鋰離子動力電池是20世紀開發(fā)成功的新型高能電池。鋰離子動力電池在移動電話、便攜式計算機、攝像機、照相機等、部分代替了傳統(tǒng)電池。大容量鋰離子電池已在電動汽車中試用，將成為21世紀電動汽車的主要動力電源之一，已經(jīng)在人造衛(wèi)星、特種航天和儲能方面得到應用。

電池的充電電源是電動汽車不可缺少的子系統(tǒng)之一，車載式充電電源能夠充分發(fā)揮鋰離子動力電池可隨時補充能量的突出優(yōu)點、克服電動汽車續(xù)駛里程短的缺點。本文對車載式鋰離子動力電池充電電源進行介紹，重點研究充電單元控制電路的實現(xiàn)。

充電電源的總體結構

為了滿足電動汽車動力性的要求，電動汽車要求多個鋰離子動力電池單體串聯(lián)工作。在充電過程中，既要防止電池單體能量不均和過充的問題，又要滿足車載式充電電源在比功率、可靠性等方面的嚴格要求，綜合以上兩個方面考慮，本文提出了一種多組式串聯(lián)的電路總體結構方案，其結構如圖1所示。為了滿足充電電源在可靠性方面的性能要求，充電單元的主電路采用電路結構簡單、工作可靠性高的單端正激式主拓撲結構。

電路的總體結構

充電單元控制電路的實現(xiàn)控制電路的設計是以電池的電化學特性為基礎的，根據(jù)鋰離子動力電池的電化學特性，應采用恒流-恒壓的充電方式對其充電，這就要求控制電路能夠實現(xiàn)對充電單元輸出的恒流-恒壓調(diào)節(jié)。在本系統(tǒng)中，選用電流型pWM控制器UC3845為核心來實現(xiàn)對充電單元的恒流-恒壓控制，電流型控制技術是在傳統(tǒng)的電壓型控制技術基礎上加入了電流反饋內(nèi)環(huán)，使系統(tǒng)具有快速的瞬態(tài)響應及高度的穩(wěn)定性，過載及短路保護簡單。

充電單元的控制系統(tǒng)如下圖所示。系統(tǒng)采用線性光耦耦合器pS2561-1組成光耦反饋網(wǎng)絡，既實現(xiàn)了主電路和控制電路之間的電氣隔離，又實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的比例傳輸。

控制系統(tǒng)的組成

控制環(huán)路的工作原理

該控制系統(tǒng)是一個雙閉環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是一個電流檢測環(huán)，可實現(xiàn)電路的過流和短路保護功能;外環(huán)由兩個環(huán)路組成，分別實現(xiàn)系統(tǒng)的恒流控制和恒壓控制。

電流檢測內(nèi)環(huán)的工作原理

電流檢測內(nèi)環(huán)是在主功率開關管Q1源極加一檢測電阻RS，將檢測值引入到UC3845的管腳3，即電流檢測比較器的同相輸入端。

正常運行時，檢測電阻RS的峰值電流由誤差放大器E/A控制，電流峰值為：IS=（Ve-1.4V）/（3RS）

由于電流測定比較器反向輸入端的箝位電壓為1V，故最大電流限制在IS=1V/RS，系統(tǒng)在負載電流過大時就可以關斷輸出，使得系統(tǒng)的過流及短路保護十分簡單。

由于高頻變壓器初級電感的作用，圖3中功率開關管Q1開通時檢測電流IS會產(chǎn)生電流尖峰，該尖峰將影響電路的穩(wěn)定性，為了抑制電流尖峰對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，在電流檢測輸入端3腳和RS之間加入小的RC濾波電路濾去電流尖峰，圖3中的電阻R11、電容C11構成濾波電路。

恒流-恒壓外環(huán)的工作原理

外環(huán)有兩個控制回路，一個是電壓控制環(huán)，另一個為電流控制環(huán)。

電壓控制環(huán)由可控精密穩(wěn)壓源SHR1、穩(wěn)壓管Z1、電阻R3，R4，電位器VR1組成。電流控制環(huán)由輸出電流檢測電阻、可控精密穩(wěn)壓源SHR2、晶體管Q2、電阻RJ，R6、電位器VR2、電容C3組成，其中C3為頻率補償

電容，防止環(huán)路產(chǎn)生自激振蕩。選用TL431作為可控精密穩(wěn)壓源。

當輸出電流小于設定電流值時，電壓控制環(huán)工作，可控精密穩(wěn)壓源SHR1和穩(wěn)壓管Z1獲取線形光耦器pS2561-1輸入的基準電壓，電阻R3，R4和電位器VR1對輸出電壓進行采樣。電流控制環(huán)由于晶體管Q2處于截止狀態(tài)而不起作用，充電單元工作在恒壓輸出模式下。此時，Z1上有電流通過，輸出電壓由Z1的穩(wěn)壓值、SHR1和光耦中LED的正向壓降所確定。

當輸出電流達到或大于設定電流值時，由于輸出電流檢測電阻RJ上的壓降升高，晶體管Q2的發(fā)射極電壓UBE也隨之升高，從而使Q2導通進入放大區(qū)，由Q2的集電極給光耦提供電流，電流控制環(huán)開始起作用，迫使輸出電壓降低，使得穩(wěn)壓管Z1不能被反向擊穿，其上也不再有電流通過，因此電壓控制環(huán)開路，充電單元就自動轉入恒流控制模式，使系統(tǒng)的輸出電流保持在設定值。

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