众文网1.求基于单片机的铅酸电池充电器毕业设计论文
基于PIC单片机的数字式智能铅酸电池充电器设计 摘要：介绍了铅酸蓄电池的特点及使用PIC单片机对充电器实现全数字智能控制的方法：并且设计了一个能够输出15V/50A、采用恒压限流模式的充电器。
关键词：铅酸蓄电池；智能充电器；PICl6C73；数字控制 0 引言 铅酸蓄电池由于其成本低、容量大、安全可靠等特点，在通信、电动汽车、军事、航空航天等各个领域都有广泛的应用。电池的性能好坏、使用寿命的长短直接影响到电子产品的使用寿命和使用安全；而充电器的好坏又直接影响到电池的使用寿命。
因此研究低成本又有智能管理功能的充电器是有实际应用价值的课题。 1 目前智能充电器的几种结构 1.1 基于专用芯片的管理系统 现在，UNITRODE公司已开发出系列电池管理专用芯片。
凼为电池管理中采用最多的就是控制充电电压及充放电电流，电池管理芯片正是抓住了这一点，为VRLA电池研制了具有四状态管理的专用控制芯片，可以智能地实现带温度补偿的四状态管理方案：涓流充电模式、大功率充电模式、过充电模式和浮充电模式。不同的电池要有不同的芯片控制，因此，用专用芯片做管理系统其灵活性较差。
1.2 基于监控测量的蓄电池管理系统 在给电池充电的过程中，涉及到电池工作电压、工作电流、温度等参数，这些都是表征电池状态的重要参数。采用传感器提取这些参数，然后再配合故障诊断、遥控遥测、自动报警和事故现场处理等功能，就可以组成一电池管理系统。
如图1所示。 1.3 与电源设备一起构成的蓄电池充放电管理系统 在通讯、供电系统中，为了保证电网掉电时蓄电池组能及时补充电能，在规定时间内向负载供电，保证通信或电力合闸系统的正常运转，通常是将电池组自接挂接在电源模块输出端。
当电网正常工作时，电池组工作在浮充状态，起到平滑滤波和保持容量（补充自放电的容量损失）的作用。一旦电网掉电，蓄电池组立即投入工作，当电网恢复，电源模块立即对电池进行充电。
如图2所示。 这样的一个系统由于和电源模块联系起来，所以，可以从充放电过程上来优化电池工作状态，电池充电成为可控的过程，建立在这样一个系统上的监控单元应该具有第一种监控系统中所有功能，并且可以和电源模块直接“对话”，根据要求对电池进行管理，并且可以实时监控电池的放电状态，对电池的工作进行优化。
因此，电池组的工作会更加可靠，可控性和智能化程度也会更高。但是这样一个系统存在的丰要问题是： （1）没有解决电池组串联运行过程中不均衡现象的问题，这也是电池失效的重要原因之一； （2）一般只完成了电池生产厂家提供的充电曲线，对于电池在使用过程中发生的其它问题控制不够全面，例如深度放电后的涓充问题等。
在将来，充电器的发展方向足智能化、数字化、集成化。智能化可以使电池的管理做到全自动，无需人员监管，真正做到免维护。
数字化和集成化可以减少管理系统的体积和重量，减少系统的复杂度。 2 目前几种充电方式 铅酸蓄电池的允电方法目前主要有恒流、恒压、恒压限流、脉冲充电、Retlex充电法。
2.1 恒流充电 恒流充电方式是一种简单的充电方法。但是，恒流充电有其局限性：对电池过充电就会造成电池寿命的缩短，而过小电流又会延长充电时间。
2.2 恒压充电 恒压充电用简单的控制方法很容易就能实现。在充电的初始阶段，由于电池的电压很低而造成充电电流很大，这对电池会造成损害。
当电池电压达到一定值之后，电流就会随之减小。这种充电方法的缺点就是会造成温度上升和电池的寿命减少，并且在开始时电流很大。
而后来快充满时电流又很小，就无法充分利用充电器的容量。 2.3 恒压限流法 恒压限流法实际上是将恒压充电和恒流充电相结合，又可称为混合充电法。
在充电开始阶段，由于电池电压过低，为避免电流过大而损坏电池，就采用恒流充电法来限制充电电流。但电压达到预定值时，进入恒压充电方式。
恒压限流方式是大多数电池厂商推荐的充电方式。由于蓄电池充电电压较低，充电后期电流很小.因此电解液中产生的气泡很少，可以节省电能、降低蓄电池的温升，避免损坏电池的极板。
恒压限流方式是一种很有效的充电方式，加上过充判断、浮充控制、温度补偿等就可以形成一个简单的充电管理系统，蓄电池可以在这个系统下更好地工作。 2.4 脉冲充电 在充电过程中，只要充电电流不超过蓄电池可接受的电流，蓄电池内部就不会产生大量的气泡。
蓄电池中产生的极化现象会阻碍充电，并且使出气率和温升显著升高。因此，极化电压是影响充电速度的重要因素。
用周期性的脉动电流给电池充电可以使电池有时间恢复其原来状态，减小极化现象的影响，解决快速充电面临的难题。但是目前这种充电方式还在研究阶段，对于采用多大的脉冲周期，占空比又是多少之类的具体问题还没有一个定论。
2.5 ReflexTM充电方式 Retlex充电方法是脉冲电流法的改进：一个周期是由一个正脉冲后加一个负脉冲，然后才是空闲时段。这样就强制消除电池的极化现象，使得电池充电时可以更快而又不损害电池的使用寿命。
这种充电方式与脉冲充电方式一样，仍然处于研究阶段。 3 数字。
2.智能充电器设计论文
数字化智能充电器的设计摘要：文章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。列举了几种不同的电池充电试验，来说明智能充电器的实用价值。
关键词：智能充电器；智能控制；虚拟仪表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。
这里列举几种不同的电池充电试验，来说明智能充电器的实用价值。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。下面对系统的工作原理分几个部分进行简述。
1.处理器 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，最大误差为±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。
三、智能充电器的应用试验1.充电性能试验这里选用型号为US18650的SONY锂离子电池，其额定容量为1800mAh；经过测量，电池在4.2V左右时的内阻约为0.3Ω。取恒流充电电流为1/3C=0.6A，截止电压为4.2V，充电结束标志电流为0.06A，进行充电试验。
右图为充电过程的电压、电流和电容量的曲线。充电时间约为240分钟，如果需要进一步缩短充电时间，只需在初始化时设定更大的充电电流即可。
因为采用PWM控制器，所以电源供电的效率高，从供电电源到充电电池的工作效率，最低时在85%左右。充电电流波动较大，波动系。
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摘 要随着移动电话、笔记本电脑、个人数字助理（PDA）、摄录像机及小体积高功率电器的广泛使用，锂离子电池被广泛地作供电电源。
锂电池具有工作电压高、能量密度大、重量轻、寿命长及环保性佳等优点。目前锂离子电池已大量应用于可携带式电子产品上，未来更可作为电动工具交通工具等的动力来源，其未来需求及发展前景是相当广阔。
锂离子电池在各个领域的广泛应用，推动了对锂离子电池充电器及充电管理芯片的研究。充电管理芯片通常都具有以下特点：限流保护、电流短路与反充保护线路设计、自动及快速充电、充满电后自动关断等。
有些还具有LED充电状态显示、低噪声、模拟微电脑控制系统等特点。锂离子的特点使得其对充电管理芯片的要求比较苛刻，充电方式通常采用恒流恒压方式。
本文所设计系统以EM78P458单片机为控制核心，电路按照实际电路功能可划分为系统指示灯电路、电源电压与环境温度采用电路、精确基准电压产生电路和开关控制电路。具体分析了锂离子电池的充电原理与充电方法、硬件电路设计、软件程序设计等。
实现了电池充电、LED指示、保护机制及异常处理等功能。关键词：锂离子电池 EM78P458 充电器 硬件电路 软件设计AbstractWith mobile phones, notebook computers, personal digital assistant (PDA), video recorders and small perturbation high volume of the widespread use of electrical power, lithium-ion batteries are widely for power supply. Lithium battery voltage with high energy density, light weight, long life and environmental advantages of good. The current lithium-ion battery has a large number can be used in portable electronic products, the future will be as electric tools, such as transport of power sources, its future needs and development prospects are very broad. Lithium-ion batteries in a wide range of applications in various fields, promote the lithium-ion rechargeable battery charger and management chip research. Charging management chips generally have the following characteristics: current limit protection, and counter-charge current short-circuit protection circuit design, automatic and quick and full of power after the automatic shutdown, and so on. Some also have LED charging status, low noise, analog microcomputer control system and so on. The characteristics of lithium-ion rechargeable management makes its chips on the request of relatively harsh, usually charging a constant current constant pressure methods. This paper designed to EM78P458 SCM system for the control of the core, the circuit functions in accordance with the actual circuit can be divided into light circuit system, power supply voltage and temperature using circuit, precision reference voltage circuit and a switch control circuits. Specific analysis of the lithium-ion rechargeable battery with the principle of charging method, hardware design, software design. To achieve a battery charger, LED instructions, the protection mechanism and exception handling, and other functions. Key words: lithium-ion battery charger EM78P458 hardware circuitSoftware design 目 录摘 要 1Abstract 21 绪论 51.1 课题研究背景 51.2 充电器功能描述 61.3 本文内容结构 72 系统设计框架与技术参数 92.1 系统设计框架 92.2 锂离子电池充电原理 102.3 锂电池充电方法 122.4 系统技术参数 152.5 系统技术方案 162.5.1 单片机 162.5.2 单片机外部扩展 173 充电器硬件设计 193.1 系统指示灯电路 193.2 电源电压于环境温度采样电路 193.3 精确基准电源产成电路 203.4 开关控制电路 213.5 系统总电路结构 224 充电器软件设计 234.1 系统软件总体设计思路 234.2 系统主流程 244.3 电流程设计 265 汇编 285.1 变量定义与初始化程序模块 285.1.1 系统变量定义 285.1.2 初始化程序模块 315.2 主程序模块 335.2.1 主程序模块 335.2.2 AD_PT模块 335.3 充电阶段子程序模块 365.3.1 预充电阶段 365.3.2 快速充电阶段 465.3.3 涓流充电阶段 526 总结与展望 59参考文献 60附图 61致谢 62。
4.电动车三阶段充电器原理以及优势
关于三段式充电器
近几年，电动车普遍使用了所谓三段式充电器，第一个阶段叫恒流阶段，第二个阶段叫恒压阶段，第三个阶段叫涓流阶段。从电子技术角度针对电池而言：第一个阶段叫充电限流阶段，第二个阶段叫高恒压阶段，第三个阶段叫低恒压阶段比较贴切。第二阶段和第三阶段转换时，面板指示灯相应变换，大多数充电器第一、二阶段是红灯，第三阶段变绿灯。第二阶段和第三阶段的相互转换是由充电电流决定的，大于某电流进入第一第二阶段，小于某电流进入第三阶段。这个电流叫转换电流，也叫转折电流。
早期充电器，包括名牌车配套的充电器，虽然也变灯，但实际是恒压限流充电器，并不是三阶段充电器。一般这类就一个稳定电压值，44.2V左右，对当时的高比重硫酸的电池还凑合。
关于三段式充电器的三个关键参数
第一个重要参数是涓流阶段的低恒压值，第二个重要参数是第二阶段的高恒压值，第三个重要参数是转换电流。这三个重要参数与电池数目有关，与电池的容量Ah有关，与温度有关，与电池种类有关。为了方便大家记忆，下面以最常见的电动自行车（三块12V串联的10Ah电池）所用的三段式充电器为例简单介绍一下：
首先讨论涓流阶段的低恒压值，参考电压为42.5V左右。此值高将使电池失水，容易使电池发热变形；此值低不利于电池充足电。此值在南方要低于41.5V；胶体电池要低于41.5V，如在南方还要低一点儿。这个参数是相对严格的，不可以大于参考值。
其次讨论第二阶段的高恒压值，参考电压为44.5V左右。此值高有利于快速充足电，但是容易使电池失水，充电后期电流下不来，结果使电池发热变形；此值低不利于电池快速充足电，有利于向涓流阶段转换。这个值虽然没有第一个值那样严格，但是也不要过高。
最后讨论转换电流，参考电流为300毫安左右。此值高有利于电池寿命，不容易发热变形，但不利于电池快速充足电；此值低（对外行）有利于充足电，但是由于较长时间高电压充电，容易使电池失水，使电池发热变形。特别个别电池出现问题时，充电电流降不到转折电流以下时，会连累好电池也被充坏。给出的参考值有一定范围，正负50毫安甚至100毫安都是允许的，但是不允许小于200毫安。
目前，市场上出现了很多高恒压值为46.5V、低恒压值为41.5V、转折电流大于500毫安的反激式廉价充电器。
如果是四块12V电池的充电器即48V充电器，前两个参数为前述电压参考值除以三乘以四。高恒压值为59.5V左右、低恒压值为56.5V左右。
电池如果比10Ah大，将第三个参数电流值适当增大，例如17Ah电池可大到500毫安。
5.基于单片机智能充电器的毕业设计
本设计要求用AVR单片机完全实现电池充电器设计，可以对各种流行的电池类型进行快速充电而无须修改硬件，从而围绕单个硬件平台实现一个完整的充电器。
弄懂弄清智能充电器的基本原理
电池充电是通过逆向化学反应将能量存储到化学系统里实现的。由于使用的化学物质的不同，电池有自己的特性。设计充电器时要仔细了解这些特性以防止过度充电而损坏电池。
电池技术现代消费类电器主要使用如下四种电池：
• 密封铅酸电池 （SLA）
• 镍镉电池 （NiCd）
• 镍氢电池（NiMH）
• 锂电池（Li-Ion）
电池的安全充电
停止充电的判别
硬件的实现
电源电路的设计
PC接口的设计
LED和按键的设计
ISP 接口的设计
Buck 变换器
电压基准的设定
电池温度的设定
测量电路的设计（包括电池电压和充电电流等参数的计算）
软件的实现
在编译时要确定电池类型。软件可以进行扩展以支持多个电池同时充电。一个直接的方案是在进行涓流充电时对各个电池进行分时充电。若每个电池的电池单元数目一样，则SLA 电池和Li-Ion 电池 可以恒定电压的方式并行充电。每个电池单元的充电电流是受限的，电压也一样。“电池特性” （b_car.h）的所有数据都根据标度因子计算得到。这些数据在包含文件里定义，在编译时计算，在程序运行时以常数方式处理。所有从ADC 输出的数据都可以直接与这些常数进行比较。也就是说，在程序运行过程当中不需要进行实时计算，从而节省了计算时间和程序空间。计算公式以及数据都是从“测量电路”一节获取的。 对于NiCd 电池，如果电池温度在允许范围之内，充电程序就会启动。在温度超出限制，或电压超过最大值，或超出最大快速充电时间时停止。检测电池已经充满的普通方法是检测温度上升速率（dT/dt） 和电压降低速率（-dV/dt）。因此，充电器会每隔一分钟检测一次温度，每隔一秒钟检测一次电压。这些数据将与上一次数据进行比较。一旦电池充满，充电状态就自动切换到涓流充电，充电程序跳转到trickle_charge（) 函数。trickle_charge（) 循环检测充电状态、温度/ 电压的改变，并适当地调节充电电流。一旦温度或电压超标，错误标志置位，函数终止。若没有错误，用户也没有改变充电状态，函数将一直循环工作。
编制LCD的显示程序
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