基于MC9S12XS128的蓄电池多功能充电系统设计

发布者:美好梦想最新更新时间:2014-02-17 来源: elecfans关键字:MC9S12XS128  蓄电池  充电系统 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

  引言

  由于石油危机和日益严重的环境污染,电动汽车发展已经是大势所趋。蓄电池为电动汽车提供动力,而蓄电池充电性能直接影响蓄电池的使用和寿命,蓄电池一般分为铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池。由于蓄电池种类繁多且容量不一,不同种类和容量的蓄电池往往需要不同的充电器匹配,如果蓄电池的充电器匹配不好会出现过充过热等不安全现象,从而影响蓄电池的正常使用并缩短蓄电池寿命。因此,设计一款基于单片机控制的能为各类蓄电池充电的多功能充电系统是十分必要的。多功能充电系统能快速稳定地为不同类型和不同容量的蓄电池充电,我们在软件上针对不同类型的蓄电池设计了相应的充电方法,使每种蓄电池都能在最佳充电方法下充电。对于不同容量的蓄电池,在选择好充电方法时只要设定充电参数即可快速稳定地为蓄电池充电。

  1 硬件电路设计

  本系统采用移相全桥软开关电路,即将Boost电路与全桥变换器合成一起组成单级PFC电路,该电路结构简单、效率高,可以实现对输入电流的整定,又可以工作在较大功率场合,发挥了全桥电路的优势。

  系统主要由充电主电路和充电控制回路组成,图1为多功能充电系统硬件原理图。

  多功能充电系统硬件原理图

  1.1 系统工作原理

  本设计采用了开关电源技术,最大功率为3500W,先将220V单相工频交流电,经4个二极管组成全桥电路进行整流,再经过大电容滤波得到300V左右的直流电,此时直流电中纹波较大。直流电通过由4个绝缘栅双极晶体管(IGBT)组成的全桥逆变器,得到电压可调的高频交流电,经高频变压器耦合到副边,再经全桥整流,最后经电感电容滤波得到纹波很小的直流电为蓄电池充电。多功能充电系统能为不同类型的蓄电池及容量不同的蓄电池充电,其充电过程中的充电电压、电流通过单片机实时控制,整个充电系统为反馈控制系统,单片机通过实时检测充电过程中的电流、电压及温度监测整个充电过程,有效地避免了充电过程中过流、过压及过热现象,使充电过程安全稳定地进行。

  逆变桥前的空气开关是为了防止电路中出现短路或大电流损坏蓄电池或电子器件。单片机通过检测充电电流、电压及温度与充电前的设定值进行比较,控制输出4路PWM波到4个IGBT的栅极,从而控制其集电极到发射极电流通断时间,达到控制输出电压的目的。

  由于IGBT需隔离驱动,本设计选用了三菱公司IBGT专用驱动芯片M57962L,图2是其应用电路。

  图2是其应用电路

  由于选用了4只IGBT组成全桥逆变器,每个IGBT需要一个M57962L芯片驱动,而每个M57662L芯片需要3个电压等级即15V、l0V、5v为其供电,其中5v电压同时为MC9S12XS128单片机供电,本文设计了一款功率为50W的变压器,为单片机及4个M57962L芯片供电,其次级绕组输出3组电压,经整流滤波稳压后,得到上述所需的3个电压。

  1.2 充电控制回路

  选用飞思卡尔MC9S12XS128单片机作为控制核心进行数据采集和控制,其内部数据存储器8KB、程序存储器128KB,2个SCI、1个SPI、1个IIC、1个CAN、16路A/D、8路PWM、8路ECT模块,其工作频率为80MHz,运算速度快,处理能力大大提高。该芯片集成了l6路l2位高精度的A/D转换器,能直接对蓄电池的充电电压、电流及温度进行检测,8路PWM可直接输出到M57962L芯片控制IGBT的通断,简化了单片机外围电路的设计。

  1.2.1 电压检测

  本系统选用电阻分压式结构,并联在充电电路中监测电压信号,电压信号从PAD0口经单片机自带A/D转换器传至单片机进行处理,这种结构能根据外面的实际电压自动选用相应的量程检测电压,使电压越小时,检测到的电压精度越高,有助于更精确地控制充电过程中的充电电压的变化。

  1.2.2 电流检测

  本系统选用霍尔式电流传感器检测充电电流信号,并将检测到的电流信号经过一定的换算处理从PAD1口经单片机自带的A/D转换器传至单片机进行处理,该传感器精度高,能精确的检测到充电电流0.1A的变化。[page]

  1.2.3 温度检测

  本系统选用热敏电阻检测充电过程中电池温度信号,实际应用时将热敏电阻贴在电池上检测电池温度,该热敏电阻能准确检测到充电过程中电池温度的变化量,温度信号经PAD2口传至单片机进行处理,防止充电过程中电池过热,使充电过程能平稳、安全的进行。

  1.2.4 液晶显示模块

  本系统选用带中文字库的12864液晶屏,液晶屏模块与单片机的PA、PB口相连。

  能实时显示充电过程中的充电电压、充电电流以及电池的端电压和温度,并在空闲时能显示日历、4路PWM波的占空比等。

  1.2.5 按键输入

  选用4x4矩阵键盘。通过按键可切换到蓄电池充电方法选择、充电参数设定、日历调整、4路PWM波的占空比显示及充电电压、充电电流、电池的端电压和温度显示等界面。

  1.2.6 PWM输出

  PWM的输出频率由一个定时器/计数器设定的高频交流电交变周期决定,本系统PWM波形选用左对齐的方式,每路PWM的占空比:[(PWMPERx-PWMDTYx)/PWMPERx]×100%,其中PWMPERx表示PWM通道寄存器,PWMDTYx表示PWM通道占空比寄存器。

  2 软件设计

  多功能充电系统的系统软件用C语言编写,经过汇编、仿真调试写入单片机的内部程序存储器中,实现系统软件的结构层次化、功能模块化,软件的可读性、可维护性和可扩展性强。

  多功能充电系统针对不同类型的蓄电池,设计了相应的充电方法,软件主要由初始化、充电前电池好坏检测、充电阶段和充电保护等部分组成。

  本系统主要应用磷酸铁锂进行试验,其充电阶段由小电流充电阶段、恒流充电阶段、恒压充电阶段3部分组成,其程序流程图如图3所示。

  程序流程图

  充电阶段:电池检测程序完成后,开始对电池进行小电流充电,充电速率约为1/5C左右;当小电流充电至电池电压达到参考值时,系统进入恒流充电阶段,此阶段为蓄电池的快速充电阶段,充电速率为1-2C;当充电电压达到设定的电池的最大充电电压时,系统进入恒压充电阶段,随着电池电压逐渐上升,充电电流逐渐减小;当充电电流减d,N设定参考值时,系统判断蓄电池充足停止充电。

  充电保护部分:充电过程中不断监测电池电压是否超过安全值、温度或温度变化率是否达到限定值,如有上述情况立即终止充电。检测电池电压是为了防止锂离子电池和铅蓄电池过充,检测温度和温度变化率是否达到限定值,是为了防止镍氢和镍镉电池过充。

  上述充电阶段是针对锂离子电池设计的,实际中主要用磷酸铁锂电池组进行实验,对于其它类型蓄电池,在软件上设定了相应的充电方法:铅蓄电池充电阶段同锂离子电池,即先小电流预充,再恒流充电、最后恒压充电,当恒压充电电流小到一定程度时,系统判断电池充足并停止充电;镍镉电池,先小电流预充,再快速恒流充电,当检测到电池电压第一次下降时,系统判断电池充足并停止充电;镍氢电池,先小电流预充,再快速恒流充电,当电池电压出现零增长时,判断电池充足并停止充电。

  铅蓄电池和锂离子电池自放电率低,电池充满后可直接停止充电,镍氢和镍镉电自放电率高,如夜间无人看守充电时,可在电池充足后采用涓流充电方式给电池补充电荷,使蓄电池保持充足电状态。

  3 结语

  实验结果表明,所设计的多功能充电系统能正常工作,输出的直流电压平稳、纹波小,充电过程控制精度高,能快速稳定地为各类蓄电池充电,并在蓄电池充满电后及时停止充电,有实际应用推广价值。

关键字:MC9S12XS128  蓄电池  充电系统 引用地址:基于MC9S12XS128的蓄电池多功能充电系统设计

上一篇:锁相环控制及初始化简析
下一篇:基于XC164CM的新型快速无损智能充电器设计

推荐阅读最新更新时间:2024-03-16 13:35

2025年底铅蓄电池回收率要达到70%以上
  6月2日,发改委发布的《铅蓄电池回收利用管理暂行办法(征求意见稿)》明确,国家实行铅蓄电池回收目标责任制,到2025年底,铅蓄电池回收率要达到70%以上。铅蓄电池生产企业(含进口企业),应通过自主回收、联合回收、委托回收等方式,实现国家确定的回收目标,于每年3月底前提交上年度目标完成情况报告。   生产企业回收率=(当年废铅蓄电池自主回收量+合作回收量)÷前三年度国内销售量平均值×100%。    进口企业回收率=(当年废铅蓄电池自主回收量+合作回收量)÷前三年度进口量平均值×100%。    上述回收量指生产企业(含进口企业,下同)回收并交规范资源化利用企业处置的数量。联合体方式承担回收目标责任的,以其成员企业
[新能源]
VRLA 蓄电池在光伏发电系统中的研究与应用
在早期光伏发电系统中,一般使用开口式铅酸蓄电池作为储能装置,但开口式铅酸蓄电池有需要加酸加水维护,酸液易污染环境等缺点,不利于无人值守使用及环保。近些年来,阀控式密封铅酸蓄电池(VRLA)由于密封不漏酸、不腐蚀设备污染环境,备受欢迎,在我国电信、电力、铁路等行业得到广泛使用。现在的光伏系统用蓄电池,几乎全部为VRLA蓄电池。VRLA蓄电池的主要作用有两点:(1)在晚上或多云及光伏阵列产能和负载用电不一致等情况下,蓄电池能够存储多余能量或给负载提供能量;(2)由于太阳能电池组件的工作特性受太阳辐照度、温度等影响很大,负载常常不能处在最理想工作点附近。蓄电池对太阳能电池的工作电压具有钳位作用,能够保证负载处在最理想工作点附近。 光伏
[新能源]
技术文章—LoRa在电动车智能充电系统的应用
摘要:电动自行车以其便捷、实惠、环保等优点,迅速成为一、二、三线城市居民的重要交通工具。然而随着电动自行车的普及,电动车充电与日常管理问题就日益突出,如何解决充电管理问题已成当务之急。 电动车智能充电系统主要应用于小区、景区和高校等停车场,有效解决车主充电难题,规范停车场管理,安全方便。电动车智能充电系统网络拓扑如下图所示,整个系统主要由终端设备、主机、云端、服务器和手机APP组成。 一、主机 通过LoRa通信管理多个终端设备,数据通过4G网络通信上传至云端服务器,管理员可通过刷卡配网。核心处理器选用GD32F030C8T6,LoRa模块选用ZM470SX-M,读卡芯片选用FM17520。 二、终端设备
[汽车电子]
技术文章—LoRa在电动车智能<font color='red'>充电系统</font>的应用
AVR微控制器蓄电池充放电控制器的设计
本设计采用AVR单片机Mega16L作为核心,可同时控制两块539CH-1型蓄电池的充、放电过程。Mega16L通过串行总线接收上位机的命令,然后通过SPI总线将数据发送给TLV5638。单片机通过多路模拟开关CD4053将TLV5638的两路D/A输出送入信号调整电路,从而完成对充放电电流的控制。放电过程中,Mega16L通过控制8D锁存器74LS573和复合管阵列ULN2081控制放电电阻接入。系统框图如图1所示。 图1 系统原理框图硬件设计   硬件系统包括串行通信电路、充电和放电控制电路、继电器驱动电路等模块。 通信电路   单片机通过串口与上位机通信。Mega16L端口为TTL电平,而上位机串口为RS232C标准接口
[单片机]
AVR微控制器<font color='red'>蓄电池</font>充放电控制器的设计
基于西门子PLC的大容量镍镉蓄电池组智能维护系统研制
  大容量镉镍电池以其放电电流大,使用寿命长等优点长期以来在*、铁路、电力、石油等领域占有举足轻重的地位。但是镉镍电池明显的缺点就是存在“记忆”效应,它的存在大大的降低了电池的利用效率、严重时电池组不能放电。例如:铁路客车上大量使用的由GN300Ah镉镍电池组成的电池组,在段修中须同时对其进行检修维护,主要就是对其进行容量恢复。为满足该项工作的工艺要求,在路局科委的支持下,通过与专业厂家合作,开发研制了利用西门子S7200可编程序控制器为控制中心,加上可控硅充放电技术的电池智能维护系统。此系统具有对镉镍电池进行充电、放电和自动维护(如:自动三充两放)等功能,充放电电流最高可达300A,电压最高可达500V。加上大屏幕触摸屏操作界面
[电源管理]
基于西门子PLC的大容量镍镉<font color='red'>蓄电池</font>组智能维护系统研制
炜业通蓄电池 做安全放心省电的蓄电池
  近年来,电池市场逐步从大城市逐步拓展到中小城市,甚至以生产软件与电器为主的企业也开始将业务的触角延伸到生产蓄电池领域中。跨国公司的涌入,使国内蓄电池生产企业面临更加激烈的竞争。   实用的电池让消费者省电省心   现在的消费者选购蓄电池,除了对电池安全性能的考虑,更关注蓄电池是否省电和使用起来是否方便。深圳炜业通始终认为,创新能在蓄电池这个行业走得更宽广,也只有创新才能实现真正的共赢。通过不懈的努力,深圳炜业通研发了多种新型蓄电池,与传统蓄电池存在适用范围单一以及适用寿命不高等问题相比,炜业通电池产品却在这些方面取得长足的突破。其蓄电池拥有免维护无须补液;适应温度广;循环使用:100%深放电,可循环使用260次,
[新能源]
法国公司研制出最新便携式电动车充电系统
法国新开发的EPTender里程扩增器系统,可通过安装拖车发电机系统,为电动车电池提供额外电量,从而减轻驾驶者对汽车行驶里程的担心。   EPTender便携式充电系统是一个商业移动发电机。这套200公斤重的系统使用一个安装有600cc发动机的拖车,以备低电量时使用。汽车驱动时,拖车激活发电机进行充电。   该系统能使电动汽车在每小时130千米的运行速度下仍能充足22千瓦的电量。并且,该公司正致力于为900cc发动机开发一种35千瓦的充电系统。据EPTender称,此充电器可支撑600千米的行驶里程。然而,该公司的便携式充电系统仍处于早期测试阶段。
[汽车电子]
法国公司研制出最新便携式电动车<font color='red'>充电系统</font>
基于DSP的蓄电池充放电装置研究
1 引言 在蓄电池生产过程中,为了保证产品质量,常需对成品蓄电池进行几次充放电处理。传统充放电设备通常采用晶闸管作为整流逆变功率器件。装置比较复杂,交流输入、输出的功率因数较低。对电网的谐波污染也比较大。为此,设计了一种三相SPWM整流逆变蓄电池充放电装置。它采用IGBT作为功率变换器件。交流侧以精密锁相的正弦波电流实现电能变换。可获接近于1的功率因数,实现对蓄电池的充放电处理,显著降低了对电网的谐波污染,满足了绿色环保和节能的设计要求。 2 系统结构及工作原理 图1示出设计的蓄电池生产用充放电控制系统结构 。该系统从原理上可划分为SPWM双向逆变和DC/DC变换充放电两个子系统。前者,在蓄电池充电时,通过三相PFC升压控
[电源管理]
小广播
添点儿料...
无论热点新闻、行业分析、技术干货……
设计资源 培训 开发板 精华推荐

最新单片机文章
何立民专栏 单片机及嵌入式宝典

北京航空航天大学教授,20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。

更多每日新闻
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved