中心議題：

• 電動汽車電池智能快速充電器的設計

解決方案：

• 電動汽車充電器控製電路設計
• 電動汽車充電器狀態液晶顯示模塊電路設計
• 電動汽車充電器的軟件設計

1 引言

電池是電動汽車的關鍵動力輸出單位，在鉛酸蓄電池，鎳鎘電池，鎳氫電池，鋰電池和燃料電池等幾種常用電池中，因為具有能量比大、重量輕、溫度特性好，汙染低，記憶效果不明顯等特點，鉛酸蓄電池、鎳氫電池在電動汽車中使用很普遍。然而youyuchongdianfangfadebuzhengquezaochengchongdiandianchideshiyongshoumingyuanyuandiyuguidingdeshouming。yejiushishuohenduodianchibushibeiyonghuaideershibeichonghuaide，kejianchongdianqidehaohuaiduidianchishoumingyouhendadeyingxiang。jiyuci。benwentichuyizhongshiyongC805lF040單片機智能充電控製方案的智能充電器的設計，能有效的提高充電效率，延長電池的使用壽命。

2 硬件設計

2．1 係統框圖
該電動汽車智能充電器以c8051040F單片機為控製核心，主要包括AC/DC變換器、IGBT功率模塊、高頻變壓器、整流濾波電路
、單片機控製電路
、脈衝調寬電路以及狀態顯示電路等。圖1是其係統框圖。

圖1電動汽車智能充電器係統框圖

該方案中開關電源的最大輸出功率為2．6KW
，交流輸入範圍為l70V-270V，充電器電路主要包括主充電電路和單片機控製電路兩部分，整個電路的工作過程為：220v單相交流電經過全橋整流由電容進行濾波．得到約300v左右的直流電．經過由4隻IGBT構成的逆變橋
，得到高頻交流電，經高頻變壓器耦合到副邊．再經過整流管D6，D7整流。最後經過電感L3和電容C7濾波後得到穩定的直流輸出。由於采用智能充電
，根據不同的電池每個階段充電電壓和充電電流都不同。所以使用cygnal公司的C8051040F單(dan)片(pian)機(ji)作(zuo)為(wei)充(chong)電(dian)過(guo)程(cheng)控(kong)製(zhi)設(she)備(bei)

，充(chong)電(dian)時(shi)單(dan)片(pian)機(ji)檢(jian)測(ce)充(chong)電(dian)電(dian)池(chi)的(de)充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)，充(chong)電(dian)電(dian)壓(ya)
，電(dian)池(chi)溫(wen)度(du)，防(fang)止(zhi)電(dian)路(lu)過(guo)壓(ya)和(he)過(guo)流(liu)。電(dian)池(chi)溫(wen)度(du)過(guo)高(gao)，還(hai)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)檢(jian)測(ce)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)電(dian)流(liu)值(zhi)來(lai)決(jue)定(ding)是(shi)否(fou)在(zai)切(qie)換(huan)到(dao)下(xia)一(yi)個(ge)的(de)充(chong)電(dian)階(jie)段(duan)。同(tong)時(shi)通(tong)過(guo)單(dan)片(pian)機(ji)給(gei)出(chu)每(mei)一(yi)階(jie)段(duan)的(de)充(chong)電(dian)的(de)電(dian)壓(ya)值(zhi)或(huo)是(shi)電(dian)流(liu)值(zhi)
，與(yu)采(cai)樣(yang)所(suo)得(de)的(de)對(dui)應(ying)電(dian)壓(ya)電(dian)流(liu)值(zhi)相(xiang)比(bi)較(jiao)。通(tong)過(guo)移(yi)相(xiang)控(kong)製(zhi)芯(xin)片(pian)uCC3895改變PWM值來改變功率管的導通時間．達到在不同電池不同階段得到不同穩定的輸出值的目的。

2．2單片機充電控製電路介紹
充電控製電路采用C8051F040單片機進行數據采集和控製，該芯片是完全集成混合信號係統級芯片(soc)．具有與805l指令集完全兼容的CIP-51neihe。tazaiyigexinpianneijichenglegouchengyigedanpianjishujucaijihuokongzhixitongsuoxuyaodejihusuoyoumoniheshuziwaishejiqitagongnengbujian。zhexiewaishehuogongnengbujianbaokuo：ADC、可編程增益放大器
、DAC、溫度傳感器
、12C總線、UART


、SPI、定時器
、可編程計數器

、定時器陣列等。C805lF040單片機采用流水線結構，機器周期由標準的12個係統時鍾周期降為1個係統時鍾周期

，處理能力大大提高，峰值性能可達到25MIPS。內置64K字節的Flash程序存儲器和256B的內部RAM及4KB位於外部數據存儲器空間的XRAM。C805lF040具有片內JTAG調試電路．通過4腳JTAG接口並使用安裝在最終應用係統中的器件就可以進行非侵入式、全速的在係統調試。由於其具有多達8路12位ADc和 8路8位ADC．能對來自端口PORTC的單端輸入電壓
、電流進行采樣。6通道PWM
，片內可編程看門狗定時器．可大大簡化單片機控製電路的外圍設計和保證了程序的安全運行。ADC負責對充電時電壓，電流J2C負責溫度數據的采集

，PWM輸出充電時電壓電流的基準值到到比較電路

，同時單片機控製開關電源控製模塊UCC3895。

電壓檢測電路：電壓采樣電路由精密電阻和可調電阻構成，由於該單片機AD測量最大設定範圍為5V。所以要使電池組電壓成比例的縮小在5V範圍內．然後利用C805lF040內部的AD轉換功能進行轉換。單片機在內部計算出電池電壓

，該電路采用單片機內部自帶l2位 AD轉換．減少了設計電路的複雜性。並提高了可靠性和精度。為了抵抗電氣幹擾和高壓電擊．該電路采用高速隔離光藕PC8l7隔離。

電流檢測電路：一般進行電流采集時在電路中串聯一個阻值很小的取樣電阻．把取樣電阻上的電壓輸入單片機轉換通道，進行A巾轉換．再通過計算把電壓值轉換為電流值。但由於本方案中充電電流較大．使用電阻采樣會消耗點較多的功率，因此。本方案使用電流互感器進行電流采樣。

溫度檢測電路：溫度采樣采用溫度傳感器LM92。LM92是美國國家半導體公司公司出品的單片高精度數字溫度傳感器。常溫下
，測溫精度可達到正負 0．33度。並可與用戶設置的溫度點進行比較。通過12C總線接口可對該傳感器的內部寄存器進行讀寫操作。其編程容易。使用方便
，在高精度溫度測量及控溫過程中得到廣泛應用。
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在充電開始前的預處理階段。根據不同的電池，軟件選擇相應的充電算法．將通道選擇控製字寫入C805lF040單片機的方式寄存器PCAOCPMn中．並初始化計數器，定時器的寄存器PCA0和模塊捕捉／比較寄存器PCAOCPn。PWM輸出信號的頻率取決於PCA0計數器/定時器的時基。改變模塊捕捉／比較寄存器PCA0CPn的值可改變PWM輸出脈衝的占空比。

充電開始後。軟件定時采集采樣電池分壓電阻上的電壓值，同時。電流互感器電路實時檢測充電電流．經過計算．設置PCAOCPn單片機PwM的輸出參數。實現最佳智能充電控製。

2．3 狀態液晶顯示模塊電路
選用LCDl286A點陣液晶顯示屏作為狀態顯示。液晶顯示模塊電路可直接與單片機C8051F040的I/O口的P5和P3連接，P5作為數據口 (D0。D7)；P3．0，P3．1、P3．2
、P3．3、P3．4和P3．5連接液晶模塊的6條信號線LCDD/l，LCDR /W．LCDE
，LCDCSl．LCDCS2和LCDRST控製液晶的讀，寫操作。在充電的每個階段均有狀態顯示，如：電池處於正在充電狀態
、電池因溫度過高進入溫控狀態、電池快充結束充電狀態等。

3 軟件設計

本軟件主要由係統初始化
、預處理
、根據不同電池類型和狀態選擇脈衝快速充電模塊與算法或恒流
、恒壓
、浮充充電模塊與算法等部分組成。其流程如圖2所示。

圖2主程序框圖

3．1初始化
在程序的初始階段應首先對C805lFU40單片機進行初始化操作．通過設置I／O口編碼交叉開關來設置I/O端口的輸入輸出狀態．確定芯片引腳功能，設置中斷
、TIM定時器參數等等。

3．2預處理
預處理階段是進入快速充電前的準備工作。

程序初始化後，首先利用C805lF040單片機的內部溫度傳感器檢測環境溫度。環境溫度過低或過高時．均不能夠對電池進行充電，否則將損傷電池。

然後
，設置A/Dzhuanhuancanshuhetongdao
，jiancedianchideduandianya。jiangjianceshujutonglilunjingyanzhibijiao，panduandianchideleibieyijishifoulianjiezhengque。duiduandianyadidedianchi，caiyongduanshijiandemaidongdianliuchongdian，zheyangyouliyujihuodianchineidehuaxuefanyingwuzhi。bufenhuifushousundedianchidanyuan。duiduandianyazaibiaochengfanweineidedianchixuanzexiangyingdechongdiankongzhimokuaihesuanfa，duiduandianyabuzaibiaochengfanweineidedianchi．軟件自動將其剔除。

3．3快速充電
按預定的充電控製模塊和算法設置C805lF040單片機PWM的控製寄存器PCAOCN、方式寄存器PCAOMD以及16位捕捉，比較寄存器PCAOCPn．打開中斷使能位．開始快速充電。

快速充電時
，C8051F04J0單片機必須不斷檢測以下幾項關鍵技術指標：電路是否出現斷路、電池是否出現不均衡現象

、電池是否達到規定的安全電壓、電池是否溫度過高
、電池是否滿足-△v或△T／△t條件。

qizhongdianchideduanluzhuyaotongguojiancecaiyangdianzushangdedianliudaxiaolaipanduan。erqieweilebimianwupanduanyinggaifanfujiance。dangchuxianduanlushiyingzhongxinfanhuiyuchulijieduan。duanludepanduanshijiyinggaizaidianchiduandianyayijingdadaoyudingzhideqingkuangxiajinxing，fouzezaidianchiduandianyameiyoudadaoyudingzhideqingkuangxia
，chongdiandianliubijiaoxiao。kenengchuxianwupanduan。

電池的端電壓檢測使用C8051F040單片機的片上12位高精度A／D模塊．采用中斷控製方式。這樣可節省C805lF040單片機在加轉換期間的等待時間。端電壓檢測的數據，通過充電算法計算電池的電壓負增長-△V是否滿足快速充電終止條件，時實修改c805lF040單片機PwM的輸出參數，控製充電電流的大小。

電池的溫度檢測在端電壓檢測之後進行。C805lF單片機通過設置不同的地址編碼，訪問相應的數字溫度傳感器 LM92,讀取溫度數據．通過充電算法計算電池的溫度變化率△T／△t是否滿足快速充電終止條件

，時實修改C805lF040單片機PWM的輸出參數，控製充電電流的大小。

為了防止電池被衝壞
，在電池電壓到達最高端電壓Vmax或最高溫度Tmax時應立刻停止充電
，否則會損壞電池。

4 結束語

實驗結果證明
，以C805lF040單片機為控製核心的智能快速充電器已能正常工作。由於C805lF040具有良好的性能價格比
，將其特有的模擬電路模塊

、高精度A/D轉換、12C總線接口以及高速PwM等功能運用到充電控製中．有效使用了C8051FD40的片內外功能．增加產品的智能化和實用性．節省了產品的開發時間和費用
，降低了生產成本
，同時也提高了產品的一致性和可靠性，具有很好的推廣價值。