【導(dǎo)讀】隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鋰電池對(duì)于人們生活的影響越來(lái)越大。能密度高，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)前社會(huì)應(yīng)用范圍極廣。廣泛，尤其是電動(dòng)自行車(chē)領(lǐng)域。隨之，對(duì)于鋰電池的充電方案的研究也越來(lái)越多。針對(duì)人們對(duì)充電產(chǎn)品的需求，本說(shuō)明文進(jìn)行了相關(guān)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(cè)模塊、溫。度數(shù)據(jù)檢測(cè)模塊和通信模塊。電方法的選擇的依據(jù)。說(shuō)明書(shū)對(duì)硬件設(shè)計(jì)的各個(gè)模塊進(jìn)行了闡述。分別論述了充電電源電路、報(bào)警。了單片機(jī)與上位的通信數(shù)據(jù)流向圖。包括單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)和上位機(jī)中Qt軟件程序設(shè)計(jì)。最后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試和實(shí)踐。程序邏輯合理、上下位機(jī)能正常通信。

　　

【正文】 以顯示當(dāng)前的時(shí)間和充電使用的時(shí)間。同時(shí)還放置了兩個(gè) 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(lái)的溫度數(shù)據(jù)接受到，同時(shí)將對(duì)應(yīng)的時(shí)間也一塊放到坐標(biāo)系中，動(dòng)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(yè) 共 37 頁(yè) 圖 溫度數(shù)據(jù)處理界面 上下位機(jī)的通信設(shè)計(jì) 通信協(xié)議概述 上下位機(jī)通過(guò)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(jī)通信流程圖 上下位機(jī)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(hào) 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(yè) 共 37 頁(yè) 本章小結(jié) 本章主要完成了 軟件設(shè)計(jì)介紹和實(shí)現(xiàn)。著重介紹了單片機(jī)程序設(shè)計(jì)思路、上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)思路和上下位機(jī)的通信機(jī)制。通過(guò)對(duì)應(yīng)的流程圖比較清晰的說(shuō)明的設(shè)計(jì)思路。 第 29 頁(yè) 共 37 頁(yè) 5 調(diào)試與分析 鋰電池充電器的軟件設(shè)計(jì)是以硬件電路為基礎(chǔ)，并以功能需求為依據(jù)，最終明確軟件設(shè)計(jì)的整體方案和具體實(shí)現(xiàn)。以單元檢測(cè)為思想，將整個(gè)軟件部分模塊化。每一模塊對(duì)應(yīng)單一的功能。并 進(jìn)行單獨(dú)的設(shè)計(jì)、編程和調(diào)試，最后再將各個(gè)模塊組合測(cè)試、修改，最后實(shí)現(xiàn)整個(gè)軟件設(shè)計(jì)的全部功能。 充電電路檢測(cè) 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(kāi)關(guān)電源電路組成。在進(jìn)行該模塊電路檢測(cè)時(shí)，通過(guò)連接以上電路，在輸出端串聯(lián)三個(gè)參數(shù)為 20W、 10Ω 水泥電阻，同時(shí)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(guò)波形能明顯的看書(shū)，整個(gè)電路能將家用的 220V 交流電通過(guò)變壓、整流、濾波、降壓后輸出穩(wěn)定的 18V 直流 電。同時(shí)調(diào)節(jié) TL494 電路中的電位器能控制輸出的電壓。 第 30 頁(yè) 共 37 頁(yè) 圖 溫度電路檢測(cè) 圖 顯示的是整個(gè)充電器電路，包括 TL494 控制的電源模塊、單片機(jī)對(duì)應(yīng)的控制電路、上位機(jī) UI 界面模塊。在檢測(cè)中通過(guò)學(xué)生電源代替電池，通過(guò)調(diào)節(jié)學(xué)生電源輸出電壓來(lái)模擬電池充電。因?yàn)槌潆娖髟O(shè)計(jì)的是為 12V 的電池組充電，所以對(duì)應(yīng)的學(xué)生電源輸出電壓變化范圍在 到 。溫度檢測(cè)電路通過(guò)傳感器檢測(cè)到數(shù)據(jù)后一邊用于單片機(jī)內(nèi)比較警戒值，一邊通信給上位機(jī)，并在界面中顯示出來(lái)如圖 所示。 圖 第 31 頁(yè) 共 37 頁(yè) 圖 電壓電路檢測(cè) 電壓電路是通過(guò)利用單片機(jī)中的片內(nèi) ADC 資源檢測(cè)電路電壓，由于所要檢測(cè)的電壓超出 ADC 采集電壓的上限 5V，所以該電路利用電阻進(jìn)行分壓，將要采集的電壓通過(guò)分壓后控制在 5V 內(nèi)。采集到的電壓會(huì)在單片機(jī)的程序中做比較如果超出 ，單片機(jī)會(huì)控制繼電器工作，斷開(kāi)充電電源。在電壓未達(dá)到該數(shù)值時(shí)，該數(shù)據(jù)都會(huì)通信給上位機(jī)，通過(guò)比對(duì)電壓與 SOC 值表，從而確定 SOC 值，并在UI 界面中顯示出來(lái)。具體如圖 、圖 、圖 所示。 圖 第 32 頁(yè) 共 37 頁(yè) 圖 圖 充電器運(yùn)行檢測(cè) 圖 顯示的是整個(gè)充電器電路，包括 TL494 控制的電源模塊、單片機(jī)對(duì)應(yīng)的控制電路、上位機(jī) UI 界面模塊。此時(shí)充電器正在工作，傳感器檢測(cè)到的溫度是 25℃，檢測(cè)到學(xué)生電源輸出的 12V，在界面上顯示的的充電量時(shí) 90%。 第 33 頁(yè) 共 37 頁(yè) 圖 充電器運(yùn)行檢測(cè)圖 本章小結(jié) 本章主 要將硬件和軟件結(jié)合后一起運(yùn)行、調(diào)試，最終實(shí)現(xiàn)的本設(shè)計(jì)給鋰電池組充電的功能。在調(diào)試中，還發(fā)現(xiàn)本設(shè)計(jì)中的一些不足，比如上下位機(jī)通信過(guò)程中，單片機(jī)容易死機(jī)等問(wèn)題，這有待以后去研究。 第 34 頁(yè) 共 37 頁(yè) 6 總結(jié)與展望 本文實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)的智能充電器的設(shè)計(jì)。對(duì)于開(kāi)關(guān)電源資料、單片機(jī)資料、 Qt 開(kāi)發(fā)資料的學(xué)習(xí)和實(shí)際應(yīng)用，我對(duì)智能充電器的設(shè)計(jì)有了豐富的了解。課題研究了 TL494 控制的開(kāi)關(guān)電源電路， STM32 單片機(jī)控制的數(shù)據(jù)采集和控制電路， Qt 開(kāi)發(fā)平臺(tái)上設(shè)計(jì)的 UI 界面。本文主要做的研究工作如下 : TL494 控制的開(kāi)關(guān)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(shè)計(jì)之初，通過(guò)比對(duì)線性電源和開(kāi)關(guān)電源兩種方案最終確定了開(kāi)關(guān)電源為本設(shè)計(jì)的電源電路。同時(shí)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(kāi)關(guān)電源和恒壓充電能提高電池的使用壽命。 單片機(jī)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(kāi)路電壓法估算 SOC，能估算出電池組的電池剩余容量。同時(shí)通過(guò)傳感器采集溫度數(shù)據(jù)之后與警戒值進(jìn)行比較，如果溫度超過(guò)警戒值便通過(guò)蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)繼電器工作，充電器停止充電，經(jīng)過(guò)調(diào)試，此模塊能實(shí)現(xiàn)這 些功能。 通過(guò) Qt 設(shè)計(jì)的上位機(jī)軟件，能通過(guò)串口通信接受單片機(jī)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(lái)。經(jīng)過(guò)調(diào)試該模塊能正常工作。 由于時(shí)間和現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件的限制，本設(shè)計(jì)還有許多要改進(jìn)和加強(qiáng)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(méi)能選更好的充電算法；在上下位機(jī)通信方面，雙向通信，單片機(jī)容易崩潰；由于時(shí)間有限還沒(méi)有熟練的將 Qt 開(kāi)發(fā)的工程交叉編譯運(yùn)行在 ARM 板上。 第 35 頁(yè) 共 37 頁(yè) 參考文獻(xiàn) [1]李磊 .鋰電池的分類(lèi)及優(yōu)缺點(diǎn) [J].儲(chǔ)能 ,2020,24(5):487491. [2]王福鸞，杜軍，裴金海 .全球鋰電池市場(chǎng)狀況和應(yīng)用發(fā)展綜述 [J].電源術(shù) ,2020, 38(3):564568. [3]龔孝燕 .鋰電池在電動(dòng)自行車(chē)行業(yè)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì) [J].電動(dòng)自行車(chē) ,2020, 10):7880. [4]馬中超 .全國(guó)鋰電自行車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與未來(lái) [J].中國(guó)自行車(chē) ,2020,(11): 1012. [5]趙飛 .對(duì)鋰電池安全問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)管理 [D].上海 :華東理工大學(xué) ,2020. [6]劉春娜 .電動(dòng)汽車(chē)電池應(yīng)用與展望 [J].電源技術(shù) ,2020,35(1):1214. [7]文得仲 .鋰電池智 能充電過(guò)程及其發(fā)展分析 [J].科技創(chuàng)新與應(yīng)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(guó)鏗電池及其配套產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與展望 [J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2020,(35):34. [14]毛群輝 . 基于 TMS320F2812 的電動(dòng)汽車(chē)電池管理系統(tǒng)研究 [D].長(zhǎng)沙 :湖南大學(xué) ,2020. [15]王曄，馬齋愛(ài)拜 .基于 52 單片機(jī)控制的鋰電池充電器硬件設(shè)計(jì) [J].無(wú)線互聯(lián) 第 36 頁(yè) 共 37 頁(yè) 科技 ,2020,(5):2627. [16]王曉侃，蘇全衛(wèi) .基于單片機(jī)控制的多功能電動(dòng)車(chē)自行車(chē)智能保護(hù)儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [J].電子設(shè)計(jì)工程 ,2020,23(7):107110. [17]張朋 .基于智能芯片的電動(dòng)自行車(chē)電池管理系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [D].南京 :南京郵電大學(xué) ,2020. [18]杜江 .電池管理系統(tǒng)的標(biāo)定及匹配技術(shù)研究 [D].上海 :同濟(jì)大學(xué) ,2020. [19]賈小龍 .鋰電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [D].蘇州 :蘇州大學(xué) ,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(xué) ,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(xué) ,2020. [22]楊元棟，孫曉明，慕強(qiáng)，齊國(guó)光 .基于 8xC749 單片機(jī)的電動(dòng)自行車(chē)智能充電器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [J].電子技術(shù)應(yīng)用 ,2020, 10):910. [23]陳守平 ， 張軍 ， 方英明 ， 梁毅 .動(dòng)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(cè)系統(tǒng)的研究與設(shè) [D].哈爾濱理工大學(xué) ,2020. [25]中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)新聞中心 .鋰電池分類(lèi)及優(yōu)缺點(diǎn) [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(yè) 共 37 頁(yè) 致謝 本文是在徐美芳老師的指導(dǎo)下完成的。徐老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的理論知識(shí)、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和對(duì)每個(gè)學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)的師德師風(fēng)都深深影響和教育了我。在畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)期間，無(wú)論是在設(shè)計(jì)的研究還是論文的寫(xiě)作過(guò)程中徐老師的知道對(duì)我完成畢業(yè)設(shè)計(jì)有極大幫助。從論文的選題、查閱文獻(xiàn)、課題進(jìn)展以及論文的撰寫(xiě)，在每個(gè)階段，徐老師都給予了悉心指導(dǎo)和幫助。本文的完成離不開(kāi)徐老師的指導(dǎo)和關(guān)心，借此機(jī)會(huì)向徐老師表示誠(chéng)摯的敬意和衷心的感謝 ! 在論文的寫(xiě)作過(guò)程中，張志海、王玉熙和孫夢(mèng)雷等同學(xué)對(duì)我論文的研究工作給予了熱情幫助，在此向他們表達(dá)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(xué)，使我能在團(tuán)結(jié)和睦、友好互助的氣氛中度過(guò)四年學(xué)習(xí)時(shí)光 。同時(shí)，也一并感謝所有關(guān)心、幫助過(guò)我的老師、同學(xué)和朋友們。 最后要感謝我的家人，他們給了我精神上的鼓勵(lì)和物質(zhì)上的支持，他們的鼓勵(lì)和支持是我前進(jìn)道路上永遠(yuǎn)的動(dòng)力。