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摘 要：設(shè)計了基于單片機(jī)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(jìn)行智能控制,還可以通過串口和上位機(jī)進(jìn)行通訊并進(jìn)行實時
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現(xiàn)代通訊設(shè)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(yīng)用非常廣泛。然而大多數(shù)設(shè)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(jī)的通用智能充電器的設(shè)計。充電器可以實時采集電池的電壓、電流,對充電過程進(jìn)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(jī)進(jìn)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(yīng)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(shè)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(jìn)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(jī)89C51。單片機(jī)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(jī)的任務(wù)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(jī)通過串口RS232和上位機(jī)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(guān)CD4051,再經(jīng)過電壓跟隨器輸入到AD574,分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換,其結(jié)果由單片機(jī)讀取,并進(jìn)行存儲和處理。主要的電路連接如圖2所示。  圖2 采樣電路 1．3 控制器 控制器采用脈寬調(diào)制(PWM)方式控制供電電流的大小。PWM發(fā)生器由另一個20MHz的單片機(jī)構(gòu)成,主控制器和它采用中斷的方式進(jìn)行通訊,控制其增大或減小脈寬。PWM信號通過光電隔離驅(qū)動主回路上的MOSFET。開關(guān)管、二極管、LC電路構(gòu)成開關(guān)穩(wěn)壓電源。用PWM方式控制的開關(guān)電源可以減小功耗,同時便于進(jìn)行數(shù)字化控制,但母線的紋波系數(shù)相對較大。PWM控制電路如圖3所示。  圖3 PWM控制電路 2 智能充電器的軟件設(shè)計 2．1 數(shù)據(jù)測量 在單片機(jī)的測量中,電池電壓值和電流測量值經(jīng)過多路選擇器進(jìn)行選擇,然后通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制數(shù),直接存入單片機(jī)。電池電容量C則需要間接計算,由于每個循環(huán) 周期檢測電流一次,故可以利用電流值的積分求出電容量C?？紤]電池內(nèi)阻r的影響,可以得到計算電容量的計算公式為: Cn+1=Cn+I·t-I2·r·t 充電時間和剩余充電時間由上位機(jī)進(jìn)行計算,剩余充電時間等于預(yù)設(shè)的充電時間與已充電時間的差值。其中,預(yù)設(shè)時間可根據(jù)電池的型號預(yù)先得到。 2．2 單片機(jī)控制程序設(shè)計 對于不同的電池和不同的參數(shù),單片機(jī)需要設(shè)定不同的充電參數(shù),選擇不同的充電策略。另外,程序需要在電池過電流、過電壓等異常情況下強(qiáng)制終止充電。以鋰離子電池為例,一般采用恒流-恒壓充電方式,其充電過程包括小電流預(yù)充電、大電流充電、恒壓充電等幾部分。其充電控制程序流程圖如圖4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(shè)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(jī)還需要接收和處理上位機(jī)的命令,并根據(jù)上位機(jī)的要求將數(shù)據(jù)實時回送給上位機(jī)。兩者的通訊協(xié)議要在程序中預(yù)先設(shè)定。 2．3 上位機(jī)處理程序設(shè)計 上位機(jī)程序由VisualC++編寫。其任務(wù)是每隔1秒鐘向串口發(fā)送一個查詢命令,并讀取單片機(jī)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(jìn)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(jī)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(xué)軟件(如Matlab)進(jìn)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(jī)可以設(shè)定不同的充電參數(shù),程序可以直接控制單片機(jī)的運行與停止。 3智能充電器的應(yīng)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(biāo)志電流為0.06A,進(jìn)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(jìn)一步縮短充電時間,只需在初始化時設(shè)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(jìn)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(dá)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(hù)電路,將多余的電流旁路了,這樣的保護(hù)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(dá)到550mAh,但實際上并沒有達(dá)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(jī)械接口上還不能匹配,需要進(jìn)一步改進(jìn)。 |
- 數(shù)字化智(5034)
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2019-04-01 06:30:00
鉛酸電池充電器五段式智能機(jī)種國內(nèi)很少見
調(diào)節(jié)充電電流，做到快速充電又不損傷電池。電池診斷/保護(hù) 智能充電模式,充電飽和后,會自動切斷充電線路對電池充電造成的損傷降到最低程度廣鼎源科技有限公司 - 充電器制造商官方網(wǎng)址 百度一下 智能型充電器
2014-04-26 10:01:34
鋰電池充電器
大家好希望大家?guī)臀以O(shè)計一款鋰電池充電器7.4伏的如果用手機(jī)充電器通過調(diào)431哪里把電壓調(diào)起來。那么變壓器受的了嗎 以及還有沒有跟好的辦法小弟在此謝謝大家了
2012-08-14 20:14:55
雅馬哈充電器
這款充電器最近罷工了。充了一個晚上電瓶車還是沒電，換了一個充電器就可以正常沖電。充電器上的指示燈不停閃爍，想請教高人是什么故障，還有修理的價值嗎？？？
2011-06-17 10:09:06
智能充電器畢業(yè)設(shè)計
實例所實現(xiàn)的充電器是一種智能充電器，它在單片機(jī)的控制下，具有預(yù)充、 充電保護(hù)、 自動斷電和充電完成報警提示功能。
2016-03-21 09:57:21
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167電動車脈沖充電器與智能充電器的區(qū)別
脈沖充電是充電電流用的是脈動電流。脈沖充電同樣可以做成智能型的。智能充電，不僅可以控制充電電流，優(yōu)良的智能充電器還具有溫度監(jiān)控，所以找不到智能型的脈沖充電器，可以直接選用智能充電器。
2018-03-05 11:25:44
114963
114963充電器發(fā)燙會爆炸嗎_充電器發(fā)燙是什么原因
本文開始介紹了充電器的定義以及充電器的正常工作條件，其次分析了充電器發(fā)燙的原因以及分析了充電器發(fā)燙是否會爆炸，最后闡述了防止充電器過熱的解決方法。
2018-03-13 16:08:3095213
95213無線充電器有何特點無線充電器有哪些類型
充電器的使用異常廣泛，各類電子產(chǎn)品均需使用充電器。為增進(jìn)大家對充電器的認(rèn)識，本文將對無線充電器、無線充電器的種類、無線充電器的特點和無線充電器原理予以介紹。
2021-03-17 22:52:3460
60氮化鎵充電器的優(yōu)點？氮化鎵充電器和普通充電器的區(qū)別？
氮化鎵充電器什么意思？氮化鎵充電器的優(yōu)點？氮化鎵充電器和普通充電器的區(qū)別是什么？ 氮化鎵充電器是一種使用氮化鎵（GaN）材料制造的充電器。GaN是一種新型的寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有高電子遷移率、高熱
2023-11-21 16:15:24980
980氮化鎵充電器傷電池嗎？氮化鎵充電器怎么選？
氮化鎵充電器傷電池嗎？氮化鎵充電器怎么選？ 氮化鎵（GaN）充電器被廣泛認(rèn)為是下一代充電器技術(shù)的關(guān)鍵。與傳統(tǒng)充電器相比，氮化鎵充電器具有很多優(yōu)勢，比如高效率、高功率密度和小尺寸等。然而，有些人擔(dān)心
2023-11-21 16:15:271667
1667蘋果氮化鎵充電器和普通充電器區(qū)別
蘋果氮化鎵充電器是一種新型的充電器，它采用了氮化鎵材料來實現(xiàn)高效、節(jié)能的充電功能。與普通充電器相比，蘋果氮化鎵充電器在多個方面表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢。本文將詳細(xì)介紹蘋果氮化鎵充電器和普通充電器的區(qū)別
2024-01-10 10:30:18792
792vivo氮化鎵充電器和普通充電器區(qū)別
Vivo是一家知名的中國智能手機(jī)制造商，其氮化鎵充電器和普通充電器之間存在許多區(qū)別。本文章將介紹這些區(qū)別，內(nèi)容將包括充電器的工作原理、快速充電能力、安全性、兼容性和設(shè)計等方面。 首先，讓我們來了
2024-01-10 10:32:15581
581- 設(shè)計技術(shù)
- 可編程邏輯
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- 測量儀表
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