作者： 何以解憂 于 2006/6/17 21:13:00 發(fā)布：
雖然俺沒有做過，但是蓄電池充電技術不算高精尖的技術，網(wǎng)絡上
網(wǎng)絡上搜索并取長補短是王道。找到一篇給你參考；其它的自己找吧
數(shù)字化智能充電器的設計 | 董文博, 吳知非
(清華大學 宇航技術研究中心, 北京100084) | |
| 摘 要：設計了基于單片機的智能充電器,介紹了其硬件和軟件實現(xiàn)。該充電器可以實時采集和計算電池的參數(shù),并進行智能控制,還可以通過串口和上位機進行通訊并進行實時 |
現(xiàn)代通訊設備、便攜式電子產(chǎn)品、筆記本電腦、電動汽車、小衛(wèi)星等普遍使用蓄電池作為電源,應用非常廣泛。然而大多數(shù)設備中的蓄電池,只能使用專用的充電器,而且普通的充電器大多充電時間長,無法判斷其充電參數(shù)和剩余的充電時間。
本文介紹一種基于單片機的通用智能充電器的設計。充電器可以實時采集電池的電壓、電流,對充電過程進行智能控制,計算電池已充的電量和剩余的充電時間;還可以通過串口和上位機進行通訊并給用戶顯示必要的信息,有虛擬儀表的作用;另外,它也可以改變參數(shù),適應各種不同電池的充電。這里列舉幾種不同的電池充電試驗,來說明智能充電器的實用價值。
1 智能充電器的硬件設計
智能充電器如圖1所示。主要包括電源變換電路、采樣電路、處理器、脈寬調(diào)制控制器和電池組等,形成了一個閉環(huán)系統(tǒng)[4]。下面對系統(tǒng)的工作原理分幾個部分進行簡述。 
圖1智能充電器電路模塊圖
1．1 處理器
處理器采用51系列單片機89C51。單片機內(nèi)部有兩個定時器、兩個外部中斷和一個串口中斷、三個八路的I/O口,采用11.0592MHZ的晶振。單片機的任務是通過采樣電路實時采集電池的充電狀態(tài),通過計算決定下一階段的充電電流,然后發(fā)送命令給控制器控制電流的大小。單片機通過串口RS232和上位機相連,用于存儲數(shù)據(jù)和虛擬顯示。
1．2 采樣部分
電壓和電流采樣采用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器AD574。AD574為±15V雙電源供電,12位輸出,最大誤差為±4bit,合計電壓0.01V。
充電電流通過電流傳感器MAX471轉(zhuǎn)換為電壓值。電流采樣的電壓值和電池組的端電壓值兩者經(jīng)過模擬開關CD4051,再經(jīng)過電壓跟隨器輸入到AD574,分別進行轉(zhuǎn)換,其結(jié)果由單片機讀取,并進行存儲和處理。主要的電路連接如圖2所示。
圖4 充電控制策略程序
在控制恒定電流和恒定電壓的過程中,采用比例控制,即如果充電電流I大于設定電流Is,就按照比例減小脈寬;反之按照比例增大脈寬。單片機還需要接收和處理上位機的命令,并根據(jù)上位機的要求將數(shù)據(jù)實時回送給上位機。兩者的通訊協(xié)議要在程序中預先設定。
2．3 上位機處理程序設計
上位機程序由VisualC++編寫。其任務是每隔1秒鐘向串口發(fā)送一個查詢命令,并讀取單片機回送的信息,提取充電電流、充電電壓、工作狀態(tài)等參數(shù)。參數(shù)經(jīng)過數(shù)制轉(zhuǎn)換和計算后進行顯示。軟件有著良好的用戶界面,可以方便地觀測電池目前的工作狀態(tài)以及剩余充電時間等信息。上位機程序會同時把讀到的數(shù)據(jù)存儲到文件中,這些數(shù)據(jù)可以利用其它數(shù)學軟件(如Matlab)進行處理。
另外,程序在初始化時要把充電電池的型號參數(shù)發(fā)送給智能充電器,參數(shù)一般包括充電電池的種類(鋰離子電池、鎳鎘電池)、充電電池的容量(單位為mAh)等。根據(jù)不同的電池型號,單片機可以設定不同的充電參數(shù),程序可以直接控制單片機的運行與停止。
3智能充電器的應用試驗
3．1充電性能試驗
這里選用型號為US18650的SONY鋰離子電池,其額定容量為1800mAh;經(jīng)過測量,電池在4.2V左右時的內(nèi)阻約為0.3Ω。取恒流充電電流為1/3C=0.6A,截止電壓為4.2V,充電結(jié)束標志電流為0.06A,進行充電試驗。圖5為充電過程的電壓、電流和電容量的曲線。 
圖5 鋰離子電池充電性能試驗
圖6 NOKIA商用電池充電試驗
充電時間約為240分鐘,如果需要進一步縮短充電時間,只需在初始化時設定更大的充電電流即可。因為采用PWM控制器,所以電源供電的效率高,從供電電源到充電電池的工作效率,最低時在85%左右。充電電流波動較大,波動系數(shù)約為5%。
3．2 智能充電器通用性試驗
選用NOKIA6100鋰離子電池(額定容量為550mAh),用恒流-恒壓充電方式進行充電,取恒流充電電流為0.15A,截止電壓為4.2V,充電曲線如圖6所示。
從充電曲線來看,電池電壓達到3.96V時就不再上升了,充電電流也不再下降了�？梢耘袛嗌逃秒姵貎�(nèi)部有保護電路,將多余的電流旁路了,這樣的保護電路使充電過程中能量損耗很大。試驗曲線顯示在四小時時電池電量已經(jīng)達到550mAh,但實際上并沒有達到滿充。此實驗證明,此充電器可以作為一般的商用電池的通用充電器,充電速度快,效果良好。不足的是它與實際的充電電池在機械接口上還不能匹配,需要進一步改進。
參考文獻
1 王鴻麟. 智能快速充電器設計與制作[M].北京: 科學出版社, 1998
2 沙占友. 新型單片開關電源的設計與應用[M].北京:電子工業(yè)出版社, 2001
3 馬世俊. 衛(wèi)星電源技術[M]. 北京:宇航出版社, 2001
4 王鵬飛. 12位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器AD574在測試儀中的應用[J]. 微電子技術, 2000(6) |
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