基于单芯片智能充电器设计的开放报告. docx

毕业设计开题报告学生姓名: 学生身份: 大学: 信息与通信工程学院: 电子信息工程设计主题: 基于MCU的智能充电器设计讲师: 2017年3月8日毕业设计开题报告1.基础选择主题: 1.主题研究的背景，目的和意义随着全球经济的发展，锂电池对人们生活的影响越来越大. 锂电池具有高能量存储密度和长寿命的优点，并且在当前社会中被广泛使用[1]. 锂电池目前在3C基于单片机的智能充电器设计开题报告，电动汽车和储能系统领域占据着巨大的市场[2]. 在家用3C和电动汽车领域，锂电池被广泛使用. 特别是在电动自行车领域. 2006年前后，中国自行车行业开始探索将锂电池用作汽车电池. 在2008年左右，广泛推广了使用锂电池作为汽车电池的电动自行车[3]. 目前，大量企业正在推广锂电池电动自行车[4]. 然而，不管锂电池在该领域中的普及如何，锂电池的充电和放电数量已经变得越来越多. 作为高密度能源模块，其安全性也已通过测试. 在日常消费中，锂电池会产生热量，自燃和爆炸，并造成某些人身伤害和巨大的财产损失. 锂电池的许多用户带来了很多困惑和“惧怕锂电池”的心理. 更严重的是，由于管理不善，锂电池在生产，测试和运输过程中发生火灾，不能用一般的灭火方法扑灭，从而导致工厂或货船起火，造成巨大的经济损失和社会危害. 恐惧.

锂电池的风险管理变得越来越重要[5]. 同时，电子设备的频繁使用，动力电池也经常充电和放电，这是对电池寿命的巨大考验. 而且，市场上的大多数充电器难以解决上述问题. 许多电路，可以大大提高电池充电的安全系数，并可以延长锂电池的使用寿命.

研究属氢化物电池相比的巨大优势，对镍镉和镍氢电池等电池充电系统进行了研究. 变得越来越少然而，已经致力于锂电池的研究. 美国，德国，韩国，日本和加拿大等一些发达国家凭借先进的技术和卓越的生产技术领先于中国. 德国MentzerUlectronicGmbH和WemerRetzlafr [8]联合开发的BADICHUQ系统是第一个车载实验，BADICOACH系统在1992年进行了二次改进. 该系统不仅实现了对20个电池的电压，温度和电流的检测，而且显示实时数据；它还具有与PC进行数据交换和存储的通信机制，并实现了对充电器和单节电池充电电流的控制. 均衡. 对系统的后续改进增加了一个非线性电路（WLC）以测量电压，并将电池组的八个电池电压通过信号线传递到BADICOACH系统，并在那里进行解码: 通过收集电池数据并安装两个PWM信号输出线控制充电电流和电压的大小. 由美国通用汽车公司开发并应用于电动汽车EV1的汽车电池管理系统. 美国通用汽车公司已经开发了用于EV1的电池管理系统.

管理系统包括动力电池组，电池组温度控制系统，电池组保护模块，软件模块等. 软件模块实现的功能包括: 对电池组电压，电流和温度进行采样，控制充电电流并检测电池剩余电量[9]. 由加拿大Zader [10]，日本青森工业研究中心[11]开发的Zader BMS系统仍在继续实施由韩国SAMSUNG公司设计的BMS实际应用系统，SDI BMS [12]和DEV5-5系统. 比较完整. 中国是锂离子电池的主要生产国和消费国，但它在电池组电源管理方面起步较晚. 近年来，随着消费的提升，国内锂电池应用市场持续增长. 尤其是近年来，家用锂电池产品的销量猛增，尤其是电动自行车等家用产品. 市场需求促使中国更多的人学习智能充电系统. 当前，随着微处理器和无限传感技术的发展以及传感器技术的不断创新，锂电池智能充电系统也不断发展[13]. 如今，清华大学，北京航空航天大学，北京交通大学，北京理工大学和华北理工大学，湖南大学等众多知名高校都在各自的优势中发挥着自己的优势. 在这方面，与一些汽车制造商和电池制造商的联合研发取得了丰硕的成果. 例如，北京理工大学开发的EQ7200HEV，湖南神舟公司开发的EQ6110HEV，宁波百特科技，比亚迪，春兰等公司都有自己的电池管理系统.

目前中国对电池管理系统的研究主要集中在电池SOC估算，电池平衡策略控制，电池组运行过程中的行为控制以及电池管理系统生产测试标准的制定[14]. 基于52单片机技术的智能充电器系统的开发已经成熟，易于操作且成本低廉. 随着当今单片机技术的广泛应用，开发供人们使用的产品变得更加容易. Wang Ye和Mazhai Aibai [15]将AT89C52，MAX1898，光耦合器6N137和LM7805连接在一起，共同设计了锂电池智能充电器系统. 实现了预充电，快速充电，充满电，关机和报警功能. 充电器以快速充电电流的10％为电池充电，这会将电池电压和温度恢复到正常状态. 当电池电压实现快速充电电压时，开始快速充电功能. 当达到设定的终止电压时，充满电功能被激活. 充满电后，系统不仅会切断电源，还会发出警报. 双重功能保证了充电的安全性. 但是，系统的人机交互性有待提高. 王小侃和苏全伟[16]基于AT89C2051单片机，设计了一种集声光监控，升压充电器，速度控制电路和防盗器于一体的保护仪. 该系统优化了在使用电动自行车期间可能发生的问题. 它可以更好地解决电池的使用寿命，驱动速度控制系统以及升压充电器的设计等问题. 其设计使用CAN总线通信，通过所涉及的电压检测电路监控其端子电压，以延长电池寿命.

该系统被设计为可以正常运行，并且人机交互性很好，但是成本稍好一些，需要进一步改进. 张鹏[17]选择了BQ77910芯片作为控制芯片，设计了基于智能芯片的电动自行车电池管理系统，包括硬件部分和软件监控部分. 实现了电池欠压保护功能，放电过流保护功能，放电短路保护功能，充电短路保护功能，电池过压保护功能和热管理功能；软件监控部分可以实现监控系统的实时工作状态，并可以修改芯片内部的参数设置. 系统的整体功能是完善的，但集成度有待提高. 杜江[18]使用两个CAN来实现CECU与VMS和LECU之间的通信. TMS320F2808的片上AD模块用于实现高精度数据采集，包括3个电池温度采集，2个电压采集和2个电池组电流采集以及1路泄漏检测. 使用GPIO实现低功耗电源管理，充电继电器控制和LECU电源控制；使用PWM控制风扇实现电池组的热管理. 该系统仅在理论上经过验证，是否可以生产产品仍有待验证. 贾小龙[19]设计的锂电池管理系统包括两部分: 上位机应用软件和下位机管理系统. 使用RS232或RS485通讯. 主机应用程序软件为用户提供当前的电池组状态信息，并可以配置参数. 下层计算机管理系统是系统的核心，包括电池组电压采集模块，温度采集模块，电流采集模块，平衡控制模块，电池组保护模块，数据处理和剩余容量估计模块，显示和警报模块，以及通信模块.

整个系统的设计功能是完美的. Wang Fengbo [20]设计的基于AD7280A的中型锂离子电池管理系统，使用扩展的Kalman滤波来修改戴维南电池模型上的初始SOC值，从而提高了SOC估计的准确性，减少了能量消耗，并极大地提高了SOC的准确性. 系统的安全性. 但是，该系统的可伸缩性较差，因此在降低功耗方面需要进一步研究. 武迪[21]在锂电池充电控制和管理方法的研究过程中着重解决了以下三个方面: 单节锂电池主动充电控制模式，过热保护和过充电保护. 但是，其基于遗传算法的系统的运行机制较为复杂，工作量较大，运行速度较慢. 清华大学计算机科学与技术系智能技术与系统国家重点实验室，杨远东，孙晓明等. [22]设计了一种基于8xC749单片机的电动自行车智能充电器. 着重介绍了平衡充电和脉冲充电这两种技术. 综上所述，尽管这些研究取得了一些成果，但它们也具有系统架构，电路大，成本高的特点. 同时，由于锂电池的差异和缺乏实验条件，管理系统功能简单，技术方案不成熟，特别是在选择平衡方法时，普遍存在能源浪费. 另外，尽管它们具有基本的检测，监视，报警等功能，但就数据采集而言，其可靠性，准确性和抗干扰性仍远未达到国外. 因此，要赶上国外的技术水平将花费很长时间.

参考文献[1]中国储能新闻中心. 锂电池的分类及优缺点[J]. ，2014，5. [2]王福ulu，杜军，裴金海. 全球锂电池市场现状与应用发展综述[J]. 电力技术，2014，38（3）: 564-568. [3]龚晓燕. 锂电池在电动自行车行业中的应用及发展趋势[J]. 电动自行车，2013，10）: 78-80. [4]马中超. 全国锂电池行业的现状与未来[J]. 中国自行车，2012，（11）: 10-12. [5]赵飞. 锂电池安全问题的风险管理[D]. 上海: 华东理工大学，2013. [6]刘春娜. 电动汽车电池的应用与展望[J]. 电力技术，2011，35（1）: 12-14. [7]温德中. 锂电池智能充电过程及其发展分析[J]. 科技创新与应用，2016，（20）: 47. [8]杨红. 智能电子测试系统的应用研究[J]. 中南大学学报，2004，3（2）: 37 -39. [9] George Altermose，Peter Hellermann，Thomas Mazz，Aeroflex. 使用隔离共享总线的主动电池平衡系统，用于锂离子电池管理[J]. 会议出版物. 2011，12（7）: 217-220. [10] PHL Nottcn. 锂离子电池的升压充电: 一个充满挑战的新充电概念[J]. 电源. 2005，14（10）: 89-94. [11] Affatmi A，Bellini A，Franceschini G.新一代电动汽车的电池选择和管理[J]. IEEE工业电子交易. 2005，52（5）: 1343-1349. [12] TeofiloV.L. 梅里特Hollandsworth RP“ IEEE航空航天和电子系统杂志”，？ SCI，1997，11. [13]吴鹏. 其配套产业的现状与前景[Jl. 中国高新技术企业，2015，（35）: 3-4. [14]毛群辉. 基于TMS320F2812的电动汽车电池管理系统研究[D]. 长沙: 湖南大学，2010. [15]王烨，马寨白. 基于52单片机控制的锂电池充电器硬件设计[J]. 无线互联网技术，2011，（5）: 26-27. [16]王小侃，苏全伟. 基于单片机控制的电动车自行车智能保护仪的实现[J]. 电子设计工程，2015，23（7）: 107-110. [17]张鹏. 基于智能芯片实现的电动自行车电池管理系统的设计与实现[D]. 南京: 南京邮电大学，2013. [18]杜江. 电池管理系统校准与匹配技术研究[D]. 上海: 同济大学，2008. [19]贾小龙. 锂电池管理系统的设计与实现[D]. 苏州: 苏州大学，2014年. [20]王凤波. 基于AD7280A的中型锂离子电池组管理系统研究[D]. 上海: 上海大学，2016. [21]吴迪. 锂电池充电控制与管理方法研究[D]. 北京: 北京交通大学，2015. [22]杨元东，孙晓明，牟强，齐国光. 基于8xC749单片机的电动自行车智能充电充电器的设计与实现[J]. 电子技术应用，2000，10）: 9-10. 毕业设计开题报告研究计划: 基于当前智能充电器系统的现状，针对当前锂电池智能充电器系统的安全性系数不高，通用性不高，电池寿命不能很好保持. 计划设计一种基于单片机的智能充电器系统.

在考虑充电电池的电压水平，最大充电电压，电池温度，电池饱和充电条件，充电电流的稳定性，电流漂移范围等前提下，实现智能充电在不同的充电模式下. 整个系统由充放电控制电路，电压检测电路，电流检测电路，温度检测电路，均衡控制电路，MAX1501，STM32，报警电路，LCD显示电路和串口电路组成. 如图1所示: 图1充电系统框图充电/放电控制电路用于对可充电电池充电和放电. 锂离子电池对应于不同的充电/放电模式. 由于电池大小，充电/放电电压和充电/放电电流不同，因此充电/放电端口对应关系必须不同. 电压检测电路实现的功能是在将检测到的电压与设置的标准值进行比较之后进行特定处理，从而控制充电过程. 电流检测电路的功能类似于电压检测电路的功能，即，将检测到的电流与设置的标准值进行比较，以进行特定处理以控制充电过程. 温度检测电路的功能是通过温度传感器检测到的温度来确定温度值是否在安全范围内. 如果超出范围，请立即断开电源以控制充电过程并确保充电安全. 平衡检测电路可以根据算法智能地调节充电电压和充电电流的值，从而保护电池并延长电池寿命. MAX1501用于检测电池电压和电流. 内部电路功能强大，内部电路包含输入电流调节器，充电电流检测器，电压检测器，计时器和主控制器.

为了防止过度充电基于单片机的智能充电器设计开题报告，当充电达到90％时停止大电流快速充电，并使用小电流current流来补充充电. 通常，为了使电池充满电，很容易造成过度充电，这体现在以下事实: 某些充电器在充电结束时经常变热，并且在充电后期电池明显变热，通常表明电池已过充电. 将该芯片与STM32结合使用可以达到很好的效果. STM32控制电路以STM32为核心. STM32是功能强大，高性能，低成本，低功耗的嵌入式应用. STM32主控电路为整个智能充电器系统的核心，主要完成数据处理，数据分析和A / D转换等功能. A / D转换器将转换后的模拟信号转换为数字信号以完成数据处理. 报警电路由LED灯，蜂鸣器等组成. 当电池充满电时，MAX1501芯片本身将向外部LED灯发出命令，LED灯闪烁. 但是，为了安全起见，MCU不仅在检测到满脉冲后会自动切断MAX1501芯片的电源，而且还会通过蜂鸣器提醒用户及时取出电池. LCD显示电路，即状态显示电路，由LCD显示模块等构成，并通过STM32在LCD显示屏上显示充电信息. 主要功能是显示数据和查询数据. LCD显示屏用于实时显示数据，例如温度，充电百分比，电压和电流. 液晶显示缓冲器的每一位都需要与液晶段一一对应，存储位置位可以点亮相应的液晶段，存储位将液晶段复位为暗.

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段和共极输出控制可以自动从显示缓冲区读取数据，并将相应的信号发送到LCD屏幕. ，使用户可以通过显示的数据直观地了解当前的充电状态，从而实现智能充电. 该系统操作简单，功耗低，人机交互能力强，安全性能高，模式选择方便. 可广泛应用于锂离子电池充电领域. 指导教师对毕业项目开题报告的意见: 通过参考相关信息，学生已基本了解所选主题的背景，目的和意义. 根据目前锂电池智能充电器系统的安全性能，对单芯片智能充电器的具体应用和实现进行了回顾，重点介绍了基于单芯片计算机的智能充电器的设计和实现. 后续设计的基础. 同学的开幕报告具有明确的目的，清晰的设计思想，合理的研究计划，并对要解决的问题有基本的了解. 本课程难度适中，工作量满足本科毕业设计要求. 同意打开问题. 讲师:

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