【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電池不受損的前提下又想使電池充滿電，則電池組的充電電壓需要限定覆蓋在額定輸出值1%以內(nèi)。鋰電池的充電特性中需要注意的一點(diǎn)就是，充電在給電池組充電時(shí)，不能再電池組達(dá)到電壓臨界值時(shí)斷電，電池組將會(huì)就產(chǎn)生不可修復(fù)的損壞。 磷酸鐵鋰電池本身的電化學(xué)特性決定了在其充電時(shí)，正極中的鋰離子通過(guò)聚合物隔膜移動(dòng)到負(fù)極，鋰離子從Fe04層面間遷移出來(lái)，經(jīng)過(guò)電解液進(jìn)入負(fù)極C附近與C復(fù)合，且發(fā)Fe2+/Fe3+的氧化反應(yīng)，為平衡電荷，電子從外電路到達(dá)負(fù)極，電池負(fù)極顯然無(wú)法吸收所有的電子，且隨著充電過(guò)程的進(jìn)行符合還原的效率下降，當(dāng)負(fù)極電子飽和時(shí)仍然有一些鋰離子，這將導(dǎo)致電池電壓再度上升，造成二次過(guò)充，破壞了負(fù)極材料又降低其使用壽命，甚至?xí)l(fā)安全問(wèn)題[24]。（1） 方案一 恒流充電法：恒流充電法顧名思義就是充電過(guò)程中保持電流恒定。采用恒流充電法充電，由于電路簡(jiǎn)單，所以比較好控制，但從圖中能明顯看出，恒流對(duì)應(yīng)的直線與充電過(guò)程中的電流曲線相差比較大，會(huì)對(duì)電池?fù)p害較大。（2）方案二 恒壓充電法：在整個(gè)充電過(guò)程中，充電電壓保持不變，隨著電池組的端電壓升高，電流慢慢減小。，該方法充電，充電過(guò)程更接近于最佳充電曲線。采用恒壓充電，電池組產(chǎn)生的電解水很少，能防止蓄電池過(guò)充，從而延長(zhǎng)電池使用壽命。該方案由于電流較大，對(duì)電池壽命也有損害。方案二和方案一相比較，方案二優(yōu)勢(shì)更為明顯，所以選擇方案二。 SOC估算方法 SOC估算方法的選擇(1) 方案一 內(nèi)阻法：用阻抗儀檢測(cè)電池組的直流電阻。所謂的直流內(nèi)阻指的是極短時(shí)間內(nèi)，電池組的端電壓變化量與電流變化量相比所得的數(shù)值。針對(duì)某些種類電池來(lái)說(shuō)，用此方法估算電池的剩余容量比較精準(zhǔn)，但對(duì)于直流內(nèi)阻比較小的動(dòng)力鋰電池組而言，并不合適。所以用內(nèi)阻法進(jìn)行估算鋰電池組的電量不是一種很好的選擇。(2) 方案二安時(shí)法：此方法的基本原理是將電池組看作一個(gè)黑箱子，認(rèn)為進(jìn)電池的電量等于電池放電的電量，在對(duì)溫度、電池老化、充放電率、自放電率進(jìn)行很好補(bǔ)償?shù)那闆r下，在短暫時(shí)間內(nèi)此方法估算的電池的剩余容量值比較準(zhǔn)確。盡管這種方法估算SOC比較簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，但是會(huì)出現(xiàn)累計(jì)誤差，其中計(jì)算數(shù)值的一個(gè)重要參數(shù)也就是補(bǔ)充系數(shù)k難以確定，所以該方法并不合適。(3) 方案三開(kāi)路電壓法：電動(dòng)車(chē)鋰電池組開(kāi)路電壓指的是靜態(tài)時(shí)電池組的端電壓，負(fù)載電壓對(duì)應(yīng)的是充放電時(shí)電池端電壓，開(kāi)路電壓和負(fù)載電壓兩者都是直接測(cè)量值。電動(dòng)車(chē)鋰電池蓄電池組開(kāi)路電壓法是一種最為簡(jiǎn)單的SOC測(cè)量方法，其基本工作原理是將檢測(cè)到的電池開(kāi)路電壓對(duì)應(yīng)電壓和SOC對(duì)照表來(lái)查找電池剩余容量。以單體鋰電池為例，單體鋰電池的剩余容量和電壓有對(duì)應(yīng)關(guān)系。 電壓與剩余電量關(guān)系表電壓剩余容量電壓剩余容量0% 55%5%60% 10%65%15%70%20%75%25%80%30%85%35%90%40%95%45%99%50%100%本設(shè)計(jì)做的是鋰電池充電器針對(duì)的是電動(dòng)自行車(chē)鋰電池組。上面三種方案經(jīng)過(guò)比較后，最后的開(kāi)路電壓法滿足檢測(cè)實(shí)用原則，所以最為合適。 通信方式 通信方式的選擇 本設(shè)計(jì)的總的方案是將溫度檢測(cè)電路和電壓采集電路采集的數(shù)據(jù)發(fā)給上位機(jī)后進(jìn)行處理和顯示，所以需要單片機(jī)和上位機(jī)進(jìn)行通訊，具體采用哪一種通信方式需要進(jìn)行方案比較和選擇，具體如下。(1) 方案一串口通信：一般用于上下位機(jī)通信。上位機(jī)一般指的是電腦，本設(shè)計(jì)用的也是電腦。下位機(jī)一般指的是單片機(jī)，本設(shè)計(jì)所使用的單片機(jī)是STM32。串口通信是在工程應(yīng)用中很常見(jiàn)。在PC機(jī)與單片機(jī)通信中常通過(guò)有線的串口進(jìn)行通信。單片機(jī)機(jī)通常將模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)AD采集進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，之后經(jīng)數(shù)字信號(hào)處理，最終通過(guò)串口發(fā)送數(shù)字信號(hào)給PC機(jī)，反之PC機(jī)可以給單片機(jī)機(jī)發(fā)送指令等信息。常見(jiàn)的通信串口包括RS23RS48RS422等。不同的串口在電平特性會(huì)有差別，但是在PC機(jī)與單片機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，其電平特性不會(huì)影響通信，各種轉(zhuǎn)接接口的使用使串口通信特別方便。(2) 方案二藍(lán)牙通信：藍(lán)牙看技術(shù)最初是一種為了替代RS232數(shù)據(jù)線的無(wú)線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。能通過(guò)無(wú)線電波實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的通信。使得設(shè)備間能實(shí)現(xiàn)無(wú)線連接，其通信本質(zhì)還是串口通信。對(duì)于本設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)采用藍(lán)牙通信模塊進(jìn)行通信，性價(jià)比不高。上述兩種方案進(jìn)行比較后，第一種串口通信方式比較合適本設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)所要設(shè)計(jì)充電器功能需求和總體設(shè)計(jì)框架的介紹，明確了設(shè)計(jì)充電器所需實(shí)現(xiàn)的功能。，可以看出，在采用開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)方案下，利用恒壓充電方法充電相比較恒流充電法充電對(duì)電池保護(hù)更好。經(jīng)過(guò)對(duì)三種SOC估算方法的比較，最終選擇了最為合適的開(kāi)路電壓法，并介紹了鋰電池的電壓電量關(guān)系表，為電池剩余電量的計(jì)算提供了依據(jù)。同時(shí)確定了串口通信為本設(shè)計(jì)通信方式。3 硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)此部分介紹的是硬件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。對(duì)硬件的各功能模塊進(jìn)行了原理圖、實(shí)物圖等方面的介紹。同時(shí)詳細(xì)的說(shuō)明了硬件的具體實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)采用的是STM32F103VBT6芯片，STM32具有性能高、成本低、功耗低等特點(diǎn)。其基于ARM CortexM3內(nèi)核，STM32F103屬于“增強(qiáng)型”系列。其時(shí)鐘能達(dá)到72MHz。本設(shè)計(jì)采用的單片機(jī)型號(hào)具有128K內(nèi)存。該單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路原理圖包含MCU、I/O口、電源電路、RS485電路和JTAG電路，，。 STM32實(shí)物圖 MCU引腳圖 I/O口圖 電源原理圖 BOOT處原理圖 RS485原理圖 JTAG原理圖將原理圖生成PCB，經(jīng)過(guò)布線后。 PCB圖對(duì)于所設(shè)計(jì)的鋰電池組充電器來(lái)說(shuō)，充電電源電路是所有電路中最重要的部分。本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)最對(duì)12V鋰電池組充電，并且采用的是恒壓充電方式，所以充電電源電路要將220V的交流電變壓、整流、濾波、升降壓。整個(gè)充電電源電路包含了變壓電路、整流電路、濾波電路、TL494脈寬調(diào)制電路和DCDC電路，具體介紹如下。電壓電路實(shí)現(xiàn)的功能是將家用交流電變壓為低電壓（一般低于36V的安全電壓下）的交流電。，變壓器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈有繞組，它可以變換交流電壓、電流和阻抗。供電電路中的變壓電路由變壓器代替。該變壓器能穩(wěn)定輸出26V交流電。 變壓器原理圖 變壓器實(shí)物圖、濾波電路，原理是利用二極管的單向性，將交流電變成直流電，額定電流為10A的電橋。濾波電路由兩個(gè)電解電容組成，電解電容的電容值是1000uf，耐壓值是1000V，能滿足充電器的充電需要。 電橋電路圖 整形堆橋?qū)嵨飯D 整流、濾波焊接電路圖 TL494脈寬調(diào)制電路TL494是一種固定頻率脈寬調(diào)制電路，，廣泛應(yīng)用于橋式單端正激雙管式、半、全橋式開(kāi)關(guān)電源。，其內(nèi)部的組成電路有基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、振蕩電路、間歇期調(diào)整電路、兩個(gè)誤差放大器、脈寬調(diào)制比較器以及輸出電路等。其中2腳是誤差放大器I的同相和反相輸入端，3腳是相位校正和增益控制，4腳為間歇期調(diào)理，其上加0～%線懷變化到100%，6腳分別用于外接振蕩電阻和振蕩電容，7腳為接地端，9腳和110腳分別為T(mén)L494內(nèi)部?jī)蓚€(gè)末級(jí)輸出三極管集電極和發(fā)射極，12腳為電源供電端，13腳為輸出控制端，該腳接地時(shí)為并聯(lián)單端輸出方式，接14腳時(shí)為推挽輸出方式，14腳為5V基準(zhǔn)電壓輸出端，最大輸出電流10mA，116腳是誤差放大器II的反相和同相輸入端。根據(jù)充電器的充電需求。 TL494圖 TL494實(shí)物圖 TL494焊接實(shí)物圖 DCDC電路DCDC電路是直流變（到）直流的轉(zhuǎn)換器。本設(shè)計(jì)中直接用的是模塊。 DCDC模塊圖本設(shè)計(jì)采用開(kāi)路電壓檢測(cè)法進(jìn)行電池組電量估算。本設(shè)計(jì)用來(lái)充電的電池組是由3節(jié)單體鋰電池組成，所以采用單片機(jī)中的ADC測(cè)電壓電路中要加分