单片机充电器与蓄电池的联系

评价蓄电池的好坏有许多目标，其间寿数是用户十分关心的问题之一。而电池的过充电、过放电和充电缺乏是引起电池毛病最首要的原因，其间过充电、充电缺乏首要是充电办法不妥而引起的。常用的直流充电器仅仅用恒流定压的办法给蓄电池充电，这样不光不简单使电池充溢，更严峻的还会形成充电不均衡的状况，影响电池的寿数。
我公司在清华大学飞斯卡尔单片机研讨中心的指导下，经过长期的研讨开发，在智能充电算法方面的研讨现已取得了一些作用。为了完成智能化充电，咱们选用单片机作操控器，实时监控电压、电流，使充电进程按抱负的充电曲线进行，抵达既维护电池、又能使电池充溢的最优作用。
1 智能充电器的硬件结构
传统的电池充电器选用电流负反响的办法来抵达恒流充电的意图。为了参加智能操控，抵达实时监控的意图，咱们翻开电流反响环，参加单片机及相关操控电路。硬件的结构框图如图１所示。
单片机对正在充电的电池进行实时电压、电流、温度取样，经ａ／ｄ转化输入单片机。单片机依据电池不同的充电状况采纳不同的充电算法，经过ｄ／ａ转化输出反响电压，对电源进行操控，经过改动电池组端电压来抵达操控充电进程的意图。在充电进程中，单片机还背负着平衡电池组中各电池的容量、避免电池过充电而损坏电池的使命。别的，针对不同品种的电池，只需依据不同电池的最佳充电曲线对操控器里的程序进行相应的调整，就能对不同类型的电池进行充电。
充电器体系中的首要操控部件是单片机。在现在的商场里有许多的充电操控模块可供挑选，如武汉力源电子的ｐｓ１７１８、ｂｅｎｃｈｍａｒｑ的ｂｑ２００４等，只需接上恰当的外围电路，就能够组成不错的充电器。但从经济的视点动身，一般的单片机就能够背负操控器的使命。出于进步体系的集成性和可控性的考虑，咱们能够挑选内部带ａ／ｄ、ｄ／ａ转化的单片机作为操控器。咱们所挑选的单片机选用高密度ｃｍｏｓ技能制作；具有２ｋ的ｒｏｍ或ｅｐｒｏｍ、６４ｂｙｔｅ的ｒａｍ，现已满足充电操控的需求；能够作为状况显现、输出；一个计时器／计数器，能够完成延时功用；８位ａ／ｄ转化，能够作为电压、电流、温度检测输入；８位ｐｗｍ输出，经滤波后可作为反响电压。
电池对充电进程中的环境温度、电池温度比较灵敏，关于这些电池咱们能够参加温度丈量电路。温度丈量有不同的办法，依据精度要求的不同能够选用不同的热敏电阻、或许选用现有的温度传感器、温度检测模块。充电器依据不同的环境、电池温度采纳不同的充电算法。
在单片机检测到电池组中电池不平衡的状况下，能够选用均衡充电的办法，使电量较多的电池少充电，电量较少的电池多充电。均衡充电原理图如图２所示。
2 充电算法的规划与完成
依据清华大学飞斯卡尔单片机研讨中心与体系国家重点试验室多年的研讨，关于蓄电池，选用多段恒流、定压、脉冲的充电算法最有用。程序原理框图如图３所示。
在程序的初始阶段应首要对单片机进行初始化，然后判别电池是否衔接正确，依据电池状况判别应该进入哪一个充电阶段。详细完成为开端输出小电压，然后从小电压逐步往上加，不断读入电池的电压、电流，依据所读入的数据进行判别。
当电池很空的时分，因为电池或许现已处于受损的状况，这时分应该选用小电流恒流充电。这样有利于激活电池内的反响物质，部分康复受损的电池单元。当电池比较空的时分，能够用大电流恒流充电，使电池在短时间内冲入比较大的电量而不会损坏电池。详细算法采纳多段恒流办法，试验证明多段恒流有利于充入更多的电量。当电池比较满的时分，应该选用定压充电，这时分跟着充电进程的连续，电流会逐步下降，这样能确保不会充电过量而危害电池。当电池很满的时分，能够选用的是脉冲充电算法。经试验证明，脉冲充电算法比传统的小电流充电算法不光速度快，并且充入的电量更多。
以上所说有四个充电阶段（小电流、多段恒流、恒压、脉冲）能够选用ｐ、ｐｉ、ｐｉｄ算法，以坚持电流／电压的安稳。在充电进程的初段，电池处于恒流充电状况，因为电池比较空，操控器对电流的精度要求不高，此刻能够选用ｐ算法。经过调整ｐ算法的份额系数ｋｐ，能够操控差错的巨细。ｋｐ越大，电流差错越小，但一起体系安稳性下降。依据操控理论，能够得到以下关系式：
ｕｉ，ｉ＋１＝ｕｉ，ｉ＋ｋｐ×（ｕｏ，ｉ－ｕｏ，ｉ－１）
δｉ＝ａ／ｋｐ
其间ａ为充电体系所确认的常数，由试验测得。
在充电进程的定压阶段，为了避免电池过充电，充电器对电压精度的要求比较高，此刻应选用ｐｉ算法，以抵达充电器对电池端电压无差操控的意图。定压操控的原理如图４所示。输出电压ｕｉ　ｉ＋１可由下式核算：
ｕｉ，ｉ＋１＝ｕｉ，ｉ＋ｋｐ×　ｕｏ，ｉ－ｕｏ，ｉ－１）＋ｋｉ×Σ（ｕｏ，ｊ－ｕｏ，ｊ－1）
因为电池是一种容性负载，时间常数比较大，加上开关电源电路中也有必定的时延，因而整个电池充电体系的延时是比较大的。别的因为均衡充电电路也会引进很大的搅扰，因而充电算法的鲁棒性非常重要，不然很简单呈现操控器反响缓慢或呈现超调震动的现象。在这种状况下，ｐｉ算法中的常数ｋｐ、ｋｉ的数值对体系的安稳性非常重要。尤其是ｋｉ，其取值规模比较小，很小的改变就会引起体系的震动。一般状况下，ｋｐ、ｋｉ的确认能够选用以下办法：
（１）先选用ｐ算法开始确认ｋｐ１，挑选ｋｉ１＜＜ｋｐ１；
（２）经试验调整得ｋｉ２；
（３）再经试验调整得ｋｐ２；
（４）重复进程（２）、（３）一到两次；
（５）微调ｋｉ，使体系的安稳域尽量大、时间常数尽量小。
有必要留意的是，不管在任何阶段，操控器都有必要不断检测以下三项要害技能目标：电路是否呈现断路、电池是否呈现不均衡现象、电池是否抵达规则的安全电压。其间电池的断路首要经过检测电流的巨细来判别。并且为了避免误判别，应该重复检测。当呈现断路时，应从头回来预处理阶段。断路的判别应该在电压现已抵达预订值的状况下进行，不然在电压没有抵达预订值的状况下，电流比较小，或许呈现误判别。均衡充电是智能电器的另一个重要特色。在充电的进程中，因为电池的质量不相同，容量小、质量差电池的电压在充入相同电量后会呈现电压添加比另一个电池多的状况，假如不采纳办法，它们的电压差将会增大，以致其间一个电池很快抵达规则的安全电压，充电进程被逼中止。这时分应该对电压高的电池进行放电，即均衡充电。这样有利于康复电池内受损的单元，使充电进程能顺畅地进行下去。为了避免电池冲坏，在电池电压抵达规则的安全电压时应马上中止充电，不然会损坏电池。
综上所述，智能充电器是依据现在蓄电池的实际需求而开发的，在引进了单片机作为操控器今后充电作用愈加抱负，抵达了在确保电池安全的状况下尽量多充入电量的预期作用。