1. 研究目的与意义
21世纪是科技飞速发展的时代，随着国民经济的发展和科学技术水平的提高，特别是计算机技术，通信技术，电子技术，控制技术的迅猛发展，生活现代化得以实现，交通绿色节能化发展，电动交通工具也随之应运而生。人民的生活也开始富裕起来，许多电动交通工具也刚刚在我国兴起。这种电能交通工具可以为我们营造出高效、节能、绿色的交通环境。并且它可以牵动一大批产业。如此广泛的应用，它的前景也必将非常广阔。随着科学技术的飞速发展，人们的生活观念也在渐渐的发生转变。各种交通工具的使用率也在发生着变化。由于单片机技术和电能存储技术的的不断成熟，充电的速度也越来越快。电动三轮车也不例外，在欧美等发达国家，电动交通工具已广泛应用。电动交通工具在国内算是高端前沿产业，市场广阔，有推广和应用的意义，在发达的欧美市场电动交通工具已经并不新鲜，已经广泛运用于平常百姓家中，所以有必要在国内推广。
随着现代社会的高速发展，人们对电动交通工具的要求也越来越高，相对于传统的交通工具,电动交通工具更能满足人们对于生活品质的追求。在日常的交通运输中，每一天的油耗都带来巨大数量的二氧化碳等温室气体的排放，空气质量变得越来越差，化石能源也会越来越少，随着绿色发展观在全国范围内的普及，越来越多的人逐渐开始注意环境的保护，电动交通工具也越来越普及。然而与此同时也出现了一系列的技术问题，比如充电速度，这也就为电动三轮车快速充电器的研发提供了市场价值。随着交通工具和人们需求的不断更新，电动三轮车得到了广泛的使用，最大限度地满足人们对出行运输等领域的效率的各种需求。尤其领域克服传统的三轮车充电慢的缺点，为人们提供了更方便、快捷、安全的充电方法，提高了电动三轮车的充电效率。
蓄电池充放电的研究在很旱以前就有人开始研究，人们从各个角度来探索影响蓄屯池寿命的原因，1935年，伍德布里奇发现了影响蓄电池充电过程的有温度这个条件，温度不同，充电效率也不一样。麦斯在1967年发现了对蓄电池充电时析气的原因和规律。在人们的不断研究和探索下，创造出了很多种充电装置，例如随着电流的变化而变化的铅酸蓄电池充电装置等，但这些充电设备基本上是采用檨拟电路实现，调试复杂，体积大，并且控制效果很差。随着时代的发展，集充放电于体，检测和管理相结合的智能化充电控制器在90年代被开发出来。在我国的蓄电池研究中，其充电装置中的整流设备多用晶闸管硅来制造，虽然其有功率密度低的缺点，但是由于它工作可靠的性能，仍然被大家所普遍应用。最近几年，由于快速充电技术用途越来越广泛，因此人们也是努力研究和探索，并且很成功的将这种技术应用到蓄电池中。但是这些充电技末仍然有很多不理想之处，尤其是思想和方法的守旧，已经不符合蓄电池的性能指标。如今，一直有人提出一些新型的充电方法，但是更完善更快速的充电方式仍需要被探索和发现本次大功率电动三轮车充电电路的设计是将220v的电压经过整流、滤波后再对蓄电池进行充电，整体硬件电路设讦包括了电源电路设计、振荡电路设计、保护电路设计、充电状态指示电路设计四大模块。其中lm324四运算放大器起到充放电状态控制和过流保护等作用。基准电路采用了精密稳压专用集成电路tl431来精确控制主回路输出电压。 本实用新型的一种模拟雷电储能闪击的蓄电池充电器，先将电能储存到储能模块中，制造成模拟雷电储存区，储存量达到设计要求时由闪击充电模块将储存的电能以闪击的方式对蓄电池充电；反复储存、闪击直至充满。工作流程由模块控制、分手动、智能两种。充电速度根据不同性质、电压、容量的蓄电池设计。随着快速充电热潮在世界范围内兴起、电子技术的飞速发展以及人们生活水平的不断提高，从目前的发展趋势来看，在未来的时间里，电动三轮车快速充电器将成为中国的主流行业之一，其市场发展前景是非常广阔的。
2. 研究内容和预期目标
| 研究内容：设计一个单片机（或其他控制器）的快速充电器的控制系统。 该系统应包括：A/D转换器，D/A转换器，变压器，单片机控制系统，电源系统，开关系统，充电电容模块。 本设计采用AT89S51单片机作为主控制器，主要包括整流电路、A/D转换器、D/A转换器、单片机控制系统、电源系统，开关系统，变压模块，充电电容等部分组成。结合相关的规定以及设计资料，参考比较成熟的设计方案以及研究成果，在查阅相关文献的基础上，从而使得在单片机控制下的开关控制功能。所绘制硬件系统控制框图如图3 -1所示。 该硬件控制系统以51单片机为核心控制器，主要包括电源回路，保护电路，信号采样与转换电路以及开关系统组成。其中电源回路包括两个部分，一部分完成DC-DC降压并通过充电电容进行充放电；另一部分控制变压模块，完成一系列变压反应。压频转换模块主要进行模拟信号采集，并具备A/D与D/A转换器的功能，将输出电压采样通过压频转换装置传送给单片机。开关系统则负责控制充电器的开启与关闭，保护电路则起到保护作用，防止充电器因电路故障损坏。
图2-1 控制系统硬件框图 预期目标： 1、控制和硬件方案设计。 2、电路原理图和硬件电路图设计。 3、软件编程及功能调试。 4、整机测试。
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3. 研究的方法与步骤
| 3.1研究方法 3.1.1.硬件设计 （1）蓄电池主电路设计 系统采用同步Buck电路作为充电主电路，主要由全控器件MOSFET、电感元件L、电容C 等元件构成，主要功能是把原直流电压转化为所需求的直流电压，电路如图3-2所示。
图3-2 蓄电池快速充电主电路图 同步Buck拓扑电路工作在电感电流连续模式，即CCM模式。对于同步Buck拓扑电路，元件参数的计算主要结合要求对电感、电容进行计算。 （2）驱动电路设计 驱动电路是主控电路和主电路连接的桥梁，因为单片机的I/O口不具备直接驱动主电路的MOS管的能力，所以由驱动电路间接控制主电路MOS管的通与断。驱动电路正常工作是整个系统可以稳定运行的关键。结合所查询文献设计出符合要求的驱动电路。 （3）根据系统总体框图与实际设计需求设计出其他辅助电路，以完成硬件设计。 3.1.2.软件设计 系统软件程序主要包括电压检测子程序、充电脉冲控制子程序、单片机主程序等。本文中对程序的代码不进行描述。输出恒压、恒流的程序设计是通过单片机采集电路上电压电流，看输出电压是否等于给定值的大小，然后通过单片机内部的PWM模块改变占空比的大小来调节，使输出电压、输出电流达到设计所需的给定值。单片机通过检测充电电压和电流值,控制单片机输出脉冲宽度,以进入不同的充电阶 3.2研究步骤 1、查阅有关资料，了解快速充电相关技术； 2、明确设计目标及其需要完成的功能； 3、完成控制系统模块原理图的设计和软件编程及功能调试； 4、绘制PCB原理图； 5、检测系统是否能准确、可靠地运行，并作出相应的改进； 6、运用Protel软件对系统进行仿真； 7、做出实物模型。 |
4. 参考文献
| 1.龚伟家. 基于BUCK电路的数字DC/DC变换器[D]. 电子科技大学, 2013. 2.刘冠男. 基于超级电容的双向DC-DC变换技术研究[D]. 哈尔滨工业大学, 2013. 3.罗明. PWM模式下BUCK电路分段驱动的研究与设计[D]. 电子科技大学, 2013. 4.苟静. BUCK型DC-DC中关键电路的研究与设计[D]. 西南交通大学, 2014. 5.王元月. 基于ARM的BUCK型开关电源的设计[J]. 电子设计工程, 2016, v.24;No.334(08):179-182. 6.余泞江. Buck型DC-DC开关电源的研究与设计[D]，重庆邮电大学，2017. 7.徐宁,杜少武.电动车用智能型快速充电器的研制[J].电气自动化,2001,23(01):67-69 3. 8.唐梦娴,鄢笠.基于单片机的蓄电池充电器设计[J].仪表技术,2018(10):22-25. 9.苗伟根. 智能快充技术的研究及电路设计[D].杭州电子科技大学,2019. 10.唐菲.基于单片机AT89C51的电动自行车快速充电器的设计[J].硅谷,2009(22):12. 11.郑强胜.基于单片机技术的电动自行车快速充电器设计[J].通信电源技术,2014,31(02):66-67. 12.徐小东.蓄电池快速充电技术[J].电工技术,2004(02):38-39. 13.周玲. 基于单片机控制的智能充电器设计[D].广西大学,2006. 14.Omer Turksoy, UnalYilmaz, Ahmet Teke. Minimizing Capacitance Value of Interleaved Power FactorCorrected Boost Converter for Battery Charger in Electric Vehicles. 2019,25(5):11-17 15.Energy; Investigators atUniversity of Valencia Discuss Findings in Energy (A Novel Fast Mppt Strategyfor High Efficiency Pv Battery Chargers)[J]. Energy Weekly News,2019. 16.Tim Patel. ElectricVehicle Fast Chargers[J]. NASA Tech Briefs,2019,43(4). 17.. A Boost DC/DC Converter Modeling and Controller Designfor Compact EV(Electric Vehicles) Battery Charger using PV(Photovoltaic)Energy. 2019, 68(5):640-648. 18.Yutaka Motoaki.Location-Allocation of Electric Vehicle Fast Chargers—Research andPractice[J]. World Electric Vehicle Journal,2019,10(1). |
5. 计划与进度安排
（1）2022年1月7日-2022年3月18日，有针对性的学习课题相关资料，学习相关学科的基础知识，熟悉ad的使用，单片机的使用。
（2）2022年3月19日-2022年4月8日，设计系统原理图、变压器打样与pcb设计。
（3）2022年4月9日-2022年4月22日，设计系统软件与系统调试。
