一種蓄電池充放電電路的設計

張大為, 張凱, 萬道軍, 畢濤

一種蓄電池充放電電路的設計

張大為1, 張凱1, 萬道軍2, 畢濤3

（1. 海軍航空工程學院 控制工程系，山東省 煙臺市 264001；2. 海軍航空工程學院 訓練部，山東省 煙臺市 264001, 3. 海軍航空工程學院 基礎實驗部，山東省 煙臺市 264001,）

應用電容濾波穩壓電路原理設計蓄電池充放電主電路，再應用繼電器開關原理設計出控制電路，實現不同充電電壓的選擇。為了加強蓄電池充放電電路的安全性能，設計出一種限壓、限流的保護電路。根據蓄電池充放電的基本原理、特性、方法等,設計出一種簡易、實用的充放電電路，具有良好的可逆性和穩定性。

蓄電池;濾波 容量 整流 控制電路

0 引言

蓄電池技術是一種涉及功率半導體器件、綜合電力變換技術、現代電子技術、自動控制技術等多學科的邊緣交叉技術。在現代通訊、電子儀器、計算機、工業自動化、電力工程、國防及某些高新技術中發揮著重要作用[1]。傳統的蓄電池充放電方法存在充電緩慢、安全性能不好等缺點。隨著理論的不斷創新和工藝的不斷成熟，一些新的充放電電路的理論成果不斷的提出并且不斷的投入到生產實踐中。根據蓄電池充放電的基本原理、特性、方法等，設計出一種簡易、實用、方便的充放電電路，通過設計出的充放電電路解決蓄電池充放電電壓的單一選擇難題，具有安全的保護電路性能，避免蓄電池因過充、欠充、過流、過壓造成電路的燒毀[2]。

1 蓄電池的充放電單元模塊

充、放電單元是對蓄電池容量檢測和對蓄電池進行自動充、放電的設備。該裝置融合了微處理器、電力電子等技術，具有自動化程度高、操作簡便、安全可靠等特點。蓄電池充放電、測試均由PLC自動控制，可根據設定的充電電流、充電時間、放電電流、放電時間、終止電壓和放出容量自動關機，防止蓄電池過度充放電；采用液晶顯示，操作方便，實時顯示充電電流、充電時間、放電電流、放電時間、電池電壓、放出容量，顯示信息量大；采用電流閉環控制技術實現恒流充、放電并可調控充、放電電流[3]。為了避免一般的高頻開關電源電路所帶來的電磁干擾以及電路復雜等缺陷，充、放電模塊完全采用直流電路，不涉及高頻交流電路，而且將充電和放電電路設計成同一電路，該電路的運行根據充放電的要求而定，因而具有可逆性，這樣既不存在電磁干擾問題，又可使整個充放電電路得到大大地簡化。蓄電池的充放電單元模塊圖如圖1所示。

圖1 蓄電池的充放電單元模塊圖

圖2 蓄電池充放電電路原理圖

2 蓄電池的充放電原理電路

蓄電池主電路的設計是通過充放電原理，按照其原理圖結構、電力電子技術相關知識繪制的，根據結構原理，蓄電池主電路主要包括整流濾波電路、穩壓電路、DC/DC模塊、開關機、主開關控制電路等。蓄電池充放電電路原理圖如圖2所示。

工作原理如下：

1）單相交流電經變壓器變壓、整流橋整流濾波、由7805、7808模塊將直流電壓調整穩定在5 V，再經DC/DC模塊升壓到15 V，給主電路供電[4]。

2）當需要充電時，光耦二極管電路組成的主開關控制電路的左側接充電用電源，當蓄電池充電電壓為2 V時，該電源由15 V電源和變阻器調節成3～4 V；當蓄電池充電電壓為12 V時，該電源由另一個24 V直流電源和變阻器調節而成15 V。該電源經主開關控制電路向其右側的蓄電池充電。

充電方式可以選為階段恒流方式，可以設置成多步充電階段自動轉換，用戶可以通過面板鍵盤設定充電電流、電壓、時間等參數。為了方便用戶使用，可以將不同類型的電池工作參數設定在程序段中，在需要時直接調用即可。

3）當需要放電時，主開關可逆主電路的左側接放電蓄電池，主開關可逆主電路的右側接放電電阻負載。

3 結論

本設計主要應用橋式整流、電容濾波穩壓電路原理設計蓄電池充放電主電路，在應用DC/DC轉換器、光電耦合開關等器件加強主電路的穩壓、可逆性；另外應用繼電器開關原理設計控制電路，達到不同充電電壓的選擇；其次為了加強蓄電池充放電電路的安全性能，設計出一種應用集成運算放大器進行限壓、限流的保護電路；本設計根據蓄電池的充電原理及特性曲線設計出的充放電電路符合設計要求，達到本設計的目的。

[1] 杜軍. 基于P89V51RD2的多功能蓄電池充電系統設計[J]. 國外電子元器件, 2006, (7): 53-57.

[2] 王艷茹. 脈沖充電提高鉛蓄電池充電效率的研究[J]. 電池工業, 2010(4): 222－225.

[3] 黃海宏, 王海欣等. 電動汽車分布式電池充放電管理的研究[J]. 電子測量與儀器學報, 2009, 23(6):68-73.

[4] 張崇巍, 張興等. PWM整流器及其控制[M]. 北京:機械工業出版社, 2003, 45－48.

Design of Charging and Discharging Circuit for Batteries

Zhang Dawei1, Zhang Kai1, Wan Daojun2, Bi Tao3,

(1. Naval Aeronautical and Astronautical University, Yantai 264001, Shandong, China; 2. Department of Training, Naval Aeronautical and Astronautical University, Yantai 264001, Shandong, China; 3. Department of Basic Experiment, Naval Aeronautical and Astronautical University, Yantai 264001, Shandong, China,)

TM912

A

1003-4862（2014）10-0023-02

2014-03-11

張大為（1979-），男，講師。研究方向：電氣工程電力電子技術。