【導讀】隨著全球經(jīng)濟的發(fā)展，鋰電池對于人們生活的影響越來越大。能密度高，壽命長等優(yōu)點，在當前社會應用范圍極廣。廣泛，尤其是電動自行車領域。隨之，對于鋰電池的充電方案的研究也越來越多。針對人們對充電產(chǎn)品的需求，本說明文進行了相關的研究。介紹了充電器的重要組成模塊，如充電電源模塊、電壓數(shù)據(jù)檢測模塊、溫。度數(shù)據(jù)檢測模塊和通信模塊。電方法的選擇的依據(jù)。說明書對硬件設計的各個模塊進行了闡述。分別論述了充電電源電路、報警。了單片機與上位的通信數(shù)據(jù)流向圖。包括單片機的程序設計和上位機中Qt軟件程序設計。最后對整個系統(tǒng)進行了調(diào)試和實踐。程序邏輯合理、上下位機能正常通信。

　　

【正文】 以顯示當前的時間和充電使用的時間。同時還放置了兩個 LCD 部件用以顯示接受的溫度數(shù)據(jù)和將電壓數(shù)據(jù)處理為電池剩余容量的數(shù)據(jù)。溫度數(shù)據(jù)處理工程，是將串口傳來的溫度數(shù)據(jù)接受到，同時將對應的時間也一塊放到坐標系中，動態(tài)的顯示溫度數(shù)據(jù)，最終形成一條曲線。 圖 串口通信界面 圖 充電工程界面 第 27 頁 共 37 頁 圖 溫度數(shù)據(jù)處理界面 上下位機的通信設計 通信協(xié)議概述 上下位機通過串口通信，通信協(xié)議代碼的具體流程圖在下面有介紹。 上下位機通信流程圖 上下位機通信的流程圖如下圖 所示。 圖 Get plete protocol Get plete protocol exec charger UIButton r exec protocor Read buffer Write buffer 串口信號 串口 串口 exec charger 串口中斷 Write buffer 主函數(shù) Init() Read buffer protocol protocol Qt Stm32 第 28 頁 共 37 頁 本章小結 本章主要完成了 軟件設計介紹和實現(xiàn)。著重介紹了單片機程序設計思路、上位機軟件設計思路和上下位機的通信機制。通過對應的流程圖比較清晰的說明的設計思路。 第 29 頁 共 37 頁 5 調(diào)試與分析 鋰電池充電器的軟件設計是以硬件電路為基礎，并以功能需求為依據(jù)，最終明確軟件設計的整體方案和具體實現(xiàn)。以單元檢測為思想，將整個軟件部分模塊化。每一模塊對應單一的功能。并 進行單獨的設計、編程和調(diào)試，最后再將各個模塊組合測試、修改，最后實現(xiàn)整個軟件設計的全部功能。 充電電路檢測 圖 顯示的是充電電源電路，由變壓器、電橋、電解電容電路和 TL494控制的開關電源電路組成。在進行該模塊電路檢測時，通過連接以上電路，在輸出端串聯(lián)三個參數(shù)為 20W、 10Ω 水泥電阻，同時接上電壓表和示波器。 圖 圖 清楚的顯示出該電路輸出端連接示波器后顯示出的波形，通過波形能明顯的看書，整個電路能將家用的 220V 交流電通過變壓、整流、濾波、降壓后輸出穩(wěn)定的 18V 直流 電。同時調(diào)節(jié) TL494 電路中的電位器能控制輸出的電壓。 第 30 頁 共 37 頁 圖 溫度電路檢測 圖 顯示的是整個充電器電路，包括 TL494 控制的電源模塊、單片機對應的控制電路、上位機 UI 界面模塊。在檢測中通過學生電源代替電池，通過調(diào)節(jié)學生電源輸出電壓來模擬電池充電。因為充電器設計的是為 12V 的電池組充電，所以對應的學生電源輸出電壓變化范圍在 到 。溫度檢測電路通過傳感器檢測到數(shù)據(jù)后一邊用于單片機內(nèi)比較警戒值，一邊通信給上位機，并在界面中顯示出來如圖 所示。 圖 第 31 頁 共 37 頁 圖 電壓電路檢測 電壓電路是通過利用單片機中的片內(nèi) ADC 資源檢測電路電壓，由于所要檢測的電壓超出 ADC 采集電壓的上限 5V，所以該電路利用電阻進行分壓，將要采集的電壓通過分壓后控制在 5V 內(nèi)。采集到的電壓會在單片機的程序中做比較如果超出 ，單片機會控制繼電器工作，斷開充電電源。在電壓未達到該數(shù)值時，該數(shù)據(jù)都會通信給上位機，通過比對電壓與 SOC 值表，從而確定 SOC 值，并在UI 界面中顯示出來。具體如圖 、圖 、圖 所示。 圖 第 32 頁 共 37 頁 圖 圖 充電器運行檢測 圖 顯示的是整個充電器電路，包括 TL494 控制的電源模塊、單片機對應的控制電路、上位機 UI 界面模塊。此時充電器正在工作，傳感器檢測到的溫度是 25℃，檢測到學生電源輸出的 12V，在界面上顯示的的充電量時 90%。 第 33 頁 共 37 頁 圖 充電器運行檢測圖 本章小結 本章主 要將硬件和軟件結合后一起運行、調(diào)試，最終實現(xiàn)的本設計給鋰電池組充電的功能。在調(diào)試中，還發(fā)現(xiàn)本設計中的一些不足，比如上下位機通信過程中，單片機容易死機等問題，這有待以后去研究。 第 34 頁 共 37 頁 6 總結與展望 本文實現(xiàn)了基于單片機的智能充電器的設計。對于開關電源資料、單片機資料、 Qt 開發(fā)資料的學習和實際應用，我對智能充電器的設計有了豐富的了解。課題研究了 TL494 控制的開關電源電路， STM32 單片機控制的數(shù)據(jù)采集和控制電路， Qt 開發(fā)平臺上設計的 UI 界面。本文主要做的研究工作如下 : TL494 控制的開關電源電路為所要充電的電池組提供了恒壓輸出的直流電。在設計之初，通過比對線性電源和開關電源兩種方案最終確定了開關電源為本設計的電源電路。同時比較了恒壓充電和恒流充電兩種充電方式，最后確定了恒壓充電。采用開關電源和恒壓充電能提高電池的使用壽命。 單片機控制的電路，采用傳感器讀取充電器的 ADC 功能采集電壓數(shù)據(jù)和選擇開路電壓法估算 SOC，能估算出電池組的電池剩余容量。同時通過傳感器采集溫度數(shù)據(jù)之后與警戒值進行比較，如果溫度超過警戒值便通過蜂鳴器報警，同時繼電器工作，充電器停止充電，經(jīng)過調(diào)試，此模塊能實現(xiàn)這 些功能。 通過 Qt 設計的上位機軟件，能通過串口通信接受單片機采集到的溫度數(shù)據(jù)和 SOC 數(shù)據(jù)并能在 UI 界面上顯示出來。經(jīng)過調(diào)試該模塊能正常工作。 由于時間和現(xiàn)有實驗條件的限制，本設計還有許多要改進和加強的方面。在充電方法的選擇上，由于能力所限，便選擇了恒壓充電，沒能選更好的充電算法；在上下位機通信方面，雙向通信，單片機容易崩潰；由于時間有限還沒有熟練的將 Qt 開發(fā)的工程交叉編譯運行在 ARM 板上。 第 35 頁 共 37 頁 參考文獻 [1]李磊 .鋰電池的分類及優(yōu)缺點 [J].儲能 ,2020,24(5):487491. [2]王福鸞，杜軍，裴金海 .全球鋰電池市場狀況和應用發(fā)展綜述 [J].電源術 ,2020, 38(3):564568. [3]龔孝燕 .鋰電池在電動自行車行業(yè)的應用與發(fā)展趨勢 [J].電動自行車 ,2020, 10):7880. [4]馬中超 .全國鋰電自行車產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與未來 [J].中國自行車 ,2020,(11): 1012. [5]趙飛 .對鋰電池安全問題的風險管理 [D].上海 :華東理工大學 ,2020. [6]劉春娜 .電動汽車電池應用與展望 [J].電源技術 ,2020,35(1):1214. [7]文得仲 .鋰電池智 能充電過程及其發(fā)展分析 [J].科技創(chuàng)新與應用 ,2020,(20) :47. [8]Yang H. Application research of intelligent electronic test system[J]. Journal of Central South University,2020,3(2):3739. [9]Gee Alter,Peter Heller,Thomas Mass, cell balancing system using an isolated share bus for Liion battery management[J]. Conference Publications． 2020, 12(7):217220. [10]PHL Nott． Boost charging Liion batteries： A challenging new charging concept[J].Power ,14(10):8994. [11]Affatmi A， Bellini A， Franceschini G． Battery choice and management for newgeneration electric vehicles[J].IEEE Transactions on Industrial ,52(5):13431349. [12], . Merritt, . lithiumion battery charger[J].,11(2):227231. [13]吳鵬 .我國鏗電池及其配套產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與展望 [J].中國高新技術企業(yè)，2020,(35):34. [14]毛群輝 . 基于 TMS320F2812 的電動汽車電池管理系統(tǒng)研究 [D].長沙 :湖南大學 ,2020. [15]王曄，馬齋愛拜 .基于 52 單片機控制的鋰電池充電器硬件設計 [J].無線互聯(lián) 第 36 頁 共 37 頁 科技 ,2020,(5):2627. [16]王曉侃，蘇全衛(wèi) .基于單片機控制的多功能電動車自行車智能保護儀的設計與實現(xiàn) [J].電子設計工程 ,2020,23(7):107110. [17]張朋 .基于智能芯片的電動自行車電池管理系統(tǒng)的 設計與實現(xiàn) [D].南京 :南京郵電大學 ,2020. [18]杜江 .電池管理系統(tǒng)的標定及匹配技術研究 [D].上海 :同濟大學 ,2020. [19]賈小龍 .鋰電池管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) [D].蘇州 :蘇州大學 ,2020. [20]王鳳波 .基于 AD7280A 的中型鋰離子電池組管理系統(tǒng)研究 [D].上海 :上海大學 ,2020. [21]吳迪 .鋰電池充電控制與管理方法研究 [D].北京 :北京交通大學 ,2020. [22]楊元棟，孫曉明，慕強，齊國光 .基于 8xC749 單片機的電動自行車智能充電器的設計與實現(xiàn) [J].電子技術應用 ,2020, 10):910. [23]陳守平 ， 張軍 ， 方英明 ， 梁毅 .動力電池組特性分析與均衡管理 [J].電池工業(yè) ,2020,8 6):265271. [24]方小斌 .鋰離子電池在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究與設 [D].哈爾濱理工大學 ,2020. [25]中國儲能網(wǎng)新聞中心 .鋰電池分類及優(yōu)缺點 [J].電池工業(yè) ,2020,5:156159. [26]張新生 ， 張英海，毛謙等 .磷酸鐵鋰電池 [J].電池工業(yè) ,2020,13(7):8792. 第 37 頁 共 37 頁 致謝 本文是在徐美芳老師的指導下完成的。徐老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、淵博的理論知識、豐富的實踐經(jīng)驗和對每個學生認真負責的師德師風都深深影響和教育了我。在畢業(yè)設計指導期間，無論是在設計的研究還是論文的寫作過程中徐老師的知道對我完成畢業(yè)設計有極大幫助。從論文的選題、查閱文獻、課題進展以及論文的撰寫，在每個階段，徐老師都給予了悉心指導和幫助。本文的完成離不開徐老師的指導和關心，借此機會向徐老師表示誠摯的敬意和衷心的感謝 ! 在論文的寫作過程中，張志海、王玉熙和孫夢雷等同學對我論文的研究工作給予了熱情幫助，在此向他們表達我的感激 之情。感謝宿舍中的張?zhí)煜椤⒀嗨?、范少波、王玉熙等同學，使我能在團結和睦、友好互助的氣氛中度過四年學習時光 。同時，也一并感謝所有關心、幫助過我的老師、同學和朋友們。 最后要感謝我的家人，他們給了我精神上的鼓勵和物質上的支持，他們的鼓勵和支持是我前進道路上永遠的動力。