電動車智能充電器設計

王 瑩 ，許洋洋

(鄭州華信學院,河南新鄭,451150）

0 引言

如今，隨著越來越多的電器的出現，對高性能、小尺寸、重量輕的電池充電器的需求也越來越大。電池技術的持續進步也要求更復雜的充電算法以實現快速、安全的充電。因此需要對充電過程進行更精確的監控，以縮短充電時間、達到最大的電池容量，并防止電池損壞。本文的主要研究目標為實現在充電過程中對電壓、電流、溫度等參數的檢測，具有充電狀態、時間等顯示功能，具有過欠壓、過欠流及超溫等情況的處理和報警等。

1 系統的硬件電路設計

1.1 AT89C52的功能特點

AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含4k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元。

AT89C52是一個低功耗高性能單片機，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數器，2個全雙工串行通信口，其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發成本。

1.2 ADC0809模塊的簡介及原理

ADC0809是美國國家半導體公司生產的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D轉換器。其內部有一個8通道多路開關，它可以根據地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉換。START為轉換啟動信號。當START上跳沿時，所有內部寄存器清零；下跳沿時，開始進行A/D轉換；在轉換期間，START應保持低電平。單片機輸出轉換得到的數據。OE＝1，輸出轉換得到的數據；OE＝0，輸出數據線呈高阻狀態。D7－D0 為數字量輸出線。CLK為時鐘輸入信號線。其工作過程：（1）ADC0809 內部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51 單片機直接相連。（2）初始化時，使ST和OE信號全為低電平。（3）送要轉換的哪一通道的地址到A，B，C端口上。（4）在ST端給出一個至少有100ns 寬的正脈沖信號。（5）是否轉換完畢，我們根據EOC信號來判斷。（6）當EOC變為高電平時，這時給OE為高電平，轉換的數據就輸出給單片機了。

1.3 按鍵控制電路設計

本方案中采用獨立按鍵控制。其中，按鍵1功能為選擇性顯示電池的充電時間、電壓、電流、溫度；按鍵2功能為電池充電模式的選擇。

1.4 數碼管顯示電路設計

該設計方案采用四位數碼管顯示超聲波測出障礙物的距離。由于在該系統設計中I/O口較為緊張，故采用數碼管動態掃描顯示，P1口段選，P2口低三位接譯碼器控制位選，從而達到以少的I/O接口，實現1—8位的數碼管動態顯示。

1.5 報警電路設計

本方案設有溫度、過壓、過流報警功能，即電池溫度、充電電流、電壓超標時，提示用戶采取相應措施。由AT89C52的P2.7提供蜂鳴器的控制信號。

2 系統的軟件電路設計

2.1 系統軟件的功能要求

根據電動車電池的充放電特點，研究充電控制技術，編寫以單片機為核心的電動車智能充電器的控制程序，實現智能充電。按照充電過程電壓、電流、溫度及充電時間的變化，實現充電自動控制，從而延長電池使用壽命。其主要研究目標為：

（1）實現在充電過程中對電壓、電流、溫度等參數的檢測。

（2）具有充電狀態、時間等顯示功能。

（3）具有過欠壓、過欠流及超溫等情況的處理和報警。

（4）以及對充電過程的不同階段編寫相應的控制算法。

該系統中對電壓、電流的調節是通過搭建三種不同的電路實現的，分別為預充電、恒壓充電、恒流充電。A/D采集的數據經過AT89C52單片機的判斷選擇不同的充電電路；系統的顯示部分采用的數碼管動態顯示。為保證其顯示效果亮度均勻，需要準確的設定其數碼管掃描時間；同時在系統中加入報警程序，溫度過高就報警。程序設計時將定時/計數器T0，設定為6位計數器、工作方式2，單獨用來對A/D發送脈沖；將定時/計數器T1，設定為16位定時器、工作方式1，用來控制鍵盤掃描周期、數碼管的掃描周期和時間計數等。其系統總體結構框圖如下圖1-1所示。

1-1系統總體結構圖Fig.1-1 Structure diagram of the power control unit test system

2.2 系統軟件的各功能軟件程序設計

在充電器的充電過程中，采集參數，進行電壓、電流、溫度的實時顯示。其軟件設計流程如下圖1-2所示：

圖1-2 軟件設計流程圖

由主程序流程圖可知，在經過AD轉換器采集電壓、電流，溫度傳感器采集溫度后，掃描鍵盤。本次設計使用獨立按鍵，按鍵一用來控制溫度、電壓、電流、時間的顯示，按鍵二用來控制充電方式的選擇，由于開始時蓄電池電壓低，若以大電流充電，有損電池壽命，因此，當電流小于1.8A時為小電流預充電，當電流大于1.8A時為恒壓充電，在恒定電流充電方式下，充到輸出電壓達到設定的電池組端電壓值。然后，輸出電壓維持恒定不變，電池充滿，充電結束。

本系統的軟件部分設計主要包含以下幾個方面：

（1）主函數程序設計。在主程序設計中，為增加程序的可讀性，將主程序中對定時/計數器T0、T1的初始化和按鍵掃描分別作為其子函數。

（2）按鍵控制顯示程序。按鍵一通過按鍵按下次數的不同來控制溫度、電壓、電流、時間的輪流動態顯示。

（3）AD轉換模塊啟動控制程序。由ADC0809模塊的時序圖可知AD轉換模塊啟動條件為：模塊的控制端（Trig）應輸入一個10us以上的高電平。考慮到超聲波模塊的最大測量距離與其測量周期有關，測量周期越大其測量距離越遠，但系統反應將會變得遲鈍。綜合以上考慮，本方案設定測量周期為100ms。其源程序如下：

Void ad _just()

{

If (INT==0)

{

CS=0;

R=0;

_ nop _();_nop_();_nop_(); _nop_();

dat=P0;

_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();

R=1;

}

}

（4）溫度傳感器的啟動控制程序。

（5）過流過壓程序設計。本系統設計的智能充電器有過流過壓的自我保護功能，為避免電池燒壞，當電流、電壓過大，超過設定的上限值，電池充電器將會自動報警，保證電池安全，延長電池壽命 。其源程序如下：

if(dat2＞230)// 電流大于 3A 報警

SPeaker=0;

if(dat1＞230)// 電壓大于 4.5V 報警

SPeaker=0;

（6）蜂鳴器報警程序設計。在主程序中設定報警上限值，超過限值即報警。

（7）充電模式切換程序設計。智能充電器能夠通過采集電池的電壓、電流來判斷電池的充電模式。其源程序如下：

3 結論

本次系統軟件部分聯機調試均在LY-51S V2.0單片機開發板進行。該實驗主板集成USB轉串口芯片PL2303，只要1根usb線就可以實現供電、下載、通訊一體。能夠實現電壓、電流的實時采集及動態顯示。當改變電源的電壓電流時，數碼管顯示的的數字能夠隨之改變，同時，電池的充電模式也會隨之改。能夠實現時間、電壓、電流、溫度的動態顯示，實現過壓、過流、溫度過高報警。當溫度超過上限值時，系統自動報警，當使用者發現報警，只需通過按下按鍵一就可滅掉報警。過流、過壓的情況與此相同。

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