基于PIC16F676镍氢电池充电管理系统设计.docVIP

基于PIC16F676的镍氢电池充电管理系统设计 随着科技的发展，对便携式仪器仪表的需求越来越多。为这些仪表选择充电电池并设计电路是这类产品设计的重要内容。与其它类型电池相比，具有比容量大（相当于镍镉电池的两倍），无污染、无记忆、重量轻，价格适中（只有锂离子电池一半的价格）等优点，在国内仪器仪表行业中越来越受到青睐。 　　1 镍氢电池充电系统设计理论基础 正极上析出氧气，负极上析出氢气。这三个化学反应决定了镍氢电池充电电路要求如下： 　　1）电池充电终止电压： 　　电池充电时，极板上的活性物质已经全部饱和，电池电压不再上升而是略有下降。此时，若继续大电流充电，将会大大影响电池的寿命，此时的电压称为充电终止电压，一般单节电池不超过1.6伏。充电终止电压与电流充电率、环境温度、电池生产工艺等因素有关。电压负增量控制方法是一种公认的比较先进的控制方法（-△V），电压从峰值下降5~10Mv/节时及时终止快速充电；最大电压控制方法可以作为辅助控制方法。 　　2）电池充电电流： 　　充电电流取决于电池容量C。现在新型镍氢电池可以达到1C以上的充电率，但充电电流过大会使电池内部压力升高较快，安全阀打开，电池漏液，引起安全问题。在设计中，充电电流取0.5C。 　　3）电池充电时间： 　　电池充电时间和充电电流的大小有关，充电电流取0.5C左右时，电池充满约需要2~3小时。 　　4）电池温度： 　　在电池充满电后会发生析氧和析氢反应，使电池内部压力增大，温度上升。当电池温度超过55度或者温度超过2度/分时候应及时终止快速充电。另外，如果环境温度低于5度或者高于40度时候不应该启动快速充电。 　　目前，大多数充电电路仅采用上述的一个或者两个参数进行控制，很难达到理想的控制要求。为此，本文设计了一种新型柔性充电管理电路；通过对上述几个参数同时进行综合控制，可以更高效、更加安全地完成充电管理过程。 　　2 镍氢电池充电管理电路硬件设计 　　???????电池充电原理图如图1所示，包括充电控制电路和充电状态检测电路。充电电路以为核心，PIC16F676是Microchip推出的一款新型PIC单片机，DIP14或者SOIC14封装，2个定时器，输出IO口切换频率可以达到250KHZ，2KFlash，多路AD，使得PIC16F676特别适用于低成本的电池管理系统。芯片内部集成了上电复位、欠压检测和看门狗电路，使用内部晶振（4M晶体），这些都极大的简化了外围电路的设计。 　　充电电路以及充电过程： 　　PIC16F676的RC3口或者RC4口用于输出占空比可调的PWM脉冲信号控制NPN三极管8050的通断。启动RC3口通过定时器1控制引脚输出高低电平即可以对电池进行充电控制。电池充满时候，停止定时器，RC3输出低电平，NPN三极管截止，便可以停止充电。 　　在一个PWM脉冲周期中，当NPN三极管导通时，MOSFET管BD442的栅极为高电平，外部电源经过肖特基二极管，检测电阻给电池充电；当NPN三极管8050截止时候，MOSFET管BD442的栅极为低电平，外部电源停止充电。在下一个PWM脉冲周期，重复上述过程。 　　?????? 充电状态检测电路： 欢迎访问autooo.net 1）电池端电压检测：通过精密电阻R18，R19分压获得电池端电压，将此信号接到PIC16F676的RC1引脚AD检测引脚。 　　2）电池温度检测：在电池组内内置一个具有负温度系数的热敏电阻，通过测量热敏电阻的端电压可以准确地测量到电池组的温度。为保证测量精度，回路中采用了精密稳压源LM385以产生精确的基准电压（1.25V）。此基准电压1.25V同时作为PIC16F676芯片AD转换的参考电压。 　　3）充电电流检测：由运算放大器LM324构成一个差动放大器，检测PIC16F676的充电电流。充电电流过大时候，应减小PWM的占空比；反之，应增大PWM的占空比，从而使充电电流维持在合适的范围内。 　　3 镍氢电池充电管理电路软件设计 　　本系统利用电池电压，温升、充电时间以及电压变化量等参数来综合判断是否应该结束充电过程。软件按功能可以分为PWM控制模块、计时模块以及电压检测、电流检测、温度检测等几个部分。程序流程图如图2所示。本文相关DataSheet：?????????? 系统工作时候，不断检测电池组端电压。若此电压数值低于1.25NV（N为电池节数），检测环境温度，如果环境温度在5~40度之内，则启动PWM开始充电。在充电过程中，CPU不断采集充电电流的大小，并将实测电流数值与设定数值相比较。若两者相差超过10%时，调整占空比，可使充电电流维持在设定数值附近。另外，CPU还将不断测量电池端电压、电池温度，并对充电时间进行计时。当这些参数满足下列的充电终止条件时候，停止充