池容易产生大量气体和热能，系统采用间歇式恒流充电法，即对蓄电池进行周期性的充电—停充，这样可以有效减少蓄电池的析气量，减缓电极的极化，提高电池电量的接受率。当系统监测到电池端电压上升到系统设定的临界值时，电池进入充电过程的第二阶段，恒压充电。恒压充电是对恒流充电的补充充电，根据马斯提出的充电曲线，随着蓄电池端电压的升高，充电电流按指数规律下降，这个阶段充电电流会缓慢下降，当电池对充电电流的接受能力降到2A时，系统进入第三阶段，浮充电，也叫涓流充电，即恒压小电流充电模式，主要作用是补充蓄电池自放电所消耗的能量，使电池充到满容量，同时对电池起一定修复保养作用。该阶段充电电流很小，当系统检测到充电电流低于0.2A时，会自动停止充电，并发出提示。

系统的第二种工作模式是展厅模式。当系统工作在展厅模式时，可以完全代替汽车的蓄电池。在汽车4S展厅中摆放的汽车由于经常需要启动发动机，打开影音、仪表、灯光、防盗系统等用电设备，对蓄电池的损耗比较大，同时因为汽车长期放在展厅，没有对蓄电池进行有效充电，电池将会严重馈电，进而严重缩短电池的使用寿命，使用该系统的展厅模式可以有效地保护新车的蓄电池，使得电池总是在满电状态下，有效的延长了电池的使用寿命。

编程电源模式是系统的第三种工作模式，在这种工作模式下，系统可以提供稳定的电压可调的大功率直流电。根据不同的电池进行长时间的供电。

多功能车用智能充电电源系统还有一个隐藏的工作模式，即修复模式。在充电模式下，当系统检测到蓄电池出现故障，会启动警报程序，并提示是否需要进行修复，当人工确定需要修复时，系统开启修复模式。由于蓄电池的大部分故障是由电池电极的硫化引起，因此在修复模式下，系统采用恒压大电流脉冲式输出，长时间作用于蓄电池，以完成对蓄电池的修复，如果一定时间后，蓄电池的状态没有任何改变，则判断电池报废。

2 系统的硬件结构

系统的硬件结构如图1所示，包括主控制电路，LCD液晶显示及人机接口电路，保护电路，A/D数据采集电路和开关电源驱动电路。

多功能车用智能充电电源控制系统采用Atmel公司的8位AVR微处理器Atmega32作为主控芯片，该处理器使用简单、功能全面，能同时满足系统对AD转换精度和数据处理速度的要求。

保护电路的主要作用是保证系统工作的稳定性和安全性，包括过电压保护，过电流保护，过热保护和蓄电池反接保护。如图2所示V+、V-分别为充电电源的正负极，当蓄电池反接后，由于蓄电池本身是带电的，图中的光耦导通，Error1信号由低电平变为高电平，系统检测到Error1高电平信号，即发出警报，给出提示。在充电模式下，如果所接蓄电池由于深度放电或是故障导致端电压过低，不足以驱动光耦，导致系统无法判断电池是否反接，系统就会根据过低的电池端电压而禁止开关电源驱动电路的输出，系统进入保护模式。

图2 电极反接检测电路

A/D数据采集电路包括充电电压和充电电流的采集。系统输出的电压经过电阻分压后，将信号传递给主控制电路，处理器对其进行AD转换，并按照一定比例计算得出系统的输出电压。充电电流的读取则由霍尔传感器进行采集。为了提高对电流数据的读取精度，系统使用了大小两个量程的霍尔传感器分时工作，这样系统可以更准确的分析充电电源的工作状态，动态调整充电曲线。

系统的充电电源为高频开关电源，它具有体积小、重量轻、高效节能等优点，最重要的是开关电源动态响应时间短，控制速度高，能及时对系统的要求做出反应。系统发送命令给D/A转换芯片，输出0-4V的可调电压，来调节电流模式集成芯片UC3846的输出PWM脉宽，实现对主电源电路的控制。UC3846可以通过数字PI实现电压电流双环控制。其具体操作是，系统根据当前工作状态生成选通信号，来控制电子开关选择PI控制环。如图3所示，在恒流充电阶段，通过电流反馈，形成电流PI调节实现恒流控制；在恒压充电阶段，通过电压反馈，形成电压PI调节实现恒压控制。

图3 UC3846双环控制结构图

3 系统程序控制结构

多功能车用智能充电电源系统的软件控制模块包括：主程序模块、LCD液晶显示及按键模块、系统故障扫描模块及充电电源驱动模块。系统主程序工作流程如图4所示。

LCD液晶显示及按键模块作为人机交互接口，对内下达用户操作命令，对外显示系统各种信息，包括实时充电电压和充电电流，各种报警信息等。

在系统整个工作过程中，系统故障扫描模块会一直对系统的错误反馈信号进行监测，一旦发现充电电源系统出现错误，系统会立刻启动错误处理程序，中止输出，进入保护模式。在保护模式下，LCD液晶屏上将显示错误信息，并启动蜂鸣器报警。系统的错误识别包括：过压、过流、过热，蓄电池电极反接，充电过程中蓄电池断开等。

系统的充电电源驱动模块主要采用恒压恒流双环PI算法控制系统的各个有功率器件的驱动输出。开始工作前，系统根据用户设定的参数值，初步给出驱动电压值，在工作过程中，系统根据A/D信号采集反馈的数据结合用户的设定值，动态调整相应的输出数据，通过DA转换芯片，生成相应的电压值来调节UC3846输出PWM的脉宽。

图4 系统主程序流程图

4 结论

多功能车用智能充电电源采用高频开关电源技术和单片机控制系统，不仅减小了设备的体积，降低了系统的能耗，还拓宽了该系统的使用范围。系统不仅可以应用在蓄电池充电上，还可以替代蓄电池作用展厅汽车的备用电，还能作为一定范围内的可调直流电源，其应用范围广，使用效果好，可以大力推广使用。

参考文献

［1］杨彦兵，李辉，刘晓丹，基于单片机的双闭环控制智能充电器研制［J］《电源技术》，2014，38（2）：307-309.

［2］徐美华，耿宇翔，郑昌陆，矿用蓄电池智能充电机的设计与实现［J］《制造业自动化》，2014（21）：122-126.

［3］钱良国，刘长寅.智能充电技术和智能充电机［J］《蓄电池》，1999（12）：44-46.

［4］刘宝泉.智能充电器设计与实现《西北工业大学》，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