蓄电池充电控制系统设计

摘要：设计了以PIC单片机为核心的蓄电池充电控制系统，功率主电路为DC/DC变换器，采用PWM实现对功率开关管的控制。系统通过片内A/D转换模块实时采样蓄电池的输入电压、输出电压、充电电流及温度等参数，对输入过压、输出过压、输出过流等具有硬件保护功能。

关键词：单片机；蓄电池；充电控制

中图分类号：TN86文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)26-6373-03

Design of Battery Charging Control System

HU Bin

(Xinyang Normal University, Xinyang 464000, China)

Abstract: A battery charging control system with the core of PIC single chip computer was designed. The main power circuit was a DC/DC converter, and the power switch element was controlled by PWM.The system did real-time sampling on such pa? rameters as input voltage, output voltage, charging current and temperature by the A/D module. The system made a hardware protection to the input over-voltage, output over-voltage and output over-current.

Key words: single-chip computer; battery; charging control

铅酸蓄电池由于其价格低廉、容量大、使用安全可靠等特点，在生产和生活中的各个领域都有广泛的应用，如电车、太阳能光伏系统应用、通讯、不间断电源等等。随着低碳生活的大力提倡，国家正在大力发展太阳能、风能等绿色能源的应用产业，而这些绿色能源受到自然环境和气候条件的影响很大，能量输出不稳定，所以需要储能设施，而铅酸蓄电池无疑是合适的选择。

长期以来，由于传统的充电控制方法不当，铅酸蓄电池的使用寿命要短于其设计寿命。目前，对于蓄电池充电物理、化学过程的研究已经比较成熟，提出了很多合理的充电方法。同时，电子技术的发展，也为电池提供更智能、更复杂的充电装置，两者的结合，对提高铅酸蓄电池的使用寿命有现实意义。下面就一种蓄电池充电控制系统的设计进行论述。

图1系统总体方案示意图

系统主要由DC/DC主电路、充电控制器、充电采样电路、驱动电路、充电保护电路等部分组成。如图1所示，充电系统功率主电路为DC/DC变换器，采用单片机PWM输出，实现对功率开关管的通断控制，利用单片机片内的片内A/D转换模块，实时采样蓄电池的输入电压，输出电压，输入电流和温度等参数，以完成对蓄电池充电过程的智能控制。本充电系统能对输入过压、输出过压、输出过流等实现硬件保护功能，还具有充电LED指示功能，便于对充电过程进行简单的识别和监控。另外，还可以通过按键对充电模式进行选择，如激活模式、快充模式、常规模式等等。

图6充电电流采样电路

系统在激活充电和快充模式状态下，需要对充电电流进行控制，使其恒定。设计中，采用霍尔电流传感器进行电流检测。闭环霍尔电流传感器的精度高、线性度较好，响应时间快（小于1uS），温漂小。根据蓄电池的参数，选择的霍尔传感器的额定测量电流Ipn为20A，线性范围Ip在0-±30A之间。电源电压为±15V，如图6所示，+VCC和-VCC分别接+15V和-15V电源。负载电阻R2的作用产生压降，将电流信号转为电压信号，其推荐值在50Ω-150Ω之间，设计采用中间值100Ω。图中RC电路的作用是对采样电压信号进行滤波，而后将信号送入PIC单片机的A/D转换通道AN5引脚进行数模转换。

设计的蓄电池充电控制系统,具有过充过放保护和温度补偿。经过测试,系统显示出良好的控制效果,不仅提高了充电的工作效率,同时也保护了所使用的蓄电池,有效地延长了蓄电池的使用寿命。在低碳环保方面,具有一定的社会效益和广泛的推广价值。

[1]李学海.PIC单片机使用教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002:19-37.

[2]嵇保健,陈新.DC/DC变换器数字PID控制方法研究[J].电源世界,2009(4):21-25.

[3]桂长清.密封铅酸蓄电池电压的选择与控制[J].通信电源技术,2000(4):6-8.

[4]王鹤,刘东社,杨宏.铅酸蓄电池的过充保护与温度补偿[J].西安交通大学学报,200l,35(12):1310-1312.