中心議題：

• 可視化智能充電機係統的總體設計方案

解決方案：

• 上位機界麵設計及數據庫的建立
  • 智能充電機本體設計

針對電動車、電動汽車電池壽命偏低
，本文設計了一種可視化智能充電機
，它是結合了單片機智能控製技術，VB可視化技術及數據庫技術的一種全新產物。它可以使電池壽命達到最大化。

1 概述

隨著全球綠色能源計劃的推進，電動車、電動汽車有了迅猛發展
，這種發展勢頭有持續高升的趨勢。在美國加州，電動車輛占有80%的市場份額，而且這種比例仍將進一步擴大。如此大的銷售量就使得它的價格、壽命非常敏感。而占整機價格20%的鉛酸蓄電池的壽命無疑是我們關注的焦點。業界廣為流傳的一句話就是：電dian池chi不bu是shi用yong壞huai的de，是shi充chong壞huai的de。原yuan因yin是shi隨sui著zhe電dian池chi的de使shi用yong，電dian池chi的de特te性xing發fa生sheng了le變bian化hua，而er充chong電dian器qi的de充chong電dian方fang式shi不bu能neng跟gen隨sui電dian池chi特te性xing而er變bian化hua，導dao致zhi電dian池chi逐zhu漸jian被bei充chong壞huai。目mu前qian市shi場chang上shang的de充chong電dian裝zhuang置zhi不bu能neng有you效xiao控kong製zhi充chong電dian過guo程cheng
，容rong易yi造zao成cheng電dian池chi欠qian充chong
、過guo充chong甚shen至zhi被bei損sun壞huai的de惡e果guo。電dian池chi充chong滿man時shi，電dian池chi會hui發fa熱re
，這zhe時shi若ruo沒mei有you熱re保bao護hu電dian路lu則ze會hui造zao成cheng過guo充chong電dian，還hai會hui因yin為wei高gao溫wen而er造zao成cheng電dian池chi外wai殼ke變bian形xing。針zhen對dui此ci問wen題ti筆bi者zhe設she計ji了le一yi種zhong新xin型xing充chong電dian器qi。它ta分fen兩liang部bu分fen：智zhi能neng充chong電dian機ji本ben體ti和he上shang位wei機ji界jie麵mian。它ta可ke以yi提ti供gong多duo種zhong充chong電dian模mo式shi，並bing可ke設she置zhi充chong電dian的de一yi些xie參can數shu，並bing可ke以yi實shi時shi地di進jin行xing數shu據ju采cai集ji並bing存cun入ru數shu據ju庫ku，然ran後hou分fen析xi結jie果guo，確que定ding蓄xu電dian池chi的de性xing能neng狀zhuang況kuang、使用狀況和電解液濃度

，以便及時對蓄電池進行維護。電動車
、電動汽車的電池一般有多個單體電池組成，在上位機上可以設置單體的個數
、rongliang，haikeyiduimouyiyibianhaodedianchizudelishichongdianquxianjinxingzhaxun，suoyicixitongtongyongxingjiaoqiang。yejiushishuocixitongkeyiduibutongxinghaodegeleidianchijinxingchongdianweihu。zhinengchongdianqishikeyituolishangweijiduligongzuode，tayouyitaomorendeshezhi，dangmeiyoushoudaoshangweijideminglingshitahuianzhaomorenshezhigongzuo，cishizhinengduimouyizhongdianchizuchongdian。

2 可視化智能充電機係統的總體設計方案

充電器一般放在車庫裏，而上位機軟件則需要裝在居室中的PC機上，為實現係統兩部分間的數據傳輸，我們權衡價格和實用性選取長線傳輸： RS - 485通信。它的通信距離可達1. 2 Km,而且價格相對低廉。係統的充電機本體部分我們選用價格低廉的holtek單片機作為主控製芯片，上位機軟件則用VB進行開發，數據庫通過VB提供的數據庫管理工具建立。

3 智能充電機本體設計

充電機本體實際上是一個實時監測和控製係統，結構框圖如圖1所(suo)示(shi)，它(ta)按(an)照(zhao)接(jie)收(shou)到(dao)的(de)上(shang)位(wei)機(ji)命(ming)令(ling)完(wan)成(cheng)對(dui)蓄(xu)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)過(guo)程(cheng)的(de)監(jian)控(kong)
，並(bing)實(shi)時(shi)地(di)將(jiang)檢(jian)測(ce)到(dao)的(de)充(chong)電(dian)參(can)數(shu)返(fan)回(hui)給(gei)上(shang)位(wei)機(ji)

，這(zhe)些(xie)參(can)數(shu)包(bao)括(kuo)蓄(xu)電(dian)池(chi)端(duan)電(dian)壓(ya)、充電電流和電池溫度等。圖2的主充電路實現充電電流、電壓的控製
，是充電機的關鍵環節。圖3的均衡電路解決由於電池製造工藝的不同等原因引起的電量不均衡； 485接口電路實現充電機本體與上位機的通信

；電流、電壓、溫度檢測電路實時地檢測充電的電流、電壓和電池溫度。

圖1 充電機結構框圖

圖2 主充電路

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圖3 均衡電路

在主充電路中
， 220 V電壓經變壓器降壓後，由整流器整流和大電容C1 平滑濾波

，作為直流充電電源。MOSFET、二極管D1
、電感L1 和電容C2 構成主充電路。在工作過程中
， PWM控製信號的高電平脈衝出現，使MOSFET導通之後，電感L1 的電流不斷增大
，電容C2 充電，主充變換器不斷存儲能量，同時通過電感L2 對電池充電，此時，續流二極管因反向偏置而截止。經過PWM高電平脈衝持續時間後
， PWM信號變低，MOSFET截止，電感L1 中的電流減小， L1 兩端的感應電動勢使續流二極管導通， L1 中的存儲電流和電容C2 存儲電荷向電池充電。經過PWM信號的低電平持續時間後， PWM信號的又一高電平脈衝到來，再度使MOSFET導通，上述過程循環交替。電感L2 的作用是平滑充電電流.

在均衡電路中

，以4節電池為例，當對第二節電池均衡時

，開啟MOS管Q2,蓄電池C2通過Q2給電感L1、L2充電
，然後關斷MOS管Q2,則電感L1中的電流通過二極管D1回饋給蓄電池C1,電感L2中的電流通過二極管D3和D4回饋給蓄電池C3和C4,以達到各個單體均衡的效果。

4 上位機界麵設計及數據庫的建立

長期的用戶調研和質量服務告訴我們
，上位機界麵開發的總體任務是：方fang便bian用yong戶hu設she置zhi和he修xiu正zheng充chong電dian參can數shu，解jie決jue由you於yu鉛qian酸suan蓄xu電dian池chi的de使shi用yong及ji維wei護hu保bao養yang不bu到dao位wei造zao成cheng的de蓄xu電dian池chi早zao期qi報bao廢fei問wen題ti。為wei了le使shi用yong戶hu在zai使shi用yong過guo程cheng中zhong及ji時shi發fa現xian蓄xu電dian池chi存cun在zai的de問wen題ti，從cong而er及ji時shi采cai取qu相xiang應ying的de補bu救jiu措cuo施shi，為wei此ci我wo們men使shi用yongVB開發出了上位機軟件
，它具有可視化
、簡單易學、操作簡便的特點
，並具備從充電參數設置、繪製充電曲線、存儲充電曲線、充電過程分析
、充電記錄的查詢
、刪除、打印到充電報警等全套充電分析功能，係統結構框圖如圖4.

圖4 上位機界麵框圖

zaicanshushezhizhongkeyiduikuangtuzhongsuoshidetiaomujinxingshezhi
，shidegaixitongjuyouhenqiangdetongyongxing。diandongchedianchiyibanyoujigedantizuheercheng，keyixuanzedantigeshuyiquedingdianchizudedianyaherongliang。gaixitongtigonglerukuangtusuoshidesanzhongchongdianmoshi，yibanxindianchiqianwucichongdianyaojinxingchuchongdianyichongfenjihuodianjiezhi
，dangdantidianliangbutongshiyaojunhengchongdian，qiyushizhengchangchongdian。haikeyianzhaoxuqiushezhibutongchongdianjieduandechongdianshijian，laimanzugezhongdianchidebutongxuqiu；實時充電曲線實時地顯示充電電流、電壓和電池溫度；曆史充電曲線可以顯示該電池組充電曆史
；通過分析充電過程曲線即可了解電池存在的問題，如：蓄電池缺乏電解液、電解液比重不符合要求或蓄電池單體存在差異等
，從而及時的對電池進行保養
；該係統還提供了按日期或電池編號查詢、刪除充電記錄的數據庫功能，方便了操作

；報警提示用來告知用戶充電的過壓、過流、過熱情況以及充電是否結束。
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4. 1 上位機界麵的設計
按照圖4所示的功能框圖設計的VB界麵如圖5.

圖5 係統主界麵

4. 1. 1 充電曲線的繪製
首先繪製坐標係
，包括定位坐標原點、繪製X軸（充電時間值）
、Y軸（充電電流、充電電壓、充電溫度值） 、標注軸上的刻度線以及打印與刻度線對應的刻度值；然ran後hou要yao繪hui製zhi曲qu線xian，由you於yu傳chuan到dao上shang位wei機ji上shang的de數shu據ju是shi具ju有you相xiang等deng時shi間jian間jian隔ge的de一yi些xie點dian，而er我wo們men要yao繪hui製zhi曲qu線xian，所suo以yi我wo們men用yong拋pao物wu線xian法fa進jin行xing曲qu線xian擬ni合he。具ju體ti方fang法fa如ru下xia：

給定N個點P1 , P2 , ……, PN ,對相鄰三點Pi , Pi + 1 , Pi + 2及Pi + 1 , Pi + 2 , Pi + 3 , i = 1……N - 2,反複用拋物線算法擬合

，然後對相鄰拋物線在公共區間Pi + 1到Pi + 2範圍內，用權函數t與1 - t進行調配，使其混合為一條曲線，可表示為：

其中， Si 為Pi , Pi + 1 , Pi + 2三點決定的拋物線曲線， Si + 1為Pi + 1 , Pi + 2 , Pi + 3三點決定的拋物線曲線，混合後的曲線S在Pi + 1到Pi + 2公共段內

，是Si 的後半段與Si + 1的前半段加權混合的結果。S 曲線在公共段內的參數方程可寫為：

其中t2 ∈[ 0, 0. 5 ], t1 = t2 + 0. 5∈[ 0. 5, 1 ]。

式中a1x , b1x , c1x , a1y , b1y , c1y為Si 段曲線的係數，由Pi , Pi + 1 , Pi + 2三點控製，參變量為t1 ,在公共段範圍內t1∈[0. 5, 1 ];式中a2x , b2x , c2x , a2y , b2y , c2y為Si + 1段曲線的係數，由Pi + 1 , Pi + 2 , Pi + 3三點控製
，參變量為t2 ,在公共段範圍內t2 ∈[0, 0. 5 ]。

顯然，當t1 = 0. 5, t2 = 0時， S = Si;當t1 = 1, t2 = 0. 5時
， S = Si + 1。

用這種方法擬合的自由曲線，在P2 到PN - 1各已知點的左、右側能達到一階導數連續
，而當曲線兩端沒有一定的端點條件限製時，則曲線各有一段曲線不是加權混合的形式，而隻是S1 的前半段和SN - 2的後半段。繪製的電流充電曲線如圖6所示：

圖6 電流充電曲線

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4. 2 數據庫的設計
本係統設計了三個數據庫，用於標準充電曲線存儲、實際充電曲線存儲及分析結果存儲。使用VB6. 0提供的數據庫管理工具"可視化數據管理器"建立。其中實際充電曲線數據表如表1所示
，數據庫的建立方便了對電池的查詢、分析，同時也方便了管理。

表1 實際充電曲線數據表

5 結束語

本文率先在行業內提出將數據庫技術
、可視化技術及PC機等應用於智能充電機中

，從而簡化了充電操作，方便了參數的設置和調整（友好的操作界麵） ,擴kuo大da了le充chong電dian機ji的de適shi用yong範fan圍wei，降jiang低di了le用yong戶hu的de使shi用yong成cheng本ben，提ti升sheng了le整zheng個ge係xi統tong的de技ji術shu先xian進jin性xing。更geng關guan鍵jian的de是shi為wei用yong戶hu對dui蓄xu電dian池chi關guan鍵jian部bu件jian的de科ke學xue管guan理li提ti供gong了le一yi個ge良liang好hao的de平ping台tai，為wei有you效xiao提ti高gao蓄xu電dian池chi使shi用yong壽shou命ming提ti供gong了le保bao障zhang。