【正文】 度得到有效控制。該系統(tǒng)只是進(jìn)行了仿真，在理論上進(jìn)行了驗(yàn)證，能否做出產(chǎn)品有待驗(yàn)證。賈小龍[19]設(shè)計(jì)的鋰電池充電監(jiān)控管理系統(tǒng)，不僅有硬件設(shè)計(jì)還有軟件設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分能實(shí)時(shí)的監(jiān)控和顯示電池組的狀態(tài)信息。硬件設(shè)計(jì)部分是整個(gè)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，能實(shí)現(xiàn)電池組的電壓、溫度、電流的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，電池剩余容量的估算等功能。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能很好的實(shí)時(shí)顯示電池組的各種數(shù)據(jù)，但是在系統(tǒng)的穩(wěn)定性方面還有待進(jìn)一步完善。王鳳波[20]設(shè)計(jì)的基于AD7280A的中型鋰離子電池組管理系統(tǒng)利用擴(kuò)展卡爾曼濾波在Thevenin電池模型上對SOC初值進(jìn)行了修正，提高了SOC估算的精度，減少能量耗散的同時(shí)，大大提高了系統(tǒng)的安全性。但此系統(tǒng)可擴(kuò)展性差，在減少電能損耗方面還有待進(jìn)一步研究。吳迪[21]在鋰電池充電控制與管理方法研究過程中重點(diǎn)解決了一下三個(gè)方面，單體鋰電池主動(dòng)充電控制方式、過熱保護(hù)和過充保護(hù)。但是其系統(tǒng)基于遺傳算法的運(yùn)行機(jī)制比較復(fù)雜工作量較大，運(yùn)行速度相對較慢。清華大學(xué)的楊元棟，孫曉明等[22]采用了8xC749單片機(jī)，設(shè)計(jì)了電動(dòng)自行車智能充電器的方案，重點(diǎn)介紹了均衡充電和脈沖充電兩種技術(shù)，該技術(shù)較為先進(jìn)，具體的實(shí)用性，需要進(jìn)一步研究。　　綜上所述，這些研究雖然都取得了一些成果，但是同樣存在系統(tǒng)架構(gòu)、電路龐大，成本高等特點(diǎn)。與此同時(shí)由于各種電池的充放電特性有區(qū)別，再加上實(shí)驗(yàn)資源缺乏，具體的解決方案不完善，好多設(shè)計(jì)都存在充電效率低下的狀況。另外，這些雖是具備了基本的檢測、監(jiān)控、報(bào)警等功能，但在數(shù)據(jù)采集方面，其可靠性、準(zhǔn)確性和抗干擾性等與國外仍有較大差距。因此還需要好長時(shí)間才能追上國外的技術(shù)水平。為鋰電池提供合適的充電電源和智能控制充電過程是一個(gè)相對復(fù)雜的過程，要針對所需的充電電池組進(jìn)行設(shè)計(jì)對應(yīng)的充電電源。同時(shí)還要選擇單片機(jī)的類型，并設(shè)計(jì)單片機(jī)控制電路，從而實(shí)現(xiàn)對于充電過程的可靠、高效、智能控制。在整個(gè)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是在于充電電源、充電方式、電池電量顯示、充電器溫度預(yù)警機(jī)制和自動(dòng)結(jié)束充電過程方面的研究。具體要設(shè)計(jì)的電路有電源模塊電路、單片機(jī)控制模塊電路、電壓、溫度采集電路等。本文主要內(nèi)容是：第一章是緒論部分，這部分內(nèi)容介紹了研究的背景和意義，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、本文的主要內(nèi)容和章節(jié)安排。第二章介紹了總體設(shè)計(jì)框架，進(jìn)行了電源類型、充電方法、SOC估算方法和通信方式方案的比較和選擇。第三章分析了硬件部分中各模塊電路的原理和具體實(shí)現(xiàn)。第四章詳細(xì)的介紹了軟件設(shè)計(jì)的思路和程序的邏輯，以及UI界面和通信流程圖。第五章是整個(gè)設(shè)計(jì)的調(diào)試和結(jié)果分析。第六章是整個(gè)設(shè)計(jì)的總結(jié)和展望。2 方案比較和選擇本章從基于單片機(jī)的智能充電器的功能需求和總體設(shè)計(jì)框架出發(fā)，介紹了總體設(shè)計(jì)框圖、充電方法、SOC估算方法、通信方式等從而為基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)提供了具體的解決方案。本設(shè)計(jì)框圖由電池組、充電電源電路、報(bào)警電路、電壓檢測電路、溫度檢測電路、單片機(jī)、上位機(jī)和UI界面組成。：報(bào)警電路電源電路電池組控制檢測溫度檢測開關(guān)電壓單片機(jī) ( STM32 )通信上位機(jī)（PC機(jī)）UI 界 面 充電系統(tǒng)框圖電池組是充電器實(shí)現(xiàn)其功能的基礎(chǔ)。電源電路是由降壓電路、整流線路、濾波電路和電壓升降控制電路組成，該模塊為電池組提供了充電電源。報(bào)警電路主要組成元器件是蜂鳴器，當(dāng)電池充滿或溫度超過警戒值時(shí)，單片機(jī)會(huì)做出判斷，從而是向報(bào)警電路發(fā)出指令，之后報(bào)警電路做出應(yīng)答。此電路主要是提醒用戶，充電溫度過高或者是已經(jīng)充滿電了。電壓檢測電路實(shí)現(xiàn)的功能是通過檢測到的電壓與所設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較后進(jìn)行一定的量化從而確定目前電池的電量。溫度檢測電路實(shí)現(xiàn)的功能是通過溫度傳感器檢測到的溫度，判斷溫度數(shù)值是否處在安全范圍內(nèi)，如果超出范圍，立即斷開電源，并進(jìn)行報(bào)警，從而控制充電過程，保證充電安全。單片機(jī)STM32控制電路以STM32為核心組成。STM32是一款功能強(qiáng)大、高性能、低成本、低功耗并且片內(nèi)資源非常豐富的嵌入式應(yīng)用。STM32主控制電路作為整個(gè)智能充電器系統(tǒng)的中心，主要完成數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析和 A/D 轉(zhuǎn)換等功能。其中A/D轉(zhuǎn)換器將轉(zhuǎn)換后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)以完成數(shù)據(jù)的處理。上位機(jī)和UI界面模塊主要是電腦通過串口通信，獲取單片機(jī)采集的數(shù)據(jù)，在Qt工程中對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和顯示。本系統(tǒng)具有操作簡單，功耗低，人機(jī)交互能力強(qiáng)，安全性能高等優(yōu)點(diǎn)。本充電器的要實(shí)現(xiàn)的功能是，在對鋰電池的充電過程中一直顯示電池的動(dòng)態(tài)電量和充電時(shí)間以及整個(gè)充電器的溫度；當(dāng)充電器或電池的溫度超過警戒值時(shí)，自動(dòng)斷電并且進(jìn)行報(bào)警；當(dāng)電池充滿電時(shí)，單片機(jī)通過判斷檢測到的電壓數(shù)據(jù)后發(fā)送指令，使繼電器工作，自動(dòng)停止充電。對所要設(shè)計(jì)的充電器性能要求有如下幾項(xiàng)：:對鋰電池充電時(shí)，如何保證人員的人身安全和電池組的安全是至關(guān)重要的。:充電器應(yīng)具有較高的智能性，不需要操作人員過多干預(yù)充電過程。：充電器應(yīng)該具有更好的人機(jī)交互性，使得操作人員能更直觀的感受充電器對鋰電池的充電過程。（1）方案一 普通電源：用變壓器將家用的220V交流電變壓為低壓交流電，之后將變壓后的低壓交流電整流濾波，然后將家用的交流電變換為輸出穩(wěn)定的低壓直流電，最終能作為電池組的充電電源。使用該方案設(shè)計(jì)的電源電路輸出的電壓較為穩(wěn)定并且波紋震蕩相對較小，但是缺點(diǎn)比較明顯，如能選擇的電壓范圍比較窄，中間浪費(fèi)的電能多。（2）方案二 開關(guān)電源：家用交流電通過變壓器變壓后，輸出低壓交流電，之后經(jīng)過整流堆橋，濾波電容（大的電解電容）后，除高頻雜波和同相干擾信號(hào)，輸出低壓直流電，之后經(jīng)過電感線圈等作用下，進(jìn)一步濾除高頻雜波，在交直流電轉(zhuǎn)換后，電流進(jìn)入開關(guān)電路，開關(guān)電路是整個(gè)電源電路的關(guān)鍵。開關(guān)電路的核心是兩個(gè)開關(guān)管，兩個(gè)開關(guān)管的輪流導(dǎo)通和截止，直流電便能轉(zhuǎn)換為高頻率的脈動(dòng)直流電，之后再送到高頻開關(guān)變壓器上進(jìn)行降壓處理。經(jīng)過高頻開關(guān)變壓器降壓后的脈動(dòng)電壓，同樣要使用二極管和濾波電容進(jìn)行整流和濾波，除此之外還有一兩個(gè)電感線圈和濾波電容一同濾除電流中的高頻交流成分，最后輸出為較為理想的低壓直流電。開關(guān)電源具有電壓可調(diào)范圍寬、效率高，輸出電壓相對穩(wěn)定等特點(diǎn)。經(jīng)過上述兩種方案的比較后，該設(shè)計(jì)選取方案二的開關(guān)電源設(shè)計(jì)，開關(guān)電源設(shè)計(jì)一般采用集成芯片，像SG352BD49SAQ881TL494等芯片都屬于此類，這些芯片功能強(qiáng)大，包含了開關(guān)電源控制所需的全部功能。由于芯片TL494實(shí)用性最強(qiáng)，穩(wěn)定性最高，所以在開關(guān)電源電路中實(shí)用非?？煽俊４_定開關(guān)電源的技術(shù)指標(biāo)。開關(guān)電源的設(shè)計(jì)指標(biāo)是為了符合本電池組的充電參數(shù)，具體如下: 1)輸入電壓:AC 220V 2)輸出電壓:DC + 3)，最大電流2A，最小電流1A 4)電網(wǎng)頻率:(5060)HZ 5)輸出精度:2% 6)輸出功率:19W(額定) 7)電源效率:期望值為80%充電方法依據(jù)的是電池的充電特性[23]，本設(shè)計(jì)針對的是鋰電池，所以要對鋰電池的充電特性做研究，鋰電池的充電特性分析和充電方案具體選擇如下文。鋰電池通常分為鋰金屬電池和鋰離子電池兩大類[25]，因?yàn)殇囯x子電池能充電，所以常說的鋰電池也指鋰電子電池。而鋰離子電池又有很多種類，像錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池等，它們能反復(fù)充電，并且儲(chǔ)能多，能成為動(dòng)力電池。由于各種類鋰電池的充放電特性差別不大，下面便以磷酸鐵鋰電池為例進(jìn)行鋰電池充電特性研究。鋰離子電池[26]的充電過程比較復(fù)雜，不同類型的鋰離子電池在不同的充電條件下充電特性會(huì)有不同，不過整體差別不大，所以研究磷酸鐵鋰電池的充放電特性具有代表性。研究充電特性，提出針對性的充電方案能提高充電的安全性和增加電池的使用次數(shù)。不管是鉆酸鋰電池和錳酸鋰電池，還是磷酸鐵鋰電池都有相同的充電特性，端電壓是唯一區(qū)別，所以，研究磷酸鐵鋰電池的充電特性得出的結(jié)論適用與別的類型的鋰電池，針對鋰離子電池的充電特性，要使得