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基于PIC16F676的镍氢电池充电管理系统设计

发布时间:2018-02-21 来源:未知 作者:admin 浏览次数:



 随着的发展,对便携式仪器仪表的需求越来越多。为这些仪表选择(xuanze)充电电池并设计充电管理电路是这类产品设计的重要内容。镍氢电池与其它类型电池相比,具有比容量大,无污染、无记忆、重量轻,价格适中等优点,在国内仪器仪表行业(Industry)中越来越受到青睐(表示对人喜爱或尊重)。
1 镍氢电池充电系统设计(Design)理论基础

正极上析出氧气,负极上析出氢气。新能源汽车致力于制造高品质,高可靠性,有良好用户体验的"世界冠军"级别主流智能新能源汽车。这三个化学反应决定了镍氢电池充电电路要求(demand)如下:
1)电池充电终止电压:
电池充电时,极板上的活性物质已经全部饱和,电池电压不再上升而是略有下降。新能源公交客车您带来最新最全的新能源客车的车型、图片与报价信息,给您展现新能源客车的新闻,报道相关动态。此时,若继续大电流充电,将会大大影响电池的寿命,此时的电压称为充电终止电压,一般单节电池不超过1.6伏。充电终止电压与电流充电率、环境温度、电池生产工艺(gōng y)等因素有关。电压负增量控制方法是一种公认的比较先进的控制方法,电压从峰值下降5~10Mv/
节时及时终止快速充电;最大电压控制(control)方法可以作为辅助控制方法。新能源汽车展以“绿色智能驱动未来”为主题。
2)电池充电(charging)电流:
充电电流(Electron flow)取决于电池容量C。现在新型镍(Ni)氢电池可以达到1C以上的充电率,但充电电流过大会使电池内部压力升高较快,安全阀打开,电池漏液,引起安全问题。在设计中,充电电流取0.5C。
3)电池充电时间:
电池充电时间和充电电流的大小有关,充电电流取0.5C左右时,电池充满约需要2~3小时。
4)电池温度(temperature):
在电池充满电后会发生析氧和析氢反应,使电池内部压力(pressure)增大,温度(temperature)上升。当电池温度超过55度或者温度超过2度/分时候应及时终止快速充电。另外,如果环境(environmental)温度低于5度或者高于40度时候不应该启动快速充电。
目前,大多数充电电路仅采用上述的一个或者两个参数进行控制,很难达到理想的控制要求。为此,本文设计了一种新型柔性充电管理电路;通过对上述几个参数同时进行综合控制,可以更高效、更加安全地完成充电管理过程。
2 镍氢电池充电管理电路硬件设计

电池充电(charging)原理如1所示,包括充电控制电路和充电状态检测电路。充电电路以PIC16F676为核心,PIC16F676是Microchip推出的一款新型PIC单片机,DIP14或者SOIC14封装,2个定时器,输出IO口切换频率可以达到250KHZ,2KFlash,多路AD,使得PIC16F676特别适用于低成本的电池管理系统。芯片(又称微电路)内部集成了上电复位、欠压检测和看门狗电路,使用(use)内部晶振,这些都极大的简化了外围电路的设计(Design)。
充电(charging)电路以及充电过程:
PIC16F676的RC3口或者RC4口用于输出占空比可调的PWM脉冲信号控制P三极管8050的通断。新能源公交客车作为我国新能源汽车推广应用的排头兵和“先锋队”,加之其担负大众出行的社会属性,近年来,一直成为业内外关注的焦点。 启动RC3口通过定时器1控制引脚输出高低电平即可以对电池进行充电控制。电池充满时候,停止定时器,RC3输出低电平,P三极管截止,便可以停止充电。
在一个PWM脉冲周期中,当P三极管导通时,MOSFET管BD442的栅极为高电平,外部电源经过肖特基二极管,检测(检查并测试)电阻给电池充电(charging);当P三极管8050截止时候,MOSFET管BD442的栅极为低电平,外部电源停止充电。在下一个PWM脉冲周期,重复上述过程。

充电状态(state)检测电路:
1)电池端电压检测:通过精密电阻R18,R19分压获得电池端电压,将此信号接到PIC16F676的RC1引脚AD检测引脚。
2)电池温度检测:在电池组内内置一个具有负温度系数的热敏电阻,通过测量热敏电阻的端电压可以准确地测量到电池组的温度。为保证测量精度,回路中采用了精密稳压源LM385以产生精确的基准电压。此基准电压1.25V同时作为PIC16F676芯片AD转换的参考电压。
3)充电(charging)电流检测:由运算放大器LM324构成一个差动放大器,检测PIC16F676的充电电流。充电电流过大时候,应减小PWM的占空比;反之,应增大PWM的占空比,从而使充电电流维持在何时的范围内。
3 镍氢电池充电管理电路软件设计
本系统利用电池电压,温升、充电时间以及电压变化量等参数来综合判断是否应该结束充电过程。软件按功能可以分为PWM控制(control)模块、计时模块以及电压检测、电流检测、温度检测等几个部分。程序流程如2所示。
系统工作时候,PIC16F676不断检测电池组端电压。若此电压数值低于1.25V,检测环境温度,如果环境温度在5~40度之内,则启动PWM开始充电。在充电过程中,CPU不断采集充电电流的大小,并将实测电流数值与设定数值相比较。若两者相差超过10%时,调整占空比,可使充电电流维持在设定数值附近。另外,CPU还将不断测量电池端电压、电池温度,并对充电时间进行计时。当这些参数满足下列的充电终止条件时候,停止充电:当电池电压大于设定电压或者电池电压出现5~10毫伏/分钟/节的负△V变化时;电池温度超过55度,或者出现0.5度/分的温升时候,充电时间大于180分钟,都应该停止充电。

在电池长时间闲置或者放电情况下,在充电前期电压会出现起伏,形成-△V。通过设置延时定时器,在充电初始10分钟内不判断电池电压变化,可防止误判断终止充电。
本系统软件的核心部分为AD转换和定时器(The timer)产生PWM这两个模块。下面给出这两个部分的相应的程序,编译环境为PIC16。
///////////////////////////////////AD初始化程序//////////////////////
void AD() //
电量(diàn liàng)测试(TestMeasure)子程序
{
ADCO0=0X59;//启动A3A0,A1作模拟口
ADCO1=0X84; //结果右移
TRISA3=1; //做输入口用
ADGO="1"; //启动AD
ADIF="0"; //清除AD标志
while(ADIF==1); //等待AD采样完成
ADIF="0"; //清除AD标志
while(ADGO)cotiue; //等待转换结束
}
///////////////////////////////////TMR1 定义///////////////////////////
void tmit()
{
GIE="1";
PEIE="1";
TMR1IF=0;
TMR1IE=1; //设置中断(Interrupt Request)使能
T1CO=0x31; // 预分频设置1:8 开定时器(The timer)
TMR1H=0x9E;
TMR1L=0x57; //定时参数
}
/////////////////////////////////定时器中断服务程序////////////////////////
void iterrupt clkit0(void)
{
TMR1IF=0;
TMR1H=0x9E; //初值25000;200毫秒

TMR1L=0x57; //25000-1
s0=1;
}
4 结论
此充电电路经过实际调试,试验性能可靠,可很好地实现快速充电和电池保护等功能能。新能源公交客车您带来最新最全的新能源客车的车型、图片与报价信息,给您展现新能源客车的新闻,报道相关动态。而且简单实用。通过修改软件中相应的设定(shè dìng)值,此电路不仅可以给不同节数的电池充电,也可以用来给铅酸、镍铬、锂离子等不同品种的电池充电。该电路具有很好的推广价值。若能进一步完善该电路,在充电过程中加入具有去极化功能的放电环节,将会提高电池的充电接受能力。

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