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1、1 / 11 电动自行车充电器自动检测系统设计 摘要介绍了基于 PC虚拟仪器和 VB环境的电动自行车充电器自动检测系 统，阐述了系统检测原理、硬件结构设计及应用软件的编制方法。文中还给出 了一个实用的恒流放电电子负载电路。关键词虚拟仪器； VB编程；电 动自行车；自动检测系统 充电器是电动自行车动力电源中的关键部件，不合格的充电器会导致蓄 电池出现过充电、充电不足或充电不均衡等现象，并直接影响其使用效率( 例如 一次充电后的骑行时间 和使用寿命。充电器有两个主要性能指标：一是充电过 程曲线在充电过程中充电电压和充电电流随充电时间变化的曲线，不同电 池的充电器有不同的最佳充电曲线，充电过程按此充
2、电曲线进行，才能达到既 使电池充满、又保护电池的最佳效果，合格的充电器应该有与最佳充电曲线相 似的曲线；二是比能量定义为充电器对标准蓄电池充入电量与其放出电量 的比值，标准值在105110 之间，若大于此值说明充电过程有过充电现 象，而小于此值则说明充电不足。手动记录测量和人工绘制曲线，单一测试周 期至少在 910h，不仅要耗费大量人力，而且人为因素会很大程度影响着结果 的规范、精度及可靠性，更谈不上对实验数据进行进一步的分析。由于没有用 于充电器自动检测的专用仪器，我们采用虚似仪器技术、基于PC机和 VB平台 设计开发了电动自行车充电器自动检测系统，它能同时对8 只充电器的充放电 电压、电流
3、、充入与放出电量等参数自动进行检测，绘制充电过程曲线并进行 自动或手动分析，蓄电池组电压可任选12V、24V或 36V，它可以用于充电器开 发过程的参数调试及充电器批量生产过程的产品质量抽检。 1 系统检测原理图 11 是检测系统框图。虚线框中A、K与 B、K分 别是充电继电器与放电继电器的常开触点，PC机通过继电器控制电路控制充电 继电器接通 A、K，被检测充电器向蓄电池充电，进入充电测量状态：PC机通过 数据采集电路在取样电阻R两端得到蓄电池的端电压和取样电压，充电电压 端电压，充电电流 ( 取样电压端电压 R，充入电量总充时间充电电流 (Ah，充电终止时间由预置充电终止电流控制；当PC机
4、控制放电继电器K、B 点接通，蓄电池向恒流电子负载放电，可测得放电状态下蓄电池的端电压和取 2 / 11 样电压，放电电压端电压，放电电流( 端电压取样电压 R，放出电量 总放电时间放电电流 (Ah，放电终止时间由预置放电终止电压控制。系统采 用标准蓄电池。检测过程可描述为：放电测试充电测试放电测试。第一次 放电测试是为了提供已放完电的标准蓄电池；充电测试记录充电器向标准蓄电 池充电过程中的充电电压和充电电流并计算出充入电量；第二次放电测试是为 了检测充电后蓄电池放出电量，它反映了充入电量的质量。用事先定标存入的 标准充电曲线与被测充电器充电过程曲线比较，结合所测比能量值，评价该充 电器的性能
5、，快速判断出充电器是否合格。在开发采用微控制器的智能充电器 时，针对不同种类的电池，根据不同电池最佳充电曲线对充电器的程序进行相 应调整，从而开发出品质优良的充电器。 2 系统硬件结构除 PC机外，硬件主要由充放电控制电路、恒流放电 电子负载、数据采集卡等组成。 2.1 充放电控制电路每一单元检测回路独立设计，图11 虚线框中是 一个单元电路，由充电继电器、放电继电器、取样电阻R及取样电压衰减电阻 组成，电路中两充放电继电器的公共端并接，由数据采集卡中的输出开关量控 制，取样电压衰减电阻是为了与数据采集电路的010V量程兼容，取样电阻采 用 0.1 5W线绕电阻。本系统共有8 个这样的单元。
6、2.2 恒流放电电子负载为了检测充电器充电效果，要对己充电标准蓄 电池进行放电测试，目前市场上主要使用可变电阻、电阻盘、碳棒等作为放电 负载，控制精度低，工作繁复，我们研制的一种用于自动检测系统中恒流放电 电子负载电路见图21，使用电压为 642V，放电电流在 06A范围内连续可 调，恒流精度为 1% 。图 21 中由 T1、T2、D1和 R6组成放电电子负载。主功 率器件 T2选用大功率达林顿管MJ10020 ，反向击穿电压 BVceo为 200V 、集电极 电流 Icm 为 15A、耗散功率 Pcm为 250W ，放大倍数为 100；推动管 T1用达林顿 3 / 11 功率管 TIP132
7、，反向击穿电压BVceo为 100V、集电极电流 Icm 为 10A、耗散功 率 Pcm为 15W ，放大倍数为 100；D1用于蓄电池反接保护，采用TIP132 的 C、B 两极构成， R6是放电电阻。图21 中由 A1、R1 、R2 、R3 、R4、C1组成恒流控 制电路， A1是运算放大器采用TL062，R2用于恒定电流设定，电阻R4 、R5采 样放电电流的变化，反馈到A1，自动调节放电电流到设定值，其过程是：当放 电电流 I Va，反之当 I 减小则有相反过程。设计中 加装了 150mm 50mm 190mm 散热器，冷却因 T1、T2导通功耗产生的热量，要 选择表面平整度好的散热器，
8、避免安装时受力不均匀，并使用导热硅胶。该电 路与充放电控制电路构成独立单元，单元尺寸220mm 150mm 200mm ，系统由 8 个单元装入 940mm 1700mm 450mm 控制柜中。 2.3 数据采集卡数据采集卡置于 PC机内，基于 ISA 总线设计，建议采 用市售成品，以仅售几百元的价格，缩短工程开发时间，本课题中利用为其他 工程开发的数采卡，其框图如图22 所示。图 22 中由 12 位 AD转换器 AD1674 、8255I 可编程并行接口和多路模拟开关AD7501构成非总线式 16通 道数据采集电路，由于AD1674读入 AD转换结果时要求 RD信号宽度必须 500ns，而
9、总线式连接时由于PC机主机振荡频率很高 RD信号宽度远小于 500ns，无法保证从数据总线正确读入AD转换结果，因此 AD转换设计成非 总线式连接，即由8255I 的 PA口用于读入转换结果高8 位，PB口低 4 位用 于读入转换结果低4 位，PB7则读入转换结束标志， PC0 、PC1则分别控制 AD1674的 RC、CS 。该电路可同时对8 个充放电回路共 16 个充放电电压、电 流参数实时采集；另一片8255的 PA口、PB口和 TLP521光耦合器及 74LS07集电极开路驱动电路等组成开关量输出控制电路，用于对8 个充放电回 路共 16 只充放电控制继电器进行控制。数据采集卡采用端口
10、地址译码技术，用 GAL16V8 作为端口地址译码器，译出8255的地址 278H 27BH ，用于数据采 4 / 11 集，译出 8255的地址 27CH 27FH ，用于充放电继电器控制，可根据实际需 要，重写 GAL16V8 中逻辑，修改端口地址。 3 应用软件的编制应用软件采用面向对象和事件驱动程序设计方 法，由动态连接库 (DLL完成底层 I 0 驱动，在 VB60 开发平台上快速开发 出界面友好、功能强大、实时多任务的应用程序。根据系统功能，应用软件划 分见图 31。图 31 各虚线框内是应用软件的工作模块，用来实现系统控 制、定时控制、曲线显示分析、数据显示、复位控制、系统定标等
11、功能。设计 一主窗体作为检测系统人机对话的软面板并作为系统控制模块，见图32，它 用 4 个 Frame框架控件把面板划分为参数设置区( 图 32 左、检测结果与工作 状态显示区 ( 图 32 中以及功能操作区 ( 图 32 右、下。直接在 Text 文本框 中设置参数并由 Text-Change 事件响应，检测结果与工作状态实时显示在 5 / 11 Text 、Label 控件上，各按键 Label 直接标明操作功能，并由Button-Click事 件响应。由于本系统设计成8 路充电器非同步检测，在定时控制模块中，用 Timer 数组中的一个 Timer 元素对应一检测回路，由它产生1s 定
12、时溢出事件， 配合软件计数器，实现每60s 一次的充电检测或每20s 一次的放电检测，由每 一回路的工作状态标志、所预置的到达终点条件判断是否已达充放电终点并进 一步决定是继续当前检测，还是进行充放电工作方式的转换或是完成检测后退 出。用曲线形式显示VT、I T、VIT 等曲线。首先自动读入与当前充电器 所对应的最佳充电曲线。又分在线和离线显示两种形式，前者是当前测试数 据，后者是历史测试数据。手动分析通过与充电器最佳充电曲线比较进行，具 有即指即显功能，即当鼠标指向曲线某点时，获得鼠标在窗体中的坐标值，用 此坐标值检索相关测试数据，实现标准曲线和被测曲线V、I 、T 值的同时显 示，从而方便
13、了曲线的分析和判断。在自动分析时，要求输入允许误差值，由 程序自动逐步分析比较并显示分析结果。以上各种显示内容均支持打印输出。 系统用文件 FormDat.ini实时保存工作状态，实现断点续接功能，允许操作者 暂停或退出当前测试，当继续或重新测试时可以从上次断点处继续进行。 4 结束语基于 PC虚似仪器技术和 VB开发工具研制的电动自行车充电 器自动检测系统，现已成功地运行在几家电动自行车生产企业，是一种简单可 靠实用的电动自行车充电器检测工具。该系统的硬件软件具有通用性，也可为 其它自动检测系统参考。 参考文献 6 / 11 1周轶峰，等 .Visual Basic 6.0实用编程技术 M
14、. 中国水利水电出版 社，1999 2韩伟，等 . 电池及电极材料性能测试系统J. 电源技术， 1994(4 3宋光德，等 . 用 DLL扩展 VB的功能 J. 微计算机应用， 1999(5 智能三段式电动车充电器三段式的充电方法，解决了充电中的问题。 。 。 颂驰电动车充电器，极低热量, 超强散热效果 ( 工程状态 接近常温 。 。 颂驰电动车充电器，灵活的合作形式, 代理 经销 合作等 形式。 11 / 11 。 颂驰电动车充电器，极好的产品品质, 低于 1% 的产品故 障率。 。 颂驰电动车充电器，简洁的紧密型单灯防水型外观
15、。 型号及价格： 60V20A (方口充电器 50 元 适合 60V20A电池电动车 60V12A (方口充电器 50 元 适合 60V12A电池电动车 48V20A 方口充电头） 35 元 适合 48V20A电池电动车 48V12A 圆口充电头） 35 元 适合 48V12A电池电动车 48V12A 方口充电头） 33 元 适合 48V12A电池电动车 36V12A 方口充电头） 33 元 适合 36V12A电池电动车 36V12A 圆口充电头） 31 元 适合 36V12A电池电动车 买家自提地址：福州鼓屏路182 号-1 号 省政府门口教育厅旁屏山 车站后面）电话：0591-87871314联系我时，请一定说明是从家园网 看到的。）