目前，由于常规充电技术不能适应各类新型电池的要求，因此严重影响电池的使用寿命。实践证明，免维护电池的浮充电压偏差5%，浮充寿命减少一半。锂离子电池的充电电压超过4.1V±50mV，将造成电池性的损坏。如果采用镍镉电池常用的-△V检测法，控制镍氢电池快速充电，可造成镍氢电池因严重过充而损坏。为了满足镍镉、镍氢电池快速充电的不同要求，分析研究了这两种电池的特性，并成功设计了能够兼顾镍镉、镍氢电池快速充电的只能化充电器。
① 开关电源技术结合单片机控制，具有体积小、重量轻、效率高、功能全、全电压可工作等优点。
② 适用6V、12V、24V、36V、48V、72V-----400V等系列的各种规格蓄电池组充电。
③ 大范围输出电流选择，从1A到100A均可按客户要求制造。
④内置20段曲线以拟合各种电池充电特性（出厂默认按马斯充电曲线进行充电），能准确跟踪检测蓄电池的充电过程，使其始终处于的电化学反应状态者，控制蓄电池充电温升和阀值电压，避免充电时蓄电池过充与欠充，减少析气量。
⑤ 保护功能强，可靠性高，具有过流、过压、过热、短路、电池极性反接等多种保护功能，有效防止因误操作而损坏。
⑥ 采用自动温度补偿功能（专利号ZL200320122430.8）,保证在不同季节气温下的良好应用。
⑦ 可按客户要求设计特定充电模式，如胶体免维护电池等。
输入电压：110VAC 220VAC 380VAC
电源频率：47-63Hz
适用电池：12V 24V 36V 48V 72V
输出电流：1.5、2、5、8、10、15、20、25、30、50、80、100A etc.
效率：70-85%
隔离电压：1/P-0/P 1.5KVAC、1/P-FG 1.5KVAC 0/P-FG 1.5VAC
绝缘电阻：INPUT-OUTPUT > 500M Ω
本文介绍一种基于单片机的通用智能充电器的设计。充电器可以实时采集电池的电压、电流,对充电过程进行智能控制,计算电池已充的电量和剩余的充电时间,还可以通过串口和上位机进行通讯,并给用户显示必要的信息,有虚拟仪表的作用;另外它也可以改变参数,适应各种不同电池的充电。
一、智能充电器的硬件设计
智能充电器如图所示。主要包括电源变换电路、采样电路、处理器、脉宽调制控制器和电池组等,形成了一个闭环系统。对系统的工作原理分几个部分进行简述。
1.处理器
处理器采用51系列单片机89C51。单片机内部有两个定时器,采用11.0592MHz的晶振。单片机的任务是通过采样电路实时采集电池的充电状态,通过计算决定下一阶段的充电电流,然后发送命令给控制器控制电流的大小。单片机通过串口RS232和上位机相连,用于存储数据和虚拟显示。
2.采样部分
电压和电流采样采用模/数转换器AD574。AD574为±15V双电源供电,12位输出,误差为±4bit,合计电压0.01V。充电电流通过电流传感器MAX471转换为电压值。电流采样的电压值和电池组的端电压值两者经过模拟开关CD4051,再经过电压跟随器输入到AD574,分别进行转换,其结果由单片机读取,并进行存储和处理。
3.控制器
控制器采用脉宽调制(PWM)方式控制供电电流的大小。PWM发生器由另一个20MHz的单片机构成,主控制器和它采用中断的方式进行通讯,控制其增大或减小脉宽。PWM信号通过光电隔离驱动主回路上的MOSFET。开关管、二极管、LC电路构成开关稳压电源。用PWM方式控制的开关电源可以减小功耗,同时便于进行数字化控制,但母线的纹波系数相对较大。
二、智能充电器的软件设计
1.数据测量
在单片机的测量中,电池电压值和电流测量值经过多路选择器进行选择,然后通过A/D转换器转换为16进制数,直接存入单片机。电池电容量C则需要间接计算,由于每个循环周期检测电流一次,,故可以利用电流值的积分求出电容量C。考虑电池内阻r的影响,可以得到计算电容量的计算公式为:
Cn+1=Cn+I·t-I2·r·t
充电时间和剩余充电时间由上位机进行计算,剩余充电间等于预设的充电时间与已充电时间的差值。其中,预设时间可根据电池的型号预先得到。
2.单片机控制程序设计
对于不同的电池和不同的参数,单片机需要设定不同的充电参数,选择不同的充电策略。另外,程序需要在电池过电流、过电压等异常情况下强制终止充电。以锂离子电池为例,一般采用恒流-恒压充电方式,其充电过程包括小电流预充电、大电流充电、恒压充电等几部分。在控制恒定电流和恒定电压的过程中,采用比例控制,即如果充电电流I大于设定电流Is,就按照比例减小脉宽;反之按照比例增大脉宽。单片机还需要接收和处理上位机的命令,并根据上位机的要求将数据实时回送给上位机。两者的通讯协议要在程序中预先设定。
3.上位机处理程序设计
上位机程序由VisualC++编写。其任务是每隔1秒钟向串口发送一个查询命令,并读取单片机回送的信息,提取充电电流、充电电压、工作状态等参数。参数经过数制转换和计算后进行显示。软件有着良好的用户界面,可以方便地观测电池目前的工作状态以及剩余充电时间等信息。上位机程序会同时把读到的数据存储到文件中,这些数据可以利用其它数学软件(如Mat-lab)进行处理。另外,程序在初始化时要把充电电池的型号参数发送给智能充电器,参数一般包括充电电池的种类(锂离子电池、镍镉电池)、充电电池的容量(单位为mAh)等。根据不同的电池型号,单片机可以设定不同的充电参数,程序可以直接控制单片机的运行与停止。
