基于单片机的智能充电器硬件设计_闫艳霞

《PLC 技术应用 200 例》
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嵌 入 式 与 SOC
《微计算机信息》2012 年第 28 卷第 10 期
AT89C51 和充电芯片 MAX1898 智能充电器, 智能充电器有预 充电、充电保护、自动断电、充电完成报警指示功能。系统总体 设计如图 1-2。
图 2-4 光耦隔离模块 U4 为光耦隔离芯片 6N137, 其输入为 LM7805 产生的 5V 电压,输出为经过隔离的 5V 电压,U4 的 2 脚和单片机的 P2.0 相 连,由单片机控制适时地关闭充电电源。
3 结论
本次设计以充电芯片 MAX1898 的使用为主体,利用单片机 设计了智能化的锂离子电池充电器。该智能充电器能够完成以 下几个功能:
锂离子电池智能充电控制器是指能根据用户的需要智能 控制充电进程, 并且在充电过程中能对被充电电池进行保护从 而防止过电压和温度过高的一种智能化充电控制器, 充电器为 充电电池补充能源的静止变流装置, 因此其性能的优劣直接关 系到用电系统的安全性和可靠性指标。本文针对锂离子电池的 特点,提出了一种新型的智能充电的设计方案。
1.3 锂离子电池智能充电器功能模块
1.1 锂离子电池充电过程 将锂离子电池的电压曲线分为三段,如图 1-1。
图 1-1 锂离子电池的充电特性
闫艳霞: 讲师 硕士 基金 申 请人: 姜 利 英; 基 金 资 助 项 目 名 称: 基 于 BNI 融 合 的 传 感器构筑及性能研究; 基金颁发部门: 国家自然科学基金委; 基 金 编 号 :(61002007)
YAN Yan-xia JIANG Li-ying JIANG Su-xia
摘要: 锂离 子 电 池 以 其 诸 多 优 点 成 为 应 用 最 广 泛 的 可 充 电 电 池 ,针 对 锂 离 子 电 池 充 电 器 的 不 足,设 计 了 一 种 采 用 单 片 机 控 制
的智能型充电控制器,系统硬件组成包括单片机电路、充电控制电路、电压转换及光耦隔离电路,该智能充电器实现智能控
2 锂离子电池智能充电器硬件设计 与实现
2.1 充电控制电路的设计
技
术
图 2-1 充电控制电路原理图
Байду номын сангаас
图 2-1 所示为充电控制部分的电路原理图, 其核心器件为
创 充电芯片 MAX1898,其充电状态输出引脚 CHG 经过 74LS04 反 相后与单片机 INT0 相连,触发外部中断。LED_R 为红色发光二
(1)能进行充电前处理,包括电池充电状态鉴定、预处理。 (2)解决充电时间长、充电效率低的问题。 (3)改善充电控制不合理,而造成过充、欠充等问题,提高电 池的使用性能和使用寿命。 (4)通过加强单片机的控制,简化外围电路的复杂性,同时增 加自动化管理设置,减轻充电过程的劳动强度和劳动时间,从而 使充电器具有更高的可靠性、更大的灵活性,且成本低。 本文作者创新点:设计了智能充电器,进行充电前处理,解决 充电时间长、效率低的问题,改善过充、欠充等问题,提高电池的 使用性能和使用寿命。 本文无抄袭,作者全权负责版权事宜。 参考文献 [1]Hartmut Surmann.Genetic Optimization of a Fuzzy System for Charging Batteries [P],IEEE Trans.on Industrial Electronics.19964-5 [2]李心阳,唐厚君.基于 OMAPL138 电能质量检测系统的设计[J]. 微计算机信息,2011,2-1:78-80 [3]田进,景占荣微.基于 MCU 的智能充电控制器的设计与应用 [J].微处理机,2006,2.78-81 [4]C.C.Hua,M.YLin.A study of charging control of lead -Acid bat－ tery for electric vehicles[P], IEEE International Symposium on in－ dustrial Electronics.2000-10-14 [5]罗俊,杨林,郭敬爱.基于 PIC 单片机的智能充电器设计[J].电力 电子技术,2008,8.73-75 [6]卢治功,贾治国.基于 MAX1898 的智能充电器设计[J].电子与 电脑,2008,11.90-92 [7]李国厚,冯启高.基于单片机的智能充电器的设计[J].仪表技术, 2001,1.43-45 作 者 简 介 :闫艳霞(1980-),女(汉族),河南郑州人,郑州轻工业学院 电气信息工程学院讲师,硕士,从事电力测试技术方面的研究。 Biography:YAN Yan -xia (1980 - ),Female (Han),Henan. Zhengzhou University of Light Industry, Lecturer, Master, Electrical tests field. (450002 河南 郑州 郑 州 轻 工业 学 院 电气 信 息 工程 学 院)闫艳 霞 姜利英 姜素霞 通 讯 地 址:(450002 郑 州 市 东 风 路 5 号 郑 州 轻 工 业 学 院 电 气 信 息工程学院) 闫艳霞
您的论文得到两院院士关注 文 章 编 号 :1008-0570(2012)10-0207-02
嵌 入 式 与 SOC
基于单片机的智能充电器硬件设计
Design of intelligent charger based on single-chip microcomputer
(郑州轻工业学院) 闫 艳 霞 姜 利 英 姜 素 霞
2.2 单片机部分的设计
本设计的单片机芯片选用 Atmel 公司的 AT89C51[7],由于
充电器外部为+12V 供电, 因此需要通过电压转换芯片将+12V
电压转换为+5V。为了降低电源干扰,保持电路的稳定,在完成电
压转换,将+5V 充电电源送给 MAX1898 之前,先经过一次光耦
模块的处理,通过单片机对光耦模块的控制,可以及时判断充电
1 系统设计
新 根据锂离子电池充电特性的三段性, 充电控制时需采用分
段控制的方式,:进入 B—C 段之前,电池电量己基本用完,此时采 用恒定的小电流充电。当进入 B—C 段时,若采用恒流充电,电流 过大会损坏电池,电流过小使充电时间过长,根据电压变化情况 控制充电电流,使电池充电已满,若此时停止充电,电池会自放 电。为防止自放电现象发生,采用浮充维护充电方式,用小电流 进行涓流充电。充电过程中需不断检测电池两端电压,锂离子电 池是以零增量检测为主,时间、温度和电压检测为辅的方式。系 统在充电过程检测有无零增量(△V)出现,作为判断电池已充满 的正常标准,同时判断充电时间、电池温度及端电压,是否已超 过预先设定的保护值作为辅助检测手段。当电池电压超过检测 门限时,系统会检测有无零增量出现,若出现零△V,则认为电池 正常充满,进入浮充维护状态;在充电过程中,系统会一直判断充 电时间、电池温度及端电压是否己到达或超过了充电保护条 件。若其中一个条件满足,系统会终止现有充电方式,进入浮充 维护状态。
图 1-2 系统总体框图 锂离子电池对充电器要求较苛刻,需保护电路,为有效利用 电池容量,需将锂离子电池充电至最大电压,但过压充电会造成 电池损坏,这就要求较高的控制精度。另外,对于电压过低的电 池需要进行预充,充电器最好带有热保护和时间保护,为电池提 供附加保护。针对这些应用特点, 设计了一种基于单片机
新 极管,红灯表示电源接通;LED_G 为绿色发光二极管,绿灯表示 处于充电状态。Q1 为 P 沟道的场效应管, 由 MAX1898 提供驱
动。图中,R4 为设置充电电流的电阻,阻值为 2.8KΩ,设置最大充
电电流为 500mA;C11 为设置充电时间的电容, 容值为 100nf,设
置最大充电时间为 3 小时。
电源。
图 2-2 基于 MAX1898 的智能充电器电路单片机部分原理图 2.3 LM7805 电压转换模块设计 根据所需电压为 5V,本设计采用 LM7805 3 端正稳压电路,
图 2-3 电压转换模块 U3 为输出+5V 的电压转换芯片 LM7805, 它将 12V 的输入
电压转换为固定的 5V 输出。 2.4 6N137 光耦隔离模块设计 本次设计选用了 6N137 光耦合器。
主要模块功能如下: ①单片机模块:实现充电器的智能化控制,如自动断电、充 电完成报警等。 ②充电过程控制模块:采用专用的电池充电芯片 MAX1898 实现对充电过程的控制。 ③电源转换及光耦隔离模块: 采用电压转换芯片将外部+ 12V 电压转换为需要的+5V 电压。该电压在送给充电控制模块 之前还需经过一个光耦隔离模块。
制预充、快充、满充三个充电进程,判断充电终止状态,能够有效防止锂离子电池的欠充或过充,具有高效安全的充电控制、
过压保护和过流保护功能。
关键词: 锂离子电池; 智能充电器; AT89C51; MAX1898
中图分类号: TN248.4
文献标识码: A
Abstract: Lithiumion batteries have become the most widely used rechargeable batteries due to their many advantages. Combined with the shortcomings of common chargers,I try to design a type of intelligent battery charger based on microcomputer.The hardware circuits of the system include microcomputer circuit, charge control circuit, voltage transformation and the light pair isolating circuit.. It can control both the three charging process which include previous charge,fast charge and full charge,and judge the charge termination state smartly. It aslo can prevent less charged or overcharged of lithium battery effectively,it also has the functions of high security charge control,over-voltage protection and over-current protection. Keywords: Lithium battery; intelligent battery charger; AT89C51; MAX1898
技 术 创
引言
电池技术的进步要求复杂的充电算法以实现快速、安全的 充电,因此需对充电过程进行更精确的监控(如对充、放电电流、 充电电压、温度等的监控)。同时,对充电电池的性能和工作寿命 的要求也不断地提高。因为锂离子电池有较高的能量比,放电曲 线平稳,自放电率低,循环寿命长,具有良好的充放电性能,可随 充随放、快充深放,无记忆效应,不含镉、铅、汞等有害物质,对环 境无污染,被称为绿色电池,所以锂离子电池得到迅速发展和广 泛的应用。
(收稿日期:2011.10.28)(修稿日期:2012.01.28)
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《现场总线技术应用 200 例》