一、电动自行车智能三阶段充电器的工作原理
当今的电动自行车充电器,大量地采用了以PWM脉宽调制集成电路 TL494N或者KA3842(UC3842)为核心控制电路,组成智能式开关电源,分三个阶段为蓄电池提供充电电压和电流。由于目前我国的电动自行车普遍采用了36-48V/10-12AH的铅酸蓄电池,所以这里以适合于这种蓄电池的充电器为例,对采用UC3842的电动自行车三阶段充电器的工作原理进行介绍。
什么是三阶段充电器
三阶段充电器属于智能控制的能自动转换充电模式的充电器,所谓三阶段是指恒流充电阶段、恒压充电阶段、涓流充电阶段(又叫浮充阶段)。
1.恒流充电阶段
在恒流充电阶段,充电电流是不变的,但输出电压在变。充电情况如上图所示。充电电流I=(U1-U2)/(R1 R2),U1为充电输出电压,U2为电池电压,R1为充电器内阻,不变,R2为电池内阻,随着充电会变小。为保持I不变,U1随U2的上升和R2的下降而自动调节。电路根据充电电流的情况自动调整输出电压才能使电流保持在恒定的状态,一方面表现在当充电电流增大时,电路能自动降低输出电压,使电流减小,维持恒定;另一方面,随着蓄电池充进电量的增多,蓄电池两端电压会不断上升,为了防止充电电流变小,因此开关电源的输出端电压必须随着充电过程而逐渐上升。在这个阶段,充电电流较大,一般设定在1.8A左右,这个电流称为“恒流电流” ,在0.2-0.3C(C:电池容量)。10-14Ah的电池充电电流为1.8A,17-20Ah的为2.5A。
2.恒压充电阶段
恒压充电阶段是指当蓄电池的电压升高到设定的恒压值时,开关电源的输出电压便保持不变(不再升高,这个电压称为高恒压电压),而充电电流则根据蓄电池的充电情况不断减小。该恒压值一般设定为44.4V-44.8V左右。
3.涓流充电阶段
涓流充电阶段是指当充电器基本充满(充电电流减小到200-300mA)时,电路根据检测到的充电电流会自动减小开关电源的输出电压(这时的电压称为“低恒压电压”),此时输出电压固定,充电电流继续逐渐减小,约两小时后充电结束。结束后,充电电流保持在几十毫安以下或者几毫安以下甚至更低。
以上三个阶段的转换是依靠相关电路来检测充电电流和输出电压,进而根据既定的模式自动实现的。目前厂家提出的“智能型”、“自动控制型”、“全自动”等充电器,如无特殊说明,一般都是指具有三阶段控制功能的充电器。
有必要说明的两点:
1、 恒流充电电流的数值是根据下列公式确定的:
I=1.2C/8=0.15C,C为电池容量(Ah)。如容量12Ah(安时)的蓄电池的充电电流为:
12×1.2÷8=1.8A
其中,,8是指标准规定的充电总时间8小时,1.2是一个效率值。可见,蓄电池的容量是确定恒流充电电流的一个关键因素。
2、恒压充电的电压值的计算方法:
蓄电池单格电压(V)×蓄电池的格数(个)=恒压充电电压(V)
从目前的电动车充电器设置的恒压充电电压值来看,是按照蓄电池单格电压2.47V-2.49V来设计的。36V蓄电池由3块12V蓄电池串联而成,每块12V蓄电池有6格,这样计算出的恒压充电电压值为:(2.47V-2.49V)×(3×6)=44.4V-44.8V
但是,按照要求,密封电池的充电恒压值在2.4V/单格为最佳,这样,标称36V的电动车的电池最高充电电压应该在43.2V为宜。之所以把恒压设置为44.4V-44.8V,也是出于对充电时间和蓄电池“充满”来考虑的,但这样容易造成蓄电池失水,缩短蓄电池的寿命。
对于48V的电动车的充电情况如下图所示。