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择要：先容了PHILIPS公司的8xC749微处置器為焦點的智能充電節制器的節制道理，會商充電器的硬件布局和各重要构成部門的設計思惟，并先容智能充電器中的两种新技能：平衡充電和脉冲充電。连系铅酸電池對充電器的節制算法举行探究。
關头词：充電器 智能節制器 平衡充電 脉冲充電 8xC749单片機
跟着經济的成长，愈来愈多的電器走進人们的平常糊口，家庭利用的小容量蓄電池的比例将會逐步增长。是以，钻研若何耽误蓄電池的寿命，提高蓄電池的利用效力，并設計、出產出高质量、高效力、符百口庭利用请求的充電器，有着十分首要的意义。
评估蓄電池的好坏有不少指標，此中寿命是用户十分關切的问题之一。而電池的過充電、過放電和充電不足是引發電池妨碍最重要的缘由，此中過充電、充電不足主如果充電法子不妥而引發的。經常使用的直流充電器只是用恒流定压的法子给蓄電治療高血壓中藥,池充電，如许不单不易使電池布满，更紧张的還會造成充電不平衡的环境，影响電池的寿命。
清华大學智能技能與體系國度重點实行室颠末近十年的钻研開辟，在智能充電算法方面的钻研已取患了一些功效。為了实現智能化充電，咱们采纳单片機作節制器，及時监控電压、電流，使充電進程按抱负的充電曲線举行，到达既庇护電池、又能使電池布满的最优结果。
1 智能充電器的硬件布局
傳统的電池充電器采纳電流负反馈的法子来到达恒流充電的目標。為了参加智能節制，到达及時监控的目標，咱们打開電流反馈环，参加单片機及相干節制電路。硬件的布局框圖如圖１所示。
单片機對正在充電的電池举行及時電压、電流、温度取样，經Ａ／Ｄ转换输入单片機。单片機按照電池分歧的充電状况采纳分歧的充電算法，經由過程Ｄ／Ａ转换输出反馈電压，對電源举行節制，經由過程扭转電池组端電压来到达節制充電進程的目標。在充電進程中，单片機還担當着均衡電池组中各電池的容量、避免電池過充電而毁坏電池的使命。此外，针對分歧种类的電池，只要按照分歧電池的最好充電曲線對節制器里的步伐举行响應的调解，就可以對分歧类型的電池举行充電。
充電器體系中的重要節制部件是单片機。在今朝的市场里有不少的充電節制模块可供選择，如武汉力源電子的ＰＳ１７１８、ＢＥＮＣＨＭＡＲＱ的ＢＱ２００４等，只要接上得當的外围電路，便可以构成不错的充電器。但從經济的角度動身，平凡的单片機便可以担當節制器的使命。出于提高體系的集成性和靠得住性的斟酌，咱们可以選择內部带Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ转换的单片機作為節制器。在本文中，咱们所選择的是ＰＨＩＬＩＰＳ公司的８ｘＣ７４９单片機。该单片機采纳高密度ＣＭＯＳ技能制造；具備２Ｋ的ＲＯＭ或ＥＰＲＯＭ、６４ｂｙｔｅ的ＲＡＭ，已足够充電節制的必要；２１個Ｉ／Ｏ口，可以作状况顯示、输出；一個计時器／计数器，可以实現延時功效；５路８位Ａ／Ｄ转换，可以作為電压、電流、温度检测输入；８位ＰＷＭ输出，經滤波後可作為反馈電压。
電池對充電進程中的情况温度、電池温度比力敏感，對付這些電池咱们可以参加温度丈量電路。温度丈量有分歧的法子，按照精度请求的分歧可以采纳分歧的热敏電阻、或采纳現有的温度傳感器、温度检测模块。充電器按照分歧的情况、電池温度采纳分歧的充電算法。
在单片機检测到電池组中電池不服衡的环境下，可以采纳平衡充電的法子，使電量较多的電池少充電，電量较少的電池多充電。平衡充電道理圖如圖２所示。
2 充電算法的設計與实現
按照清华大學计较機系智能技能與體系國度重點实行室多年的钻研，對付铅酸電池，采纳多段恒流、定压、脉冲的充電算法最有用。步伐道理框圖如圖３所示。
在步伐的初始阶段應起首對单片機举行初始化，然後果断電池是不是毗连准确，按照電池状态果断應當進入哪個充電阶段。详细实現為起头输出小電压，然後從小電压逐步往上加，不竭读入電池的電压、電流，按照所读入的数据举行果断。
當電池很空的時辰，因為電池可能已处于受损的状况，這時辰應當采纳小電流恒流充電。如许有益于激活電池內的反响物資，部門規复受损的電池单位。當電池比力空的時辰，可以用大電流恒流充電，使電池在短期內冲入比力大的電量而不會毁坏電池。详细算法采纳多段恒流法子，实行证实多段恒流有益于充入更多的電量。當電池比力满的時辰，應當采纳定压充電，這時辰跟着充電進程的持续，電流會逐步降低，如许能包管不會充電過多而侵害電池。當電池很满的時辰，可以采纳的是脉冲充電算法。經实验证实，脉冲充電算法比傳统的小電流充電算法不单速率快，并且充入的電量更多。
以上所说有四個充電阶段（小電流、多段恒流、恒压、脉冲）可以采纳Ｐ、ＰＩ、ＰＩＤ算法，以连结電流／電压的恒定。在充電進程的初段，電池处于恒流充電状况，因為電池比力空，節制器對電流的精度请求不高，此時可以采纳Ｐ算法。經由過程调解Ｐ算法的比例系数Ｋｐ，可以節制偏差的巨细。Ｋｐ越大，電流偏差越小，但同時妞妞玩法,體系不乱性低落。按照節制理论，可以获得如下瓜葛式：
Ｕｉ，ｉ＋１＝Ｕｉ，ｉ＋Ｋｐ×（Ｕｏ，ｉ－Ｕｏ，ｉ－１）
ΔＩ＝Ａ／Ｋｐ
此中Ａ為充電體系所肯定的常数，由实行测得。
在充電進程的定压阶段，為了防止電池過充電，充電器對電压精度的请求比力高，此時應采纳ＰＩ算法，以到达充電器對電池端電压無差節制的目標。定压節制的道理如圖４所示。输出電压Ｕｉｉ＋１可由下式计较：
Ｕｉ，ｉ＋１＝Ｕｉ，ｉ＋Ｋｐ×Ｕｏ，ｉ－Ｕｏ，ｉ－１）＋Ｋｉ×∑（Ｕｏ，ｊ－Ｕｏ，ｊ－1）
因為電池是一种容性负载，時候常数比力大，加之開關電源電路中也有必定的時延，是以全部電池充電體系的延時是比力大的。此外因為平衡充電電路也會引入很大的滋扰，是以充電算法的鲁棒性很是首要，不然很轻易呈現節制器反响缓慢或呈現超调震動的征象。在這类环境下，ＰＩ算法中的常数Ｋｐ、Ｋｉ的数值對體系的不乱性很是首要。特别是Ｋｉ，其取值范畴比力小，很小的变革就會引發體系的震動。一般环境下，Ｋｐ、Ｋｉ简直定可以采纳如下法子：
（１）先采纳Ｐ算法開端肯定Ｋｐ１，選择Ｋｉ１＜＜Ｋｐ１；
（２）經实行调解得Ｋｉ２；
（３）再經实行调解得Ｋｐ２；
（４）反复步调（２）、（３）一到两次；
（５）微调Ｋｉ，使體系的不乱域尽可能大、時候常数尽可能小。
必需注重的是，不管在任何阶段，節制器都必需不竭检测如下三項關头技能指標：電路是不是呈現断路、電池是不是呈現不平衡征象、電池是不是到达划定的平安電压。此中電池的断路重要經由過程检测電流的巨细来果断。并且為了防止误果断，應當频频检测。當呈現断路時，應從新返回预处置阶段。断路的果断應當在電压已到达预定值的环境下举行，不然在電压没有到达预定值的环境下，電流比力小，可能呈現误果断。平衡充電是智能電器的另外一個首要特色。在充電的進程中，因為電池的质量不不异，容量小、质量差電池的電压在充入不异電量後會呈現電压增长比另外一個電池多的环境，若是不采纳辦法，美國黑金,它们的電压差将會增大，以致此中一個電池很快到达划定的平安電压，充電進程被迫遏制。這時辰應當對電压高的電池举行放電，即平衡充電。如许有益于規复電池內受损的单位，使充電進程能顺遂地举行下去。為了避免電池冲坏，在電池電压达到划定的平安電压時應立即遏制充電，不然會毁坏電池。
综上所述，智能充電器是按照電動自行车、電動旅遊车的实际必要而開辟的，在引入了单片機作為節制器今後充電结果比力抱负，到达了在包管電池平安的环境下尽可能多充入電量的预期结果。但因為智能充電器成长時候尚短，不管在硬件設計上仍是節制算法方面還存在着一些不足，有待今後不竭地改良。 |
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發表於 2021-7-19 18:08:43
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