智能充電器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、    智能充電器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)    韓一平+張明摘 要：隨著越來越缺乏能源和空氣污染的加劇，目前新的研究越來越重視交通電動(dòng)汽車，作為電動(dòng)車的核心部件：電池和充電器，其性能的好壞，直接影響到電動(dòng)車的質(zhì)量狀況，由此可得，研究性能良好的智能充電器，會(huì)給經(jīng)濟(jì)和社會(huì)帶來顯著的和良好的效益。關(guān)鍵詞：能源 污染 智能充電器智能充電原理圖1 智能充電曲線至今電池充電方法中較為先進(jìn)的是智能充電，它的原理是充電曲線動(dòng)態(tài)變化，使它可充電中能被電池接受。du/dt 技術(shù)的引入，蓄電池可以根據(jù)充電的參數(shù)自動(dòng)判斷當(dāng)它在充電過程中狀態(tài)，如圖1，使充電的電流的充電曲線一直處于在蓄電池

2、可接受的動(dòng)態(tài)變化，如果電池在充電狀態(tài)下析出少量氣體，電池就可以受到保護(hù)。充電過程分析本課題是在三階段充電的基礎(chǔ)上，加上了預(yù)充電判斷電池初始狀態(tài)并結(jié)合pwm軟件控制法，可以在多個(gè)階段的充電控制。具體的充電過程為：預(yù)充電、大電流充電、均衡充電和涓流充電。預(yù)充電：快速充電一開始就對(duì)長(zhǎng)一段時(shí)間沒有使用電池的或新電池充電使用，會(huì)對(duì)影響電池的使用時(shí)間，所以，預(yù)充電的過程是，首先對(duì)電池充電用小電流，待充電到某一充電狀態(tài)。大電流充電：在這種模式下充電器是最大電池所承受的電流給電池進(jìn)行充電，最大電流和電池容量有一定的關(guān)系，往往是和電池的數(shù)值容量有關(guān)系。均衡充電：當(dāng)大電流充電階段結(jié)束時(shí)，還需要把不超過補(bǔ)充充電率0

3、.3 c補(bǔ)足，因?yàn)殡姵夭⒉皇峭耆錆M，因?yàn)榇箅娏鞒潆娭?，?huì)增加自身電壓，所以需要補(bǔ)足此時(shí)的電壓。涓流充電：根據(jù)電池的斷電壓判斷應(yīng)電池處于哪一階段。當(dāng)單片機(jī)的檢測(cè)到電壓比較低的時(shí)，就進(jìn)入大電流快速充電，相對(duì)應(yīng)的控制輸出按輸出相對(duì)的占空比脈沖波，在相對(duì)短的時(shí)間對(duì)電池，填充有相對(duì)大的量，而不會(huì)損壞電池。當(dāng)電池的電壓上升到預(yù)定值時(shí)，這時(shí)候就達(dá)到涓流充電標(biāo)準(zhǔn)，在這個(gè)情況下，用對(duì)以較小的電流對(duì)電池充電。硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1、總體設(shè)計(jì)要求和方案基本功能：通過ad0809芯片轉(zhuǎn)換輸出，之后通過軟件編程pwm控制mos管輸出迫性，實(shí)現(xiàn)一個(gè)pwm占空比控制的開關(guān)電源。通過檢測(cè)電路采集到的電池兩端的電壓，經(jīng)過ad轉(zhuǎn)換

4、，送給單片機(jī)，并通過單片機(jī)的處理根據(jù)采集到的充電信息控制不同充電階段?？梢酝ㄟ^按鍵實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)電池的充電時(shí)間、電流、電壓和充電電量。系統(tǒng)的方框圖如圖2：圖2 系統(tǒng)原理方框圖2、單片機(jī)部分單片機(jī)選用可編程flash存儲(chǔ)器大小是8k，微控制器是高性能cmos8位由stc公司生產(chǎn)的一種低功耗的stc89c52芯片。在一個(gè)單芯片內(nèi)有一個(gè)系統(tǒng)可編程閃存，該單片機(jī)靈活度極高，可以為許多嵌入式產(chǎn)品的應(yīng)用提供解決的途徑。stc89c52rc單片機(jī)里面具有8k字節(jié)flash，512字節(jié)ram， 32 位i/o 接口，max810復(fù)位電路，3個(gè)16 位/計(jì)數(shù)器，內(nèi)置4kb eeprom，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全

5、雙工，4個(gè)外部中斷。最高運(yùn)作頻率35mhz，6t/12t可選。3、主充電源電路設(shè)計(jì)12v電源穩(wěn)壓接頭作為直流電源在左邊接入電路，電感l(wèi)、電容器c3、二極管d和場(chǎng)效應(yīng)管（mosfet）構(gòu)成buck電路。在工作過程中，在工作過程中，當(dāng)高電平脈沖的pwm控制信號(hào)出現(xiàn)，則場(chǎng)效應(yīng)管的傳導(dǎo)，電感l(wèi)電流增加，電容c3充電，降壓轉(zhuǎn)換器的能量連續(xù)存起來，電池充電在電感l(wèi)2通過時(shí)，反向偏壓二極管截止了續(xù)流。持續(xù)時(shí)間之后的高電平脈沖的pwm變?yōu)榈托盘?hào)，場(chǎng)效應(yīng)管截止，電感l(wèi)電流在下降，二極管導(dǎo)通是電動(dòng)勢(shì)的原因，存儲(chǔ)電荷的l和c3給電池充電。在pwm信號(hào)的持續(xù)時(shí)間，pwm信號(hào)和一個(gè)高電平脈沖的低電平到達(dá)再次使mosfe

6、t的導(dǎo)通。上述過程重復(fù)發(fā)生。電感l(wèi)z的作用是平滑充電電流。4、mos管驅(qū)動(dòng)放大電路驅(qū)動(dòng)電路功能是控制發(fā)送到電壓信號(hào)的pwm波電路可以直接驅(qū)動(dòng) mosfet（場(chǎng)場(chǎng)效應(yīng)管）。本課題直接采用一個(gè)三極管放大電路。單片機(jī)輸出的pmw信號(hào)經(jīng)過三極管的放大電路，輸出比較大的反相脈沖信號(hào)。場(chǎng)效應(yīng)管的柵極上管源極接地，漏極接地經(jīng)過ac-dc變換而來的直流穩(wěn)壓電壓。這樣mos管也工作在脈沖開關(guān)狀態(tài)?？刂瞥潆婋妷旱姆绞街?，是通過單片機(jī)pwm輸出的占空比變化，控制mos管的導(dǎo)通時(shí)間控制間接的。5、a/d轉(zhuǎn)換電路5.1 adc0809的結(jié)構(gòu)adc0809是能將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的一種8路模擬輸入8位數(shù)字輸出的a/d

7、轉(zhuǎn)換器件。其內(nèi)部為樹形開關(guān)和多個(gè)比較器。其將256等分參考電壓u，然后通過比較器得出數(shù)字信號(hào)。單5v供電，輸出電壓為05v范圍的ttl標(biāo)準(zhǔn)電壓，與微處理器的兼容性好，輸出為三態(tài)（高電平、低電平、高阻態(tài)）。5.2 adc0809與系統(tǒng)的連接mcu的ale經(jīng)74ls375d觸發(fā)器分頻，送給時(shí)鐘clock。單片機(jī)中wr和rest結(jié)合txd，adc通過或非門控制的數(shù)據(jù)讀取。轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位送給p3.2。結(jié)合軟件控制便可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電壓的轉(zhuǎn)換結(jié)果并讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，之后針對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。系統(tǒng)軟件測(cè)試系統(tǒng)上電后，程序初始化，系統(tǒng)開始工作，判斷電池端電壓的大小，由端電壓的大小決定進(jìn)入涓流充電還是大電流充電。閾值電壓

8、的10.2v如果大于它檢測(cè)到該電池的端時(shí)，系統(tǒng)的狀態(tài)處于預(yù)充電，這時(shí)候?qū)﹄姵氐某潆娨帽容^小的電流；如果電池電壓在已經(jīng)超過檢測(cè)系統(tǒng)，直接進(jìn)入大電流充電狀態(tài)，跳過判斷預(yù)充電狀態(tài)，同時(shí)系統(tǒng)繼續(xù)檢測(cè)電池端電壓，當(dāng)檢測(cè)到電池端電壓超過最大門限電壓15v時(shí)，電池充電容量已經(jīng)恢復(fù)到90%左右，此時(shí)大電流充電狀態(tài)結(jié)束，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入均衡充電狀態(tài)，以小的均衡充電電流給電池充電。在過充電狀態(tài)下，減少電池與過度充電終端電壓，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到下降到13.5v的蓄電池端電時(shí)，電池容量已經(jīng)達(dá)到100%，表示充電過程結(jié)束，同時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)入浮充電狀態(tài)，以較小電流給電池維持充電，讓電池容量一直保持在滿值狀態(tài)。系統(tǒng)軟件的主控程序流程如圖3：

9、圖 3 系統(tǒng)主程序方框圖智能充電器的測(cè)試1、系統(tǒng)軟件測(cè)試系統(tǒng)軟件的調(diào)試在keil4 mdk編譯器的界面上進(jìn)行。邊調(diào)試邊修改，方便簡(jiǎn)單易于掌握。1.1 預(yù)充電充電各階段的電壓、pwm波形和電壓波形如下，實(shí)際電壓值u=9.82v.對(duì)應(yīng)波形圖如圖4：圖 4 預(yù)充電波形圖1.2 大電流充電u=12.16，d=90%。對(duì)應(yīng)波形如圖5圖5 大電流充電波形1.3 均衡充電u=15.14v .d=20%。對(duì)應(yīng)波形圖如圖6：圖 6 均衡充電波形圖1.4 涓流充電u =14.22v，d=4%。如圖7：圖 7 涓流充電波形圖2、充電過程電壓波形實(shí)驗(yàn)電路是對(duì)一組12v/1.3ah的密封鉛蓄電池進(jìn)行充電，充電器充電起始是在預(yù)充電狀態(tài)，蓄電池電壓攀升到接近10v左右，馬上轉(zhuǎn)換到大電流充電狀態(tài)。峰值點(diǎn)的電壓轉(zhuǎn)換由高阻抗的電池是內(nèi)部生成的。經(jīng)過2小時(shí)后，電池充滿到容量的90%，充電過程切換到過充電狀態(tài)，當(dāng)電池容量達(dá)到100%時(shí)，充電結(jié)束，充電過程進(jìn)入浮充狀態(tài)。從測(cè)試結(jié)果看，整個(gè)充電過程的發(fā)展都是按設(shè)定的四個(gè)充電狀態(tài)進(jìn)行，符合充電要求。參考文獻(xiàn)：