微小功率智能充电器设计开题报告
2022-01-14 08:01
全文总字数：3659字
1. 研究目的与意义及国内外研究现状
如今各种智能化电子设备，已经成为了人们生活和工作的亲密伙伴，而频繁的使用对于电池电量有很大的挑战。如何更好的对这些设备充电，甚至进一步对电池进行维护，延长使用寿命便成为了需要迫切研究的课题。
现有的大部分充电器都有一个问题：不能较好的适应手机充电电流的变化。当充电器的充电电流产生超过一定范围的波动时，充电器自身就会处于一种不稳定的运行状态，很容易输出高幅值的尖峰电压和电流，这会造成以下几点可能的后果：（1）充电器本身受到爆炸损坏（2）损坏手机芯片导致内部数据遭到破坏（3）诱发手机电池爆炸 (4）高低压之间的绝缘体被击穿，造成触电伤害事故。
本设计根据锂电池充电特性，基于微控制器对锂离子电池进行充电管理，实现充电设备对于充电电流的实时控制并检测电池剩余电量。确保正常充电的同时不会发生过充现象，尽可能的保护电池使用寿命和使用者的人身安全。
国内外研究现状
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1994年成立的“智能电池实现者论坛”网站将公布了整套智能电池系统。该系统硬件由系统主机、智能电池、智能充电控制器、AC/DC变换器及传输数据的总线网络组成。 由Mentzer Ulectronic GmbH和Wemer Retzlafr 开发的BADICHUQ系统[2]是德国首次车载测试，BADICOACH系统于1992年重新设计改进。该系统设计实现了多节电池电压、温度和电流的检测并具有能够实时显示数据的功能。它同时还具备通信功能，可与电脑进行数据交换和存储，并能够对充电电流进行均衡控制。 美国 Aerovironment公司开发了 SmartGuard 电池管理系统该系统运用分布式结构的充电策略，具有过充电保护、储存电池数据、最差单体电池信息状态指示等。美国 AC propulsion 公司开发的名为 BatOpt 的高性能电池管理系统同样采用分布式结构，该系统由一个主控单元和多个单体电池监控单元组成。但以上智能充电系统都只是针对电动车而设计出来的充电系统。 锂离子电池在我国有很大的生产量和消费量，许多大学和公司利用自身优势与电池制造商共同合作开发并取得了良好的效果。例如： 山东大学的钟庆华基于PIC16F877单片机，通过软件设计及外围电路辅助并结合DFM设计理念，设计了一款智能充电器。该充电器可以通过外围电路检测电池的充电状态[6]，弥补早期万能充电器缺乏智能检测的不足。DFM设计使电流充电器具有强大的功能可扩展性和低成本，但人机交互性，需要进一步改进。 复旦大学的侯明明基于日本电子信息技术产业协会的JEITA标准[7]，提出了一种新型智能锂电池充电器的方案，以便于解决以额定电压和额定电流充电的主流充电器芯片在高温条件下易爆炸的潜在危险。此款充电器属于大容量充电器，通过可编程逻辑器件加快充电时间实现快速充电。该设计在各个温度范围内具有良好的充电曲线。但成本比较高，需要在降低成本方面进行改善。 北京交通大学吴迪在锂电池充电控制与管理方法研究过程中解决了单体锂电池主动充电控制方式、过热保护和过充保护等方面的问题[8]，但是该系统的运行机制是由遗传算法改进得来，虽然比较先进但工作量很大也比较复杂，运行速度不能满足要求。 综上所述，虽然这些研究都获得了一定的成功，但是也存在交互性差,成本高昂,运行速度过慢等等一些问题。
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2. 研究的基本内容
基于单片机设计一款智能充电器，实现实时控制充电电流以及检测电池剩余电量功能，同时在确保正常充电的同时不会发生过充现象。需要完成的具体设计包括：
1）电源设计
首先，通过整流电路将220v交流电压源转化为直流电压源。其次，利用滤波电路将脉动的直流电压转换为平滑的直流电压并经过l7805进行稳压。
3. 实施方案、进度安排及预期效果
（1）实施方案：
在目前智能充电器的研究基础上，针对当前锂电池智能充电器系统安全系数不高，工作状态不稳定，不能很好的保持电池寿命等问题，设计一个基于微控制芯片的智能充电系统。整个系统由整流电路、充电控制电路、电压检测电路、温度检测电路、人机交互界面、stm32组成。如图1所示：
4. 参考文献
[1]yang?h.?application?research?of?intelligent?electronic?test?system[j].?journal?of?central?south university,?2004,?3(2):37-39.
[2]george?altermose,?peter?hellermann,?thomas?mazz,?aeroflex.?active?cell?balancing?system?using?an?isolated?share?bus?for?li-ion?battery?management[j].?conference?publications．2011,?12(7):217-220.
[3]phl?nottcn．boost charging?liion?batteries：a?challenging?new?charging?concept[j]．power?sources．2005,?14(10):89-94.
