通用智能識別充電器——魚兒.doc

通用智能識別充電器姓名：于連河 班級：測控0801 學號：3080302009一、工作原理、目的和意義在現(xiàn)今的電子電器高度發(fā)展的時代，現(xiàn)代通訊設備、便攜式電子產(chǎn)品、筆記本電腦、電動車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進行充電，不能跨平臺使用，當家里的電子產(chǎn)品很多時就會需要配備單獨的各種各樣的專用充電器，很不經(jīng)濟。而且普通的充電器充電策略比較單一，只能進行簡單的恒壓或者恒流充電，以致充電時間很長，充電效率降低。另外，充電即將結(jié)束時，電池發(fā)熱量很大，從而造成電池極化，影響電池壽命。設計通用型智能充電器時，首先需要充分考慮以下三種用的比較廣泛的電池的充電特性，針對每一種電池的特性給出不同的充電模式以及相應的算法，然后在充電時根據(jù)自己的電池的特性選擇相應的模式。1 鎳氫/鎳鎘電池充電模式 這兩種鎳類電池具有相似的充電特性曲線，因而可以用一樣的充電算法。這2種電池的主要充電控制參數(shù)為-V和溫度。 對鎳氫鎳鎘電池由預充電到標準充電轉(zhuǎn)換的判據(jù)為：單節(jié)電池電壓水平0.61V；電池溫度-50oC。電池飽和充電的判據(jù)為：電池電壓跌落或接近零增長V= 615 mV節(jié)；電池最高溫度max50；電池溫度上升率d/dt 1.0min。由于溫度的變化容易受環(huán)境影響,因而實際用于判別充電各階段的變量主要為V、max，其中對V的檢測需要有足夠的AD分辨率和較高的電流穩(wěn)定度。-V的測量與A/D分辨率、充電電流的穩(wěn)定性與電池內(nèi)阻之間有以下關(guān)系：當電池內(nèi)阻等于50(接近飽和充電)時，充電電流=1200mA，電流漂移等于5%，單節(jié)電池的最高充電電壓為1.58V，則此時電流漂移可能引起的電池電壓變化為3mV。 2 鋰離子電池充電模式 在鋰離子電池充電采樣時，測量到的電壓是電池的在線電壓，一般在線電壓要高于靜態(tài)電壓（與內(nèi)阻有關(guān)）。在充電器設計中，對鋰離子電池充電各階段轉(zhuǎn)換判斷的測量參數(shù)只有在線電壓，電壓采樣偏差小于0.05V。該設計的通用智能識別充電器還設計了自適應模式，在對不是以上三種通用電池、未知型號的電池或放入某種電池后而未選擇相應模式的充電功能的，則充電器自動轉(zhuǎn)入自適應充電模式，此時充電器將提供一種公共算法對電池進行預充電，并對其進行型號識別判斷，然后轉(zhuǎn)入相應的最優(yōu)化充電模式，進入充電狀態(tài)。具體做法為：檢測充電電池電壓的變化率，并判斷是否檢測到有V。如果檢測到電池電壓V特別高，且無V，則轉(zhuǎn)入鋰離子電池充電模式，否則進入鎳類電池充電模式。在充電過程中，所設計的充電器能自動轉(zhuǎn)換充電狀態(tài)，并有完善的保護措施，實現(xiàn)無人值守充電，極大地提高了效率。同時，根據(jù)電池充電時的特點，充電器默認使用溫度保護。當用戶誤操作時，因充電電流與充電電壓不匹配，會使電池溫度異常升高。當充電器實時檢測到電池溫度高于某一臨界點時，會自動切斷供電，保護電池與系統(tǒng)的安全。在該充電器中，設定了最大充電時間，是為了防止過充，如果閾值設定過高，則最大充電時間能避免電池過充，保護電池使用壽命。2、 現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢在目前，關(guān)于智能充電器的研究很多，相關(guān)的產(chǎn)品、專利技術(shù)和文獻也很多，現(xiàn)列舉幾項研究成果或?qū)＠夹g(shù)或文獻：智能單片線性鋰離子電池充電器IC設計【1】。設計的是一款針對單節(jié)鋰電池的線性充電器IC。該IC采用涓流-恒流-恒壓三階段充電法對充電過程進行控制的充電器。但功能局限，只能是對鋰電池進行安全充電。基于DS2438的多功能智能蓄電池充電器的設計【2】。介紹了一種基于DS2438智能充電器的設計方案,該智能充電器能對各類蓄電池進行充電,并對充電電池具有自動檢測能力。監(jiān)測芯片將電池的電壓、電流、溫度等參數(shù)通過單總線的方式送到單片機,由單片機AT89S52進行控制,保證蓄電池不過充,以合理的充電方式進行充電,使其蓄電池延長使用壽命。實現(xiàn)了功能的多樣，但范圍不廣，局限在蓄電池，且成本較高?；赑IC單片機的太陽能充電器控制系統(tǒng)【3】。本系統(tǒng)是利用PIC16F73單片機作為控制核心,實現(xiàn)利用太陽能對蓄電池進行充電和對LED照明設備進行控制的一種智能太陽能充電控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)具有自適應強、性能穩(wěn)定、工作可靠、成本低廉等優(yōu)點。該系統(tǒng)技術(shù)要求較高，且功能應用范圍存在局限性，不能再生活中大范圍推廣。數(shù)字化智能充電器的設計與實現(xiàn)【4】。為了給不同電壓、容量等級的鋰離子、鎳氫電池進行智能、優(yōu)化充電,設計了以XC164CM單片機為控制核心的智能充電器。對4.2 V/2.2 Ah的鋰離子和12 V/1.8 Ah的鎳氫電池進行充電實驗,實驗結(jié)果表明,在恒流持續(xù)90 min,充電容量為75%,在恒壓階段,充電電流呈指數(shù)規(guī)律下降,與鋰離子電池電流曲線相符.給鎳氫電池持續(xù)充電94 min后電壓達到最大值,0V在2 min內(nèi)檢測到,再利用50 mA的電流對鎳氫電池進行浮充,避免了鎳氫電池過充,實現(xiàn)了充電過程的智能化控制。用電池監(jiān)測芯片實現(xiàn)多功能智能充電器【5】。文章介紹了一種基于專用電池監(jiān)測芯片的多功能電動車智能充電器。通過專用電池監(jiān)測芯片DS2438,對蓄電池充電過程中電壓、電流、充放安時累計及溫度進行自動檢測,并通過單總線上傳給單片機。單片機根據(jù)實時檢測到的各參數(shù)值及其變化情況,自動按照不同的充電方式對電動車蓄電池進行充電控制,確保蓄電池既不欠充也不過充,從而達到提高蓄電池使用壽命的目的。3、 設計技術(shù)指標輸入電壓：110VAC 220VAC 380VAC電源頻率：47-63Hz適用電池：6V 12V 24V 36V 48V 72V-400V輸出電流：1.5、2、5、8、10、15、20、25、30、50、80、100A etc.效率：70-85%隔離電壓：1/P-0/P 1.5KVAC、1/P-FG 1.5KVAC 0/P-FG 1.5VAC絕緣電阻：INPUT-OUTPUT 500M該設計與目前現(xiàn)存的相比，功能增多，能對不同規(guī)格的電池進行安全充電，并能減少充電過程中熱量的產(chǎn)生，從而增大電池的使用壽命，提升充電速度，性能增加。四、設計功能要求該設計能夠?qū)Σ皇卿囯x子和鎳類的電池、未知型號的電池或放入某種電池后而未選擇相應模式的充電功能時自動轉(zhuǎn)入自適應充電模式對電池充電。且在充電過程中，所設計的充電器能自動轉(zhuǎn)換充電狀態(tài)，并有完善的保護措施，實現(xiàn)無人值守充電，極大地提高了效率。同時，根據(jù)電池充電時的特點，充電器默認使用溫度保護。當用戶誤操作時，因充電電流與充電電壓不匹配，會使電池溫度異常升高。當充電器實時檢測到電池溫度高于某一臨界點時，會自動切斷供電，保護電池與系統(tǒng)的安全。在該充電器中，設定了最大充電時間，是為了防止過充，如果閾值設定過高，則最大充電時間能避免電池過充，保護電池使用壽命。五、硬件設計方案電池組電源變換電路脈寬調(diào)制控制器采樣 電 路 單片機控制器上位機六、軟件設計方案定時中斷流程圖檢測顯示流程圖針對原理中的三種充電模式設計了相應的模塊：鎳氫/鎳鎘電池充電控制模塊，鋰離子電池充電控制模塊和自適應充電控制模塊以及錯誤監(jiān)控處理模塊。主程序模塊根據(jù)系統(tǒng)相應的狀態(tài)條件控制并調(diào)用相應的模塊。同時，其他各模塊之間也根據(jù)系統(tǒng)當前狀態(tài)相互調(diào)用。在初始化程序模塊中，設置了預處理功能，主要是設置A/D轉(zhuǎn)換參數(shù)和通道，檢測電池的端電壓。將檢測數(shù)據(jù)同理論經(jīng)驗值比較，判斷電池的類別以及是否連接正確。對端電壓低的電池，采用短時間的脈動電流充電，這樣有利于激活電池內(nèi)的化學反應物質(zhì)，部分恢復受損的電池單元。對端電壓在標稱范圍內(nèi)的電池選擇相應的充電控制模塊和算法，對端電壓不在標稱范圍內(nèi)的電池，軟件自動將其剔除。7、 設計作品特點及應用范圍、前景該設計能夠?qū)Σ皇卿囯x子和鎳類的電池、未知型號的電池或放入某種電池后而未選擇相應模式的充電功能時自動轉(zhuǎn)入自適應充電模式對電池充電。且在充電過程中，所設計的充電器能自動轉(zhuǎn)換充電狀態(tài)，并有完善的保護措施，實現(xiàn)無人值守充電，極大地提高了效率。同時，根據(jù)電池充電時的特點，充電器默認使用溫度保護。當用戶誤操作時，因充電電流與充電電壓不匹配，會使電池溫度異常升高。當充電器實時檢測到電池溫度高于某一臨界點時，會自動切斷供電，保護電池與系統(tǒng)的安全。在該充電器中，設定了最大充電時間，是為了防止過充，如果閾值設定過高，則最大充電時間能避免電池過充，保護電池使用壽命。該通用智能識別快速充電器具有充電速度快，充電過程無需看管，發(fā)熱少，安全可靠，通用性強，效果良好的特點。此充電器可以作為一般的便攜式通訊器材電池、電動車、筆記本電腦的通用充電器。經(jīng)濟適用，節(jié)約空間。隨著電子產(chǎn)品的應用日益廣泛，電池的充電問題一定會被受到更加廣泛的關(guān)注，該通用智能識別快速充電器符合了市場的需求和發(fā)展的需要，特別是在通用性上，更加具有人性化，前景良好。文獻1蔣正萍. 智能單片線性鋰離子電池充電器IC設計J. 現(xiàn)代電子技術(shù),2011,(18).2陳輝煌. 基于