基于8xC749單片機的電動(dòng)自行車(chē)智能充電器的設計與實(shí)現

在程序的初始階段應首先對單片機進(jìn)行初始化，然后判斷電池是否連接正確，根據電池狀況判斷應該進(jìn)入哪一個(gè)充電階段。具體實(shí)現為開(kāi)始輸出小電壓，然后從小電壓逐漸往上加，不斷讀入電池的電壓、電流，根據所讀入的數據進(jìn)行判斷。
　　當電池很空的時(shí)候，由于電池可能已經(jīng)處于受損的狀態(tài)，這時(shí)候應該采用小電流恒流充電。這樣有利于激活電池內的反應物質(zhì)，部分恢復受損的電池單元。當電池比較空的時(shí)候，可以用大電流恒流充電，使電池在短時(shí)間內沖入比較大的電量而不會(huì )損壞電池。具體算法采取多段恒流方法，實(shí)驗證明多段恒流有利于充入更多的電量。當電池比較滿(mǎn)的時(shí)候，應該采用定壓充電，這時(shí)候隨著(zhù)充電過(guò)程的延續，電流會(huì )逐漸下降，這樣能保證不會(huì )充電過(guò)量而損害電池。當電池很滿(mǎn)的時(shí)候，可以采用的是脈沖充電算法。經(jīng)試驗證明，脈沖充電算法比傳統的小電流充電算法不但速度快，而且充入的電量更多。
　　以上所說(shuō)有四個(gè)充電階段(小電流、多段恒流、恒壓、脈沖)可以采用P、PI、PID算法，以保持電流/電壓的恒定。在充電過(guò)程的初段，電池處于恒流充電狀態(tài)，由于電池比較空，控制器對電流的精度要求不高，此時(shí)可以采用P算法。通過(guò)調整P算法的比例系數Kp，可以控制誤差的大小。Kp越大，電流誤差越小，但同時(shí)系統穩定性降低。根據控制理論，可以得到以下關(guān)系式：
　　Ui,i+1＝Ui,i+Kp×(Uo,i－Uo,i－1)
　　ΔI＝A/Kp
　　其中A為充電系統所確定的常數，由實(shí)驗測得。
　　在充電過(guò)程的定壓階段，為了避免電池過(guò)充電，充電器對電壓精度的要求比較高，此時(shí)應采用PI算法，以達到充電器對電池端電壓無(wú)差控制的目的。定壓控制的原理如圖4所示。輸出電壓Ui,i+1可由下式計算：
　　Ui,i+1＝Ui,i+Kp×(Uo,i－Uo,i－1)+Ki×Σ(Uo,j－Uo,j－1)

由于電池是一種容性負載，時(shí)間常數比較大，加上開(kāi)關(guān)電源電路中也有一定的時(shí)延，因此整個(gè)電池充電系統的延時(shí)是比較大的。另外由于均衡充電電路也會(huì )引入很大的干擾，因此充電算法的魯棒性非常重要，否則很容易出現控制器反應遲緩或出現超調震蕩的現象。在這種情況下，PI算法中的常數Kp、Ki的數值對系統的穩定性非常重要。尤其是Ki，其取值范圍比較小，很小的變化就會(huì )引起系統的震蕩。一般情況下，Kp、Ki的確定可以采用以下方法：
　　(1)先采用P算法初步確定Kp1，選擇Ki1＜＜Kp1；
　　(2)經(jīng)實(shí)驗調整得Ki2;
　　(3)再經(jīng)實(shí)驗調整得Kp2；
　　(4)重復步驟(2)、(3)一到兩次；
　　(5)微調Ki，使系統的穩定域盡量大、時(shí)間常數盡量小。
　　必須注意的是，無(wú)論在任何階段，控制器都必須不斷檢測以下三項關(guān)鍵技術(shù)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。其中電池的斷路主要通過(guò)檢測電流的大小來(lái)判斷。而且為了避免誤判斷，應該反復檢測。當出現斷路時(shí)，應重新返回預處理階段。斷路的判斷應該在電壓已經(jīng)達到預定值的情況下進(jìn)行，否則在電壓沒(méi)有達到預定值的情況下，電流比較小，可能出現誤判斷。均衡充電是智能電器的另一個(gè)重要特點(diǎn)。在充電的過(guò)程中，由于電池的質(zhì)量不相同，容量小、質(zhì)量差電池的電壓在充入相同電量后會(huì )出現電壓增加比另一個(gè)電池多的情況，如果不采取措施，它們的電壓差將會(huì )增大，以至其中一個(gè)電池很快達到規定的安全電壓，充電過(guò)程被迫停止。這時(shí)候應該對電壓高的電池進(jìn)行放電，即均衡充電。這樣有利于恢復電池內受損的單元，使充電過(guò)程能順利地進(jìn)行下去。為了防止電池沖壞，在電池電壓到達規定的安全電壓時(shí)應立刻停止充電，否則會(huì )損壞電池。
　　綜上所述，智能充電器是根據電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)游覽車(chē)的現實(shí)需要而開(kāi)發(fā)的，在引入了單片機作為控制器以后充電效果比較理想，達到了在保證電池安全的情況下盡量多充入電量的預期效果。但由于智能充電器發(fā)展時(shí)間尚短，無(wú)論在硬件設計上還是控制算法方面還存在著(zhù)一些不足，有待以后不斷地改進(jìn)。