基于stm32單片機(jī)的高效蓄電池組充電裝置

寇闖 吳立業(yè) 李惠龍

摘要：本文的重點(diǎn)是對蓄電池組均衡充電充電的研究，主要包括主電路和控制策略的研究。主電路的設(shè)計(jì)對電池電壓均衡效果有著重要影響，充電過程中能自動切換蓄電池組的連接方式，實(shí)現(xiàn)均衡充電的目的。充電結(jié)束時，蓄電池的電壓基本保持一致，效果較好。

關(guān)鍵詞 ：蓄電池;充電方法;自動切換

1 本文設(shè)計(jì)目的與思路：

目前市場上蓄電池的充電裝置都是電池串聯(lián)在一起充電，這種充電方式存在電池均衡性問題。為了解決這一問題，提高電池壽命，提高充電系統(tǒng)的穩(wěn)定性并減少成本，本文提出一種高效、穩(wěn)定的充電方法。采用兩階段充電方案，第一階段為恒流充電，第二階段為恒壓充電。均充模塊啟動后，進(jìn)行第一階段充電，輸入充電基準(zhǔn)電壓，主電路采用恒流模式，蓄電池組串聯(lián)在一起，實(shí)現(xiàn)恒流充電，保證每一個電池的充電電流相同，當(dāng)某一節(jié)電池充電到基準(zhǔn)電壓時，該節(jié)電池從充電回路中切掉不再充電，控制電路檢測每一節(jié)電池的電壓，當(dāng)所有的電池都充至基準(zhǔn)電壓，主電路由恒流模式切換至恒壓模式，蓄電池組由串聯(lián)切換至并聯(lián)，進(jìn)入第二階段充電，實(shí)現(xiàn)恒壓充電，保證每一節(jié)電池的充電電壓均相同，所有電池都充滿電后充電結(jié)束。

2電路設(shè)計(jì)

2.1 主電路

主電路利用反激、BUCK電路，并利用stm32單片機(jī)輸出PWM波控制輸入電壓和電流，第一階段控制電流為穩(wěn)定2A，第二階段控制電壓穩(wěn)定為基準(zhǔn)電壓并 對電池進(jìn)行充電。利用光耦對電壓進(jìn)行檢測，利用INA282對電流檢測。以三節(jié)電池為例，共有9個 開關(guān)，選取mos管作為電路開關(guān)，開關(guān)1到6為單刀開關(guān)，開關(guān)7到9為單刀雙擲開關(guān)，開關(guān)1、2、5、6斷開 ，開關(guān)3、4閉合時，電池為恒流充電，開關(guān)1、2、5、6閉合 ，開關(guān)3、4斷開時，為恒壓充電。主電路簡化圖如圖1所示：

2.2 檢測電路

檢測電路：對電池兩端電壓進(jìn)行采樣，利用運(yùn)放滯環(huán)比較電路進(jìn)行比較，當(dāng)電池兩端壓差達(dá)到基準(zhǔn)電壓時，滯環(huán)比較電路輸出高電平，控制開關(guān)管狀態(tài)的切換。運(yùn)放滯環(huán)比較電路如下：

2.3 控制電路

控制電路：利用stm32單片機(jī)控制達(dá)組合三極管的開通與關(guān)斷，從而控制mos管的開通與關(guān)斷，控制電路如圖3所示：

3 創(chuàng)新點(diǎn)

1）目前的充電方式都是電池組串聯(lián)在一起，通過附加電路進(jìn)行分流從而不斷均衡充電，而此方案的創(chuàng)新點(diǎn)在于充電過程中實(shí)現(xiàn)電池組串并聯(lián)的切換，改變電池組的連接方式，保證多電池充電過程中電流相同或者電壓相同，從而均衡充電。

2） 整個電路只有一個控制信號，即基準(zhǔn)電壓Uref，控制方式簡單。只需通過控制Uref，就可以控制電池充電模式，電池組充電工作情況如下，第一階段恒流，Uref輸入為電池期望壓差，每節(jié)電池都充電至期望壓差時，自動轉(zhuǎn)換到恒壓模式，到達(dá)第二階段，這一階段保持Uref不變。恒壓充電結(jié)束后，只需要升高Uref就可以變成恒流模式，這一階段將Uref升高至電池充滿電時電壓的壓差，電池組恒流充電，當(dāng)電池充滿電時，自動停止充電。

3）方案采用運(yùn)放自環(huán)比較電路進(jìn)行均壓，成本很低，精度極高。此外，充電過程不需要動態(tài)的監(jiān)測，沒有復(fù)雜的控制程序。

4）均衡效果極好，電路采用串并聯(lián)的形式，完全保證電流相同或電壓相同

5）電池并聯(lián)在一起均壓，可以有效阻止電池組物理性質(zhì)差異變大，有利于提高電池使用壽命。

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作者簡介：寇闖（1998-12）男，漢，河南開封，江蘇大學(xué)，學(xué)生，電氣工程及其自動化。