一種低成本超小型鋰電池放電儀

林志琦，施欣蓉，趙江托，陳文帥

(長春工業(yè)大學 電氣與電子工程學院，吉林 長春 130012)

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一種低成本超小型鋰電池放電儀

林志琦，施欣蓉，趙江托，陳文帥

(長春工業(yè)大學 電氣與電子工程學院，吉林 長春 130012)

采用PIC12C508單片機芯片作為控制電路的核心元件，通過程序控制電池的充放電過程，實現(xiàn)鋰電池容量及壽命的測量。

單片機; 鋰電池; 放電儀

0 引 言

鋰電池是目前最佳的電池能源，也是應用最廣泛和最有發(fā)展前景的能源。鋰電池因其能量高、電池電壓高、工作溫度范圍廣、壽命長，已被廣泛應用到軍事和民用小型電器中[1]。由于鋰電池的廣泛應用，移動電話、筆記本等小型電子設(shè)備的體積不斷減小。但是鋰電池隨著使用年限的增加，其容量會逐漸減小[2]，從而進一步影響蓄電池的使用壽命[3]。為解決這一問題，放電儀的使用必不可少。放電儀配合計算機數(shù)據(jù)處理軟件，對鋰電池恒流放電進行檢測及核對電池容量試驗，監(jiān)測紀錄并儲存放電電壓、放電電流、放電時間、放電曲線等電路參數(shù)[4-5]。通過得到的電池放電曲線，計算電池容量。

目前,市場上有各種型號的放電儀，但大多數(shù)價格都偏高，且體積大，不方便隨身攜帶使用[6]。基于以上考慮，本設(shè)計采用8個引腳的單片機與上位機通信，通過程序控制電池的充放電過程實現(xiàn)恒流放電。本設(shè)計通過VB界面繪制出電池放電過程，通過得到的電池放電曲線計算電池容量。

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計

鋰電池放電儀的整體硬件電路如圖1所示。

圖1 放電儀電路

采用美國Microchip公司生產(chǎn)的PIC12C508單片機芯片作為本設(shè)計控制電路的核心元件。這款芯片具有成本低、功耗低、性能高以及全靜態(tài)等特點，并且具有先進的RISC結(jié)構(gòu)，符合設(shè)計要求[7]。

1.1 恒流放電電路

恒流放電電路由三極管VT2、比較器以及電阻組成，原理如圖2所示。

圖2 恒流放電電路原理圖

由圖中可知:

(1)

(2)

所以

(3)

又因為PIC12C508中的P3.4輸出峰值為2.5 V的PWM電路加在穩(wěn)壓電源的一端，所以Ui為固定值，實現(xiàn)恒流放電。

1.2 放電儀RC充電電路

放電儀RC充電電路如圖3所示。

圖3 放電儀RC充電電路

Vb是一個穩(wěn)定電壓，三極管VT1用來控制電容C7的充放電。當VT1導通時，C7通過VT1放電；當VT1截止時，穩(wěn)定電壓Vb通過電阻R2向電容C7充電。當C7兩端的電壓VC7充電到待測電壓Va時，運放LM358構(gòu)成的比較器翻轉(zhuǎn)，這時單片機輸出一個脈沖信號，使VT1導通，C7放電。結(jié)束放電后，單片機輸出一個信號使VT1截止，C7又開始充電。如此反復進行充放電過程，從而得到C7兩端的電壓VC7充電到待測電壓Va的時間[8]。與此同時，單片機以一定的周期向計算機輸出相應的電壓值，通過VB軟件得到待測電壓Va的電壓時間曲線。

1.3USB-232串口轉(zhuǎn)換電路

U2及相關(guān)電路構(gòu)成了USB-232串口轉(zhuǎn)換電路(見圖1)。串口轉(zhuǎn)換芯片采用的是CH340G。CH340G是一個USB總線的轉(zhuǎn)接芯片，實現(xiàn)USB轉(zhuǎn)串口、USB轉(zhuǎn)IrDA紅外或者USB轉(zhuǎn)打印口[9]。在串口方式下，CH340提供常用的MODEM聯(lián)絡(luò)信號用于為計算機擴展異步串口。

1.4 放電儀實物圖

放電儀實物圖如圖4所示。

(a) (b)

圖4 放電儀實物圖

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計

2.1 軟件流程設(shè)計

放電儀電路的程序流程如圖5所示。

圖5 放電儀電路的程序流程

當放電儀接上電池組后,首先完成初始化，然后單片機自動檢測電池數(shù)量和各電池兩端電壓,再確定放電的終止電壓。確定完終止電壓后,從第一節(jié)電池開始放電，放電過程中單片機實時測量電池兩端電壓,當端電壓等于終止電壓時,停止對該電池放電[10]。然后對下一節(jié)電池進行放電,如此重復,直到所有電池放電結(jié)束。

2.2 采集界面設(shè)計

為了能夠及時觀測放電儀的工作曲線，設(shè)計采用了Visual Basic(VB)實現(xiàn)放電電池實時電壓的采集與顯示。為了完成單片機與PC機的串口通信，在PC機上顯示電池電壓隨時間變化的曲線，本設(shè)計利用VB中的MSComm控件進行程序編寫[11]。曲線采集軟件界面如圖6所示。

3 結(jié) 語

本設(shè)計是一種低成本超小型鋰電池放電儀，體積只有一個U盤大小，方便攜帶使用。由于上述特點，該放電儀與其他廠家生產(chǎn)的大型放電儀相比，雖然測試電流不大，但對于常用的電池足夠使用。所以這是一款主要針對鋰電池的放電儀，通過對鋰電池的充放電監(jiān)控，得到電池放電曲線，計算得出電池容量。

為了檢測放電儀在實際應用中的穩(wěn)定性與準確性，我們制作了50個樣本，并委托從事電池研究人員在實際應用中測試。經(jīng)過一年多的實際使用，放電儀測試穩(wěn)定，效果良好。

圖6 曲線采集軟件界面

[1] 劉連浩,王旭元.一種基于PID控制的鋰電池放電儀的研究分析[J].硅谷,2010,32:43-44.

[2] 林達,林言端.DIX型電池恒流自動放電儀的設(shè)計[J].電池,2007,37(2)：147-148.

[3] 江紹帶.蓄電池巡檢儀、放電儀協(xié)議轉(zhuǎn)換研究[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2015(5):33.

[4] 陳國珍,宋海洋,孫素娟,等.對可控式蓄電池綜合放電儀的研究分析[J].科技創(chuàng)新與應用,2016(6):39.

[5] 林志琦,宋國明,張訕通.一種鋰聚合物電池組平衡電路的設(shè)計[J].電源技術(shù),2008(8):519-520.

[6] 李婷，祖靜，李新娥.基于MSP430的智能鋰電池放電特性測試儀[J].微計算機信息，2008(16)：139-140.

[7] 李江全，湯智輝，朱東芹.Visual Basic數(shù)據(jù)采集與串口通信測控信用實戰(zhàn)[M].北京：人民郵電出版社，2010:140-149.

[8] 李湘江，彭建.基于VB的實時數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計[J].微計算機信息，2003(10)：38-39.

[9] 劉欣宇.對VB編程中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計[J].科技致富向?qū)В?013(6):73,105.

[10] 方豐勤，王曉遠.基于PTC通風型加熱器的蓄電池恒流放電儀的設(shè)計[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2006(6):25-27.

[11] 劉開緒，付保紅，鄒立君.鋰離子電池組能量均衡控制[J].長春工業(yè)大學學報：自然科學版，2010,31(4):407-411.

A low-cost and subminiature lithium batteries discharge instrument

LIN Zhiqi,SHI Xinrong,ZHAO Jiangtuo,CHEN Wenshuai

(School of Electrical & Electronic Engineering,Changchun University of Technology,Changchun 130012，China)

With PIC12C508 single chip as controller,the process of the lithium battery’s charge and discharge is controlled by the program to measure the capacity and life of the battery.

microcontroller; lithium batteries; discharge instrument.

2016-04-25

吉林省教育廳基金資助項目(201596)

林志琦(1964-)，男，漢族，吉林長春人，長春工業(yè)大學教授，博士，主要從事電力電子與電力傳動方向研究,E-mail:55097975@qq.com.

10.15923/j.cnki.cn22-1382/t.2016.5.15

TM 911

A

1674-1374(2016)05-0490-04