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浅析带数据显示的锂电池充电系统设计

作者:时间:2013-07-30来源:网络收藏

引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/174890.htm

鉴于市场上镍镉电池和锂电池共存的局面,本文设计的充电器可以对这两种电池进行充电,对镍镉电池组采用脉冲充电方式,对锂电池组采用恒流充电方式,这是依据电池的不同机理而设计的,真正做到了一机两用,此为该充电器的创新点,也是设计的难点。充电器的宽屏LCD可以同时显示4组充电器的充电状态,也可单独显示一组充电器上电池的各项参数,做到了对电池充电过程的实时监测。

系统整体设计

系统设计目标是:

1.可同时对4组8.4V的锂离子电池或9.2V的镍镉电池进行充放电。

2.可与电池组中的芯片,判断电池的化学性质。

3.对于不同化学性质的电池,将采用相应的充电方式。

4.可与电池组中的芯片,得到该电池组的电压、充电电流、容量等参数。

5.充电器带有LCD,可显示电池的各项数据。

该充电器的功能框图如图1所示。

1.jpg

图1 系统整体设计结构图

系统硬件设计

总控单元的设计与实现

总控单元是由PIC16F873和键盘控制芯片ZLG7289A构成的。主要任务是负责与各个充电单元,并处理用户输入与LCD显示信息。键盘控制芯片在这里负责6个按键和12个LED的控制。

ZLG7289A与之间通过SPI总线进行双向通信。主控单元每秒查询一次各个充电单元,获取当前充电单元的信息,如有无电池、电池性质、电池电压等。之后由LCD模块向用户显示。

充电单元的设计与实现

TP8002锂离子电池

充电控制芯片

TP8002是一款高效独立开关模式锂离子电池充电控制器。该控制器有4.2V和8.4V两个版本。

TP8002-8.4具有500kHz开关频率,是高效电流模式的PWM控制器。通过驱动一个外部P沟道MOSFET,它可以提供4A的充电电流,而效率可高达90%。输出电压设置为8.4V,最终浮动电压并具1%的精度,而充电准确度为5%。此外,该器件可在9V~22V范围内的多种墙上适配器上运行。与迟滞拓扑结构充电器相比,TP8002-8.4的快速运行频率与电流模式架构使之能够使用小型电感器和电容器。

锂离子/镍镉电池两用

充电单元的总体设计

从前面对TP8002的分析可知,该芯片是针对锂离子电池的充电控制器,要实现对镍镉电池充电需要解决以下问题:首先,TP8002对电池电压进行监测,保证电池电压不超过8.4V。但对于镍镉电池组,充电截止电压可以达到9.2V。其次,镍镉电池充电即将结束时,需要对电池进行以正常电流30%和10% 的涓流充电。所以,第二个需要解决的问题是如何控制恒流充电的电流大小。此外,对镍镉电池充电应使用脉冲充电方式。即以1s为周期,95%的时间用来充电,1%的时间用来放电,其余时间不充电也不放电。最后,如何判断某一个电池是锂离子电池还是镍镉电池,因为若把锂离子电池误判为镍镉电池,会使充电电压高于8.4V,这对锂离子电池是十分危险的,而将镍镉电池误判为锂离子电池,则可能造成电池充电不足。因此,必须保证极低的误判率。

本部分根据TP8002的工作原理,设计了既可以对锂离子电池进行恒流-恒压充电,又可以对镍镉电池进行脉冲式充电的电路。充电单元的总体功能框图如图2 所示。其中,信号调理电路使充电器既可以对8.4V的锂电池充电,又可以对9.2V的镍镉电池充电,同时也起到控制充电电流大小的作用。

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图2充电单元的总体功能框图

利用控制TP8002的工作状态,配合放电电路使充电器可以对镍镉电池进行脉冲方式充电。

微控制器通过一定的通信协议(HDQ16)与智能电池通信,确定其容量、化学性质等关键参数。

信号调理电路的设计

为了使TP8002可对高于8.4V的电池进行恒流充电,并可调节充电电流,在TP8002的BAT和SENSE端与采样电阻之间加入一级信号调理电路。该电路的主要功能是对采样电阻两端的信号进行运算,针对不同化学性质的电池,将相应的信号送给TP8002。该信号调理电路如图3所示。

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图3信号调理电路的功能图


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关键词: 微控制器 通信

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