基于单片机的智能充电器设计

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1、通用智能充电器的设计湖南工程学院刘美俊（湘潭411101）摘要：为解决锂离子电池和镍氢/镍镉电池的充电问题，设计了一种以AT89C2051单片机为核心的通用智能充电器，介绍了智能充电器的工作原理、设计特点和三种充电模式，详细讨论了系统的硬件构成及软件实现方法。由于采用了高性能的微控制器及高分辨率的A/D转换电路，保证了充电器具有很高的精度。关键词：单片机A/D转换智能充电器硬件构成DesignofTheGeneralIntelligentBatteryChargerLIUMei-junHunanInstituteofEngineering(xiangtan411101)A

2、bstract:ThereferencedesignisdevelopedforthechargeofLi-ionandNiMH/NiCdbatterypackbasedonAT89C2051single-chipcomputer.Theworkprincipleanddesigncharacteristicsandthreechargemodeareintroduced,thenthehardwarestructureandtheimplementofsoftwareareanalyzedindetail.Withthehighperformanceofmicrocon

3、trollerandhighresolutionA/Dconvertcircuit,thedesigncanguaranteehighaccuracy.Keywords:Single-chipcomputerA/DconvertIntelligentbatterychargerHardwarestructure1.引言可充电电池具有较高的性能价格比、放电电流大、寿命长等特点，广泛应用于各种通信设备、仪器仪表、电气测量装置中。但是不同类型的电池如镍镉电池（Nicd）、镍氢电池（NiMH）和锂离子电池具有不同的充电特性和过程。不同的电池应采用不同的充电控制技术。常用的控制技术

4、有：电压负增量控制、时间控制、温度控制、最高电压控制技术等。其中电压负增量控制是目前公认的较先进的控制方法之一。充电时，当测量到电池电压负增量时就可以确定该电池己经充满，从而将充电转变为涓流充电。时间控制预定充电时间，当充电时间达到后，使充电器停止充电或转为涓流充电，这种方法较安全。温度控制法是当电池达到充满状态时，电池温度上升较快，测量电池温度或温度的变化，从而确定是否对电池停止充电。最高电压控制则是根据充电电池的最高允许电压来判断充电状态，这种方法灵活性较好。本文介绍一种智能充电器，能对镍镉电池（Nicd）、镍氢电池（NiMH）和锂离子电池进行充电，并对充电电池具有自

5、动检测能力。2充电器设计思想设计通用型智能充电器时．需要充分考虑3种电池的充电特性，针对每一种电池的特性给出不同的充电模式以及相应的算法．2.1镍氢/镍镉电池充电模式[5]这2种镍类电池具有相似的充电特性曲线，因而可以用一样的充电算法。这2种电池的主要充电控制参数为-ΔV和温度θ．对镍氢／镍镉电池由预充电到标准充电转换的判据为：①单节电池电压水平0.6～1V；②电池温度-5～0oC．电池饱和充电的判据为：①电池电压跌落或接近零增长–ΔV=6～15mV／节；②电池最高温度θmax＞50℃；③电池温度上升率dθ/dt≥1.0℃／min。由于温度的变化容易受环境影响,因而实际用

6、于判别充电各阶段的变量主要为–ΔV、θmax，其中对–ΔV的检测需要有足够的A／D分辨率和较高的电流稳定度．-△V的测量与A/D分辨率、充电电流的稳定性与电池内阻之间有以下关系:当电池内阻等于50Ω7(接近饱和充电)时，充电电流=1200mA，电流漂移等于5%，单节电池的最高充电电压为1.58V，则此时电流漂移可能引起的电池电压变化为3mV。2.2锂离子电池充电模式[3]在锂离子电池充电采样时，测量到的电压是电池的在线电压，一般在线电压要高于静态电压（与内阻有关）．在充电器设计中，对锂离子电池充电各阶段转换判断的测量参数只有在线电压，电压采样偏差小于0.05V．2.3自适

7、应充电模式[4]智能充电器设置了一种自适应充电模式，在这种模式下，对未知型号的电池或放入某种电池后而未按相应的键，则充电器自动转入自适应充电模式．此时充电器将提供一种公共算法对电池进行预充电，并对其进行型号识别判断，然后转入相应的充电模式，显示相应的型号．具体做法为：检测充电电池电压的变化率，并判断是否检测到有–ΔV。如果检测到电池电压V特别高，且无–ΔV，则转入锂离子电池充电模式，否则进入镍类电池充电模式．3．充电器硬件设计由单片机和充电器芯片组成的通用充电器原理图如图1所示．图1通用充电器原理图图中AT89C2051、AD