鉅大LARGE | 點擊量：458次 | 2023年06月08日
基于UC3845實現(xiàn)的鋰離子動力鋰電池充電單元
鋰離子動力鋰電池是20世紀(jì)開發(fā)成功的新型高能電池。鋰離子動力鋰電池在移動電話、便攜式計算機(jī)、攝像機(jī)、照相機(jī)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(jì)電動汽車的重要動力電源之一，已經(jīng)在人造衛(wèi)星、特種航天和儲能方面得到使用。
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足發(fā)揮鋰離子動力鋰電池可隨時補(bǔ)充能量的突出優(yōu)勢、克服電動汽車?yán)m(xù)駛里程短的缺點。本文對車載式鋰離子動力鋰電池充電電源進(jìn)行解析，重點研究充電單元控制電路的實現(xiàn)。
充電電源的總體結(jié)構(gòu)
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鋰電池單體串聯(lián)工作。在充電過程中，既要戒備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(yán)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(jié)構(gòu)方法，其結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)簡單、工作可靠性高的單端正激式主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
電路的總體結(jié)構(gòu)
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
充電單元控制電路的實現(xiàn)控制電路的設(shè)計是以電池的電化學(xué)特性為基礎(chǔ)的，依據(jù)鋰離子動力鋰電池的電化學(xué)特性，應(yīng)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?qū)崿F(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(shù)是在傳統(tǒng)的電壓型控制技術(shù)基礎(chǔ)上加入了電流反饋內(nèi)環(huán)，使系統(tǒng)具有快速的瞬態(tài)應(yīng)和及高度的穩(wěn)定性，過載及短路保護(hù)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(luò)，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)是一個電流測試環(huán)，可實現(xiàn)電路的過流和短路保護(hù)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。
電流測試內(nèi)環(huán)的工作原理
電流測試內(nèi)環(huán)是在主功率開關(guān)管Q1源極加一測試電阻RS，將測試值引入到UC3845的管腳3，即電流測試比較器的同相輸入端。
正常運(yùn)行時，測試電阻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(fù)載電流過大時就可以關(guān)斷輸出，使得系統(tǒng)的過流及短路保護(hù)十分簡單。
由于高頻變壓器初級電感的用途，圖3中功率開關(guān)管Q1開通時測試電流IS會萌生電流尖峰，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，在電流測試輸入端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(gòu)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)由輸出電流測試電阻、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(bǔ)償
電容，戒備環(huán)路萌生自激振蕩。選用TL431作為可控精密穩(wěn)壓源。
當(dāng)輸出電流小于設(shè)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(zhǔn)電壓，電阻R3，R4和電位器VR1對輸出電壓進(jìn)行采樣。電流控制環(huán)由于晶體管Q2處于截止?fàn)顟B(tài)而不起用途，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(dāng)輸出電流達(dá)到或大于設(shè)定電流值時，由于輸出電流測試電阻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(dǎo)通進(jìn)入放大區(qū)，由Q2的集電極給光耦供應(yīng)電流，電流控制環(huán)開始起用途，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(zhuǎn)入恒流控制模式，使系統(tǒng)的輸出電流保持在設(shè)定值。
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