智能充电器控制电路

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(3) 其他主控制电路

主控电路除了上述两种以外，还有温度监测和脉宽调制（PWM）控制电路。温度监测常用热敏电阻监测电池温度。当电池温度高于设定值时，立即停止快速充电，即使电池温度下降后，充电器也不会启动工作。只有它复位后，才能启动再次转入快速充电。但在本次设计中，用到的PWM调制控制电路。

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2.5.2 快速充电终止控制方法

充电控制技术是本次设计的核心部分，它也是充电系统中软件设计的核心部分。根据充电电池的原理，将锂电池的电压曲线分为三段，具体见图2－10

图2－10 锂电池的充电特性

锂电池的最佳充电过程无法用单一量实现，在这三段应分别采用不同的控制方式。 （1） 在充电前半段，电压是逐渐上升的。

（2） 在电压达到4.2V后，内阻变化，电压维持不变。 （3） 整个过程中，电量不断增加。

（4） 在接近充满时，充电电流会达到很小的值。 经过多年的研究，已经找到了较好的充电控制方法：

（1） 首先使用恒流进行充电，使电压基本达到4.2V。安全电流为小于0.8C。 （2） 恒流阶段基本能达到电量的80%。 （3） 转为恒压充电，电流逐渐减小。

（4） 在电流达到较小的值（如0.05C）时，电池达到充满状态。若此时停止充电，电

池会自放电。为防止自电放现象发生，采用浮充维护充电方式，用小电流进行涓流充电。

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这种恒流-恒压的充电方式能很好的达到电池的充满状态，并且不损害电池，已经成为锂电池的主要充电方式。当电池电压达到饱和电压时，恒流充电状态终止，自动进入恒压充电状态：恒压充电时，保持充电电压不变。由于电池内阻不断变大，导致充电电流不断下降，当充电电流下降到恒流状态下充电电流1/10时，终止恒压充电，进入浮充维护充电阶段。

电池在充满电后，如果不及时停止充电，电池的温度将迅速上升。温度的升高将加速板栅腐蚀速度及电解液的分解，从而缩短电池寿命、容量下降。为了保证电池充足电又不过充电，可以采用定时控制、电压控制等多种终止充电的方法。

（1）定时控制：该方法适用于恒流充电。采用恒流充电法时，根据电池的容量和充电电流，可以很容易的确定所需的充电时间。充电的过程中，达到预定的充电时间后，定时器发出信号，使充电器迅速停止充电或者将充电迅速将至浮充维护充电电流，这样可以避免电池长时间大电流过充电。

这种控制方法比较简单，但有其缺点：充电前，电池的容量无法准确知道，而且电池和一些元器件的发热使充电电能有一定的损失，实际的充电时间很难确定。而该方法充电时间是固定的，不能根据电池充电前的状态而自动调整，结果使有的电池可能充电不足，有时电池可能过充电，因此，当充电速率小于0.3.C时，才采用这种方法。

（2）电池温度控制：为了避免损坏电池，电池温度上升到规定数值后，必须立即停止快速充电，常用的温度控制方法有：

最高温度（TMAX）：充电过程中，通常当电池温度达到40.C时，应立即停止快速，否则会损害电池。电池的温度可通过与电池装在一起的热敏电阻来检测。这种方法的缺点是热敏电阻的响应时间较长，温度检测有一定滞后。

温度变化率：电池充足电后，电池温度迅速上升，而且上升速率基本相同，当电池每分钟上升1.C，应当立即终止快速充电。应当说明，由于热敏电阻的阻值与温度关系是非线性的，因此，为了提高检测精度应设法减小热敏电阻非线性的影响。

采用温度控制法时，由于热敏电阻响应时间较长，再加上环境温度的影响，因此，不能准确的检测电池的充足电状态。

（3）电池电压控制：在电压控制法中，最容易检测的是电池的最高电压。常用的电压控制法有：

最高电压：从充电特性曲线可以看出，电池电压达到最大值时，电池即充足电。充电过程中，当电池电压达到规定值后，应立即停止快速充电。这种控制方法的缺点

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是：电池充足电的最高压随环境温度、充电速率而变，而且电池组中各单体电池的最高充电压也有差别，因此采用这种方法不可能非常准确地判断电池已充足电。

电压负增量：由于电池电压的负增量与电池组的绝对电压无关，而且不受环境温度和充电速率等因素影响，因此可以比较准确地判断电池已充足电。这种控制方法的缺点是：从多次快速充电实验中发现，电池充足电之前，也有可能出现局部电压下降的情况，使电池在未充足时，由于检测到了负增量而停止快充。

（4）综合控制法：以上各种控制方法各有其优缺点，由于存在电池个体的差异和个别的特殊电池，若采用一种方法，则会很难保证电池较好的充电。为了保证在任何情况下均能可靠的检测电池的充足电状态，可采用具有定时控制、温度控制和电池电压控制功能的综合控制法。

考虑到定时控制、温度控制、最高电压控制等单独作为终止条件使用的局限性，有的系统中锂电池的充电终止也采用控制法。锂电池是以零增量检测为主，时间和电压检测为辅助检测手段。当电池电压超过检测门限时，系统会检测有无零增量出现，若出出零增量，则认为电池正常充满，进入浮充维护状态；在充电过程中，系统会直直判断充电时间及端电压是否到达或超过了充电保护条件。若其中有一个条件满足，系统会终止现有充电方式，进入浮充维护状态。

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3 智能充电器控制系统的硬件设计

3.1 AT89C2051单片机的功能概述与引脚说明

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位微处器，俗称单片机[1]。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMWL高密度非易存储器制技术制造，与工业标准MCS－51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C系列单片机为很多控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案[8]。这里首先介绍AT89C51的结构与特，89C51单片机引脚如图3-1所示

图3-1 89C51引脚图

（1） AT89C2051主要性能参数：

? 与MCS－51兼容 ? 4K字节可编程闪烁存储器 ? 寿命：1000写/擦循环 ? 数据保留时间：10年 ? 全静态工作：0Hz－24Hz ? 三级程序存储器锁定

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