论文总字数：17126字

摘 要

电池是电动自行车的直接动力来源，电池中电能的储存主要依赖于充电器。劣质的电动车充电器充电慢、充电不均衡，不能提供一些必要的保护功能，导致电池过充电现象，这对电池所带来的危害通常是不可逆转的，严重影响了电池的使用寿命，也存在着一些安全隐患。

大多数电动自行车的充电器都是三段式的充电，分别是恒流充电、恒压充电以及涓流充电三个阶段。在分析了三段式充电器的硬件原理后发现，在电池的电流采样与保护上基本都是通过硬件电路来完成的，其优点是响应速度快，但这种设计方法无法让用户及时掌握充电器的工作状态，功能扩展也不够灵活。鉴于此，本文采用单片机通过软件的方法来完成电池充电保护的相关工作。通过单片机采样充电电流，来分析当前电池所处的充电阶段，并在充电异常时完成相应的保护动作。

关键词：电动自行车；电池；充电器；单片机；

Software Design of Overcharge-proof Intelligent Charger

Abstract

Batteries are the direct power source of electric bicycles. The storage of electric energy in batteries mainly depends on chargers. Bad electric vehicle chargers charge slowly and unevenly, which can not provide some necessary protection functions, leading to the phenomenon of battery overcharging. The harm to the battery is usually irreversible, seriously affecting the service life of the battery, there are also some potential safety hazards.

Most of the chargers on the market adopt three-stage charging method, namely constant current charging, constant voltage charging and trickle current charging. After analyzing the hardware principle of the three-stage charger, it is found that the current sampling and protection of the battery are basically accomplished by the hardware circuit. Its advantage is fast response, but this design method can not enable users to grasp the working state of the charger in time, and the function expansion is not flexible enough. In view of this, this paper uses single-chip computer to complete the related work of battery charging and protection through software. The charging current is sampled by MCU to analyze the charging stage of the current battery and complete the corresponding protection action when the charging is abnormal.

Keywords：Electric vehicle；Battery；Charger; Single-chip

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1 选题背景 1

1.2 课题的国内外概述 1

1.3 主要研究内容 2

第二章 电池充电的总体设计方案 3

2.1 引言 3

2.2 电池的充电过程 3

2.3充电器原理分析 3

2.4本文的设计方案 4

第三章 主要硬件设计 6

3.1引言 6

3.2单片机及其最小系统 6

3.3 界面交互模块 8

3.4 继电器模块 9

第四章 充电器软件设计 10

4.1 软件设计 10

4.2 STM32的时钟 10

4.3 主程序设计 10

4.4 显示程序设计 12

4.5 采样程序设计 13

致 谢 15

参考文献（References） 16

附录 17

第一章 绪 论

1.1 选题背景

为实现电池的快速充电，充电器在控制充电时往往采用大电流的充电方法，这导致的问题是，当电池充满电量之后，其温度会快速升高，如不能得到有效的控制，将大大缩短电池的使用寿。所以，一些低成本的充电器选择了电压比较法来防止电池过充，基本的做法是在电池电量达到90%时改为涓流补充充电，达到保护电池的目的。

动力电池广泛应用于中小型的交通工具，包括电动汽车、电动自行车等工具。其充电过程与电池使用寿命以及电池续航能力有着极其密切的关系，动力电池对充电器的要求十分严格，保护单元必不可少。为了可以将电池的使用效率最大化，需要将电池充电到最大电压、但同时以需要防止过充电对其造成的不良后果，对控制器的控制精度有着较高的要求。另一方面，在电池电压过低时，应该进行预充，充电器还应该带有热保护以及时间保护功能作为附加保护项目。较为优质的充电器除了能控制电池快速充电外，还具有自动修复电池的功能，修复由于电池在使用过程中的记忆效应，主要是指电池活性衰退问题。设计合理的充电器一般都使用专业的电池管理芯片，这部分芯片具有业内公认的△V检测功能，能够及时监测电池充电饱和时发出的特定信号并及时控制充电过程。事实上，通过单片机控制的智能化充电器具有较高的充电效率，能够在充电后增加报警或显示等功能。除了缩短充电时间外，还能够维护电池，增加电池的剩余寿命，这就是本课题研究的重点之一。本文设计的智能充电器具有智能、高效、安全的特点，能避免因过充而导致的安全事故，具有一定的现实意义。

1.2 课题的国内外概述

德国Mentzer UlectronicGmbH和Wemer Retzlaf合作研发的BADICHUQ系统首次车载实验。他们所设计的动力电池充电系统，在充电过程中能智能的显示电池组的充电状态，包括电池组内的电压、电流、温度。此外整套系统还能用PC机控制。其系统的一个特色便是测量电压的方案是用非线性电路来检测，并用脉宽信号控制充电过程中的电压和电流。美国科技在智能充电领域也有很先进的技术，如知名的通用公司，研发出了纯电动车动力锂电池的充电系统，并将该系统用在了其产品EV1电动汽车上。该公司的智能充电系统包括了温度检测控制模块、电量显示模块、软件控制模块等，其软件控制模块能智能的采集和显示温度和电压电流等数据。

我国是典型的电池生产大国以及消费大国，每年会生产和消费数量巨大的动力电池，但是在电池的充电技术方面投入的研发精力和资金相对于国外比较少。最近几年国家一直倡导中国要从制造到智造转型，并加上消费升级，我国的锂电池充电器市场越来越大。在电动自行车领域，随着轻捷、体积小的锂电子电池组代替原来笨重的铅蓄电池，该领域内对智能的锂电池充电器需求更多。如今在我国，随着单片机、传感器等技术的快速发展，智能的锂电池充电器充电和控制技术也在迅速发展。虽然国产充电器具备了基本的检测、监控、报警等功能，但在数据采集方面，其可靠性、准确性和抗干扰性等与国外仍有较大差距。因此还需要很长时间才能追上国外的技术水平。

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