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1、 基于单片机的磷酸铁锂电池充电电路设计 摘 要磷酸铁锂电池，全程磷酸铁锂锂离子电池，作为重要组成部分的车用动力电池，目前已经引起学术界、产业界和投资界的高度关注。而磷酸铁锂电池如此火热的同时，相应的充电电路却由于种种原因暂未得到大规模普及应用。这里就提出一种设计方案，能解决同时对16路单节磷酸铁锂电池进行充电，每一路可完成自动检测，自充电，给出电池是否正常的指示。其主控芯片为ATmega16单片机，ATmega16速度快、片上资源丰富、驱动能力强、自带8路10位AD转换模块，能够满足系统的控制要求。同时，电路还利用热敏电阻对电池组进行温度采样监控，当温度过高时，报警、并断开所有电池充电电源，保
2、证充电电路和电池组的安全。关键词：磷酸铁锂，充电控制，AVR单片机AbstractLithium iron phosphate batteries, whose whole name is lithium iron phosphate lithium-ion battery, has caused great concern in academia, industry and the investment community, as an important part of the cars power battery. As the popular time of lithium iron
3、phosphate batteries, the charging circuit have not yet to get mass adoption application for various reasons.Here we proposed a design to solve that charge 16 single-cell lithium iron phosphate battery the same time, and each road can be completed by the automatic detection, and giving the normal ins
4、tructions of the battery. ATmega16 microcontroller ,as the main chip, with resource-rich on-chip drive capability, and 10 8-channel AD converter, is able to meet the control requirements of the system. The charging circuit can sample the battery pack with the help of the thermistor to monitor the te
5、mperature too. When the temperature is too high, the charging circuit warning, and disconnect all battery charging power supply, to ensure the safety of the charging circuit and battery pack.Keywords：Lithium iron phosphate, Charge control, AVR microcontroller目 录1 前言11.1磷酸铁锂电池充电电路简介11.2充电电路的发展现状11.2.
6、1充电电路国内外市场现状11.2.2充电器的发展方向21.3本设计的主要任务22 磷酸铁锂电池充电电路的方案22.1 充电电路的工作原理32.1.1 磷酸铁锂电池简介32.1.2 磷酸铁锂电池的充电特性42.1.3 磷酸铁锂电池对充电电路的性能要求42.2 充电电路的设计52.2.1 AVR单片机介绍52.2.2 充电控制电路流程控制62.3 可能遇到的难点以及应对解决方案73 磷酸铁锂电池充电电路设计83.1 AVR单片机供电电源部分设计83.2 AD转换采样部分设计83.2.1 重要原件介绍93.2.2 单路电池电压采样的工作原理93.2.3 多路电池电压采样的工作原理103.3 液晶屏1
7、602显示部分113.4 恒流恒压切换部分设计113.5 过热保护部分124 AVR单片机软件设计要求124.1 AVR单片机程序设计要求134.2 AVR单片机程序流程图134.3 模块化的程序144.3.1 AD采样子程序154.3.2 液晶显示子程序154.3.3 延时子程序154.3.4 保护电路165 结束语16致谢16参考文献17 1 前言1.1磷酸铁锂电池充电电路简介近年来，随着石油资源成本价格的日益上涨，电动汽车的发明为解决传统能源危机问题应运而生，电动汽车行业的发展可谓风起云涌，而作为重要组成部分的车用动力电池，已经引起学术界、产业界和投资界的高度关注。磷酸铁锂锂离子电池现处
8、于刚起步的阶段，按照动力电池发展的要求，磷酸铁锂动力电池一般为多节串并联组成电池组工作，而其充电电路就要求能对电池组内多节电池同时进行快速充电。考虑到不同单节电池可能存在一定的差异性，而传统串联充电方式就存在一定的问题：容量小、电压高的电池先充满，而容量大、电压低的电池还未充满。此时，出于安全起见，就应停止对串联电池组的充电，这样的话，就存在电池组不能充满至完全容量的问题。久而久之，电池组内电芯还会出现不同程度的老化，既浪费电池资源，又缩短电池组寿命。因此设计出此充电电路，针对电池组内每节电池进行单独充电控制，实现每节电池利用最大化。此电路采用AVR单片机作为主控制器。AVR系列的ATmega
9、16单片机具有速度快、片上资源丰富、驱动能力强、功耗低、性价比高、保密性好等特点。其内部资源也非常丰富，自带8路10位AD转换模块，能对每节电池进行单独采样，单独控制其充电进程，对这项功能的开发可以很好的解决传统充电方式的不足，因此ATmega16单片机就成为设计磷酸铁锂锂离子电池充电电路的主控芯片的最佳选择。1.2充电电路的发展现状1.2.1充电电路国内外市场现状2009年国内共计约生产销售30多万组电动车用锂离子电池，其中70%以上出口到欧美地区，国内大约占到15%左右。因配套出口的锂离子电池充电器在安规、EMC等方面要求比较高，能真正满足要求的生产厂家也就2、3家。但随着国内市场的逐步扩
10、大，生产锂离子电池充电器的厂家也在增多，但现在的品质状况并不乐观，主要表现在以下3个方面：（1）在国内由于电动车充电器不属于3C认证产品，目前也没有行业的标准，加上国内对充电器管控并不严格，所以国内市场使用的充电器跟出口的相比，在价格上便宜许多，但在符合安规、使用的材料品质、EMC等方面还是有很大的差别。（2）由于现在好多生产锂电池充电器的厂家对产品的技术指标不够了解，特别是对一些容易造成安全隐患的指标没能采取有效的控制，所以现在部分充电器还存在比较大的安全隐患。（3）目前市场上主要有锰锂电池和铁锂电池两种，两种电池的充电器充电模式是一样的，但充电电压却不同。像额定电压为36V的锰锂电池的充电
11、电压为42V，而铁锂的充电电压为43.8V,两种电池的充电器又没有进行统一的规范,这样就有可能造成混用,从而会出现过充或充电不足的现象，甚至出现安全隐患。1.2.2充电器的发展方向（1）出口产品的发展方向。由于欧美等地区对充电器管控比较严格，品质要求也只会越来越高。为了确保安全，充电器会逐步要求增加电池的温度检测、定时关断、过充保护、甚至电池识别等功能。另外随着电动车新的标准EN15194的实施，国外对充电器符合安规，特别是EMC方面也会管的更严格。（2）国内充电器的发展方向。一、随着锂离子电池技术的进步以及对锂离子电池的认识加深，对充电器也会不断提出新的要求，特别是对过充等带来安全隐患的方面
12、加强控制。二、电动车充电器会逐步加入3C认证的范围，这样对提高充电器的品质会有推动。三、随着锂离子电动自行车协会的成立，会逐步出台充电器的行业标准，使充电器更规范，逐步标准化。1.3本设计的主要任务本设计目的就是为解决同时对16路单节磷酸铁锂电池进行充电，每一路可完成自动检测，自充电动。并能在显示屏上依次显示每节电池的电量状态，充电方式为：先对电池进行电压检测，判断电池状态，如果电池电压不在正常范围内，说明电池已损坏，则不对电池进行充电，并给出提示；如果电池电量低，则先进行恒流快速充电，当电池电压升至临界点时，电路自动切换成恒压充电，并恒压充电2小时；若电池电量已经接近满电状态，则直接进入恒压
13、充电状态，恒压充电2小时，即可将电池充满，随后切断该路充电电路电源，停止给电池充电，并点亮指示灯提示用户该节电池充满。在充电的同时，当发生未知情况，电路过热的话，有过热保护电路及时切断电池充电电路，以保证设备以及电池组的安全。2 磷酸铁锂电池充电电路的方案按照设计要求，充电电路采用AVR系列ATmega16单片机作为主控芯片，ATmega16片内有8路10位AD转换模块，处理速度是普通51单片机的12倍，保密性高，性能足以胜任充电电路的性能要求。由于ATmega16只有8路ADC，而充电电路要求要为16路磷酸铁锂电池进行充电，所以要借用CD4051选通器，对前8路和后8路电芯进行实时切换处理。
14、同时辅以74F373用以锁存单路状态，由ATmega16单片机循环检测控制每路电池充电状态，以达到同时对16节磷酸铁锂电池充电管理的目的。2.1 充电电路的工作原理2.1.1 磷酸铁锂电池简介目前，已量产应用的二次电池种类主要有3种：铅酸电池、镍氢电池与锂离子电池。由于铅酸电池能量密度小、污染大，故其成本优势不足以抵消劣势，在车辆动力方面仅在小型电动自行车等领域得到应用。镍氢电池现在为混合动力汽车领域应用的主要产品，因其制造工艺成熟，购置和使用成本低，故而在短期内仍是混合动力汽车的首选，但是其比能量较小、自放电率高、充电发热和记忆效应等方面的问题直接制约到该电池的应用，这些缺点的存在致使镍氢电
15、池可能只作为过渡产品存在。锂离子电池是上世纪90年代发展起来的高容量可充电池，相比镍氢电池，能够存储更多的能量，自放电率小、循环寿命长、比能量大、无记忆效应，能够满足对寿命、体积、功率等要求较高的乘用车需求，已成为以后纯电动汽车应用最为理想的产品。锂离子电池的正极材料有很多种，主要有钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其中，采用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池就称作磷酸铁锂电池，全称为磷酸铁锂锂离子电池，简称磷酸铁锂电池。磷酸锂铁，又称磷酸铁锂、锂铁磷，简称LFP，其原物料来源广泛、价格低廉且无环境污染。由于它的性能特别适于作动力方面的应用，而又称为磷酸铁锂动力电池。相比传统的水溶液
16、二次电池（如镍氢、镍镉和铅酸电池）而言，磷酸铁锂离子电池具有这样的特点：（1）寿命长。铅酸电池的循环寿命一般在300次左右，较好的也只有500次，而磷酸铁锂动力电池，循环寿命可达2000次。同质量的铅酸电池正常工作寿命为11.5年时间，而磷酸铁锂电池在同样条件下使用，可达到78年。综合考虑，性能价格比远超过传统铅酸电池。（2）能量密度高。磷酸铁锂的理论比容量大，为170mAh/g，产品实际比容量可超过140 mAh/g。相比传统铅酸电池，有很大的比容量优势。（3）充放电性能良好。可以使用大倍率充电，最快可在1小时内将电池充满；亦可大电流放电，起动电流可达2C，而铅酸电池现在无此性能。（4）工作
17、电压适中。放电范围是从3.65V3.0V（可能因生产厂家和生产工艺的不同而略有差异）。（5）无记忆效应。镍氢、镍镉电池存在记忆性，这种电池经常处于充满不放完的条件下工作，容量会迅速低于额定容量值，而磷酸铁锂电池无此现象，电池无须先放完再充电，可随充随用。综上所述，磷酸铁锂电池的许多关键指标均处于领先地位。因而在今电池大战中独领风骚，成为最具有发展潜力的电池体系。2008年8月11日出版的自然材料报告中指出，磷酸铁锂离子电池将会被用作环保清洁的电动汽车的动力装置，前景被普遍看好。2.1.2 磷酸铁锂电池的充电特性由于锂离子电池的材料特性与传统二次电池不同，所以锂离子电池的充电方式和一般二次电池的
18、充电方式也不相同。锂离子电池的充电方式一般分为以下两个阶段。(1)恒流充电阶段。当电池电压检测正常（位于2.05V3.6V之间），电路就开始进入恒流充电阶段。此阶段属于快速充电过程，充电电流很大，充电速度很快。(2)恒压充电阶段。随着电池充电的进行，当电池的电压达到恒压门限电压时，其充电量接近其容量的4070，随后，充电器进入恒压充电阶段。在恒压充电阶段，当充电电流逐渐下降到低于电池的0.1C时，完成充电过程。磷酸铁锂电池作为锂电池的一种，其充电特性也完全符合以上充电特性，由于磷酸铁锂电池的能量密度较其它类型的锂电池低，所以其最高充电电压为3.6V，标准工作电压是3.2V，截止放电电压是2.0
19、5V。而一般的锂电池的标准工作电压为3.6V，最高充电电压为4.2V。因此磷酸铁锂电池的充电电路也就与一般的锂电池充电电路不同。需在原充电电路上做一些新的设计，使其适合为磷酸铁锂电池充电。2.1.3 磷酸铁锂电池对充电电路的性能要求磷酸铁锂锂电池内部化学物质比较脆弱，对充电电压，充电电流和温度都比较敏感，因此充电电路对电池充电状态的控制要及时和精确，不能有过大的误差。因此，锂铁电池需要精密的充电电路以保证充电安全以及充满，锂铁电池的充电要求有：（1）磷酸铁锂锂离子电池的充电电流应根据电池生产厂的建议使用，并要求有限流电路以免发生过流，一般常用的充电速率为0.25C1C。采用0.5C充电时因充电
20、过程中电化学反应会产生热量，所以有一定的能量损失。（2）磷酸铁锂锂离子电池的充电电路和以往的镍镉、镍氢电池也是完全不同的。因此，锂离子电池不应该借用一般的镍镉、镍氢电池充电器来充电。锂离子专用充电电路的性能应该好于通用充电器（可充镍镉、镍氢电池，也能充锂电池）。（3）磷酸铁锂锂离子电池充电时，不仅有横流充电，还有恒压充电，所以实际充电时间为恒流和恒压充电时间之和。电池对温度也有一定的要求，各生产厂商都给出了充电温度范围，放电温度范围以及保存温度范围。一般情况下，锂电池的充电温度为060。如果电池充电电流过大，会使温度升高，不仅会损坏锂离子电池，而且可能会产生爆炸的危险。因此在大电流充电时，需要
21、对锂离子电池进行温度检测，并在超过高温阈值时能自动停止充电以保证安全。2.2 充电电路的设计综合前面所述的磷酸铁锂电池特性，本文采用通过控制电路切换电池充电电源的方式来设计磷酸铁锂电池的充电电路。切换电路的充电方式就是在锂电池充电的各个阶段，通过检测电池电压状态，以合适的电源（恒流源或恒压源）给电池充电，并具备充满自动断电功能。该方式的优点在于具自动适配合适的充电状态，有助于维持电池性能，延长电池寿命。研究以往根据研究电池特性，我们发现第一阶段恒流充电过程中，电池电压不断升高，达到临界值时，如果继续恒流充电，电池电压就不再大幅度升高，而电池发热量会增大，这样就很容易损坏电池。而临界点之后切换成
22、恒压充电，充电电流就会逐渐减小，使电池电量逐渐饱和，这样的过程非常缓和，电池发热量并不大，对电池也无损伤。图1 是充电电路的电压和电流变化曲线示意图。图1 充电电路的电压和电流变化曲线2.2.1 AVR单片机介绍AVR单片机是1997年由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精简指令集高速8位单片机。AVR的单片机可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。1997年，由Atmel公司挪威设计中心的A先生和V先生，利用Atmel公司的Flash新技术，共同研发出RISC精简指令集高
23、速8位单片机，简称AVR。此设计用AVR系列里的ATmega16作为主控制芯片。ATmega16本身自带10位精度，0.5LSB的非线性度，2LSB的绝对精度，65-260s的高速转换时间，最高分辨率时采样率高达15kSPS，8路复用的单端输入通道，7路差分输入通道，2路可选增益为10x与200x的差分输入通道，可选的左对齐ADC读数，0-VCC的可调ADC输入电压范围，可选的2.56VADC参考电压，连续转换或单次转换模式，还可以通过自动触发中断源启动ADC转换，ADC转换结束中断。本芯片是以Atmel高密度非易失性存储器技术生产的。片内ISP Flash允许程序存储器通过ISP串行接口，或
24、者通用编程器进行编程，也可以通过运行于AVR内核之中的引导程序进行编程。引导程序可以使用任意接口将应用程序下载到应用Flash存储区(Application Flash Memory)。在更新应用Flash存储区时引导Flash区(Boot Flash Memory)的程序继续运行，实现了RWW操作。通过将8位RISC CPU与系统内可编程的Flash集成在一个芯片内，ATmega16成为一个功能强大的单片机，为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决方案。2.2.2 充电控制电路硬件组成结构ATmega16单片机作为控制电路的主控芯片，在整个充电控制电路中发挥着不取代的作用。全部硬件电路功
25、能都围绕着ATmega16的控制而展开，其中主要几个部分的描述如下：（1）单片机稳压供电模块和复位电路属于单片机最小系统的基础电路。（2）LCD1602液晶屏模块用于显示电池的电压状态。（3）报警装置在电池充满或电池有故障时发出声音，提示用户做出处理。（4）电池温度采样模块作用是实时检测电池组温度，防止意外高温，保障电路基本工作安全。（5）74HC4051数据选择器与74HC373锁存器配合，对各路电池电压信号进行分时采样，实现在单片机ADC端口有限的情况下，对16路电池进行采样和控制的要求。对应充电控制电路硬件组成结构如图2所示：图2充电控制电路硬件组成结构图2.3 可能遇到的难点以及应对解
26、决方案对于磷酸铁锂锂离子电池充电控制电路的设计，由于是比较新的电池技术，相应的充电电路可借鉴和研究的资料不是非常充足，我们不得不考虑一些实现起来有些困难的因素，并提示合适的解决方案。对于一些可能出现的难题和相应的解决方案，我们陈列如下：难点1：由于采用AVR系列ATmega16单片机作为充电电路主控芯片，ATmega16有8个ADC端口，而充电电路设计要求能对16节电池进行独立充电管理，所以ADC采用端口存在不能进行一对一采样分析的问题。相应发解决方案：通过应用74HC4051数据选择器与74HC373配合，对各路电池电压信号进行分时采样，以实现利用有限的ADC端口对16路电池进行采样检测和充
27、电控制管理。难点2：由于磷酸铁锂电池充电时，恒流恒压充电切换点的控制要求很精确，不能有太大误差，否则电池处于过充状态的话，很容易发热或造成电池极化缩短电池寿命。解决方案是：（1） 布线时注意不同线路之间的干扰，尽量降低继电器等会产生电磁辐射的原件对控制电路采样信息的干扰。（2） 采用高品质的充电电源，保证恒流充电和恒压充电（尤其是恒压充电）时，电压电流的精确度，如若电压偏差或波动太大，则可能对电池寿命产生严重的影响。3 磷酸铁锂电池充电电路设计磷酸铁锂充电电路按照功能模块分类，大致可分为五个部分：（1）AVR单片机供电电源部分；（2）AD采样部分（采用原因，特点，应用功能）（3）1602显示部
28、分（4）驱动电平部分（5）过热保护部分。3.1 AVR单片机供电电源部分设计单片机供电部分采用目前比较成熟的三端稳压集成电路7805。集成稳压器7805模块具有相对成本较低，稳压效果好，纹波系数低等优点，且自带有过热过流保护。7805的外观象是普通的三极管，它采用TO-220的标准封装，也有9013样子的TO-92封装。用78系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的78后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正6V，7909表示输出电压为负9V，7805则表示输出电压为5V。因此三端固定集成稳压电
29、路的使用方便，电子制作中经常采用。7805的外围电路相对简单，输入端有一个电解电容和一个瓷片电容作为简单滤波，输出端与输入端相似，有两个电容用以减小输出纹波电压，提高电路稳定性。另外还有一个电源反接保护二极管，用以保护电源免于人为原因不慎接反造成的IC损坏。其电路图如图3所示：图3 单片机供电电路3.2 AD转换采样部分设计ATmega16有一个10位的逐次逼近型ADC。ADC与一个8通道的模拟多路复用器连接，能对来自端口A 的8 路单端输入电压进行采样。单端电压输入以0V (GND) 为基准。器件还支持16 路差分电压输入组合。两路差分输入(ADC1、ADC0 与ADC3、ADC2)有可编程
30、增益级，在A/D 转换前给差分输入电压提供0dB(1x)、20dB(10x) 或46dB(200x)的放大级。七路差分模拟输入通道共享一个通用负端(ADC1)， 而其他任何ADC 输入可做为正输入端。如果使用1x 或10x 增益，可得到8 位分辨率。如果使用200x 增益，可得到7 位分辨率。ADC 包括一个采样保持电路，以确保在转换过程中输入到ADC 的电压保持恒定。ADC 的框图如 Figure 98 所示。ADC 由AVCC 引脚单独提供电源。AVCC 与VCC 之间的偏差不能超过 0.3V。3.2.1 重要原件介绍CD4051在电路中担当重要功能，它相当于一个单刀八掷开关，通过控制接通
31、时序，能使单片机的一个ADC端口为8路电池电压状态进行采样。单片机依次循环发出ABC三位地址码，CD4051接通哪一通道，就由输入的3位地址码ABC来决定。“INH”是禁止端，当“INH”=1时，各通道均不接通。此外，CD4051还设有另外一个电源端VEE，以作为电平位移时使用，从而使得通常在单组电源供电条件下工作的CMOS电路所提供的数字信号能直接控制这种多路开关，并使这种多路开关可传输峰峰值达15V的交流信号。CD4051的原理图如图4所示：图4 CD4051的原理图3.2.2 单路电池电压采样的工作原理单路采样的原理相对比较简单，用AVR单片机AD转换IO口直接对输入的电池模拟电压进行采
32、样分析，可得出电池端电压状态，从而对电池进行充电或状态切换控制。3.2.3 多路电池电压采样的工作原理而多路采样的情况下，由于ATmega16的IO口有限（只有8路AD转换IO口），电路要求16路AD采样，所以应用74HC4051数据选择器与74HC373配合，对各路电池电压信号进行分时采样，节约IO口资源，提高电路的紧凑性。由于采用统两路AD转换器，对16路电芯分别进行采样，所以误差相比多ADC方案较小。AD采样顺序，例如，当需要采集模拟一路电压信息时，C3高电平，选通U4工作，使U4的A1、B1、C1端口输出0、0、0，选通U1模拟一路，与U1输出数据端X相通，数据送入单片机ADC0端口进
33、行处理。当需要采集模拟二路电压信息时，C3高电平，选通U4工作，使U4的A1、B1、C1端口输出0、0、1，选通U1模拟二路，与U1输出数据端X相通，数据送入单片机ADC1端口进行处理。余下端口以此类推。对模拟九路采集时，选通U5，原理与上述芯片U1类同。示意图与详细接口见图5：图5 多路采样的工作原理图3.3 液晶屏1602显示部分液晶屏1602是工业字符型LCD，能够同时显示16x02即32个字符（16列2行）。它具有微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧等特点，常用在袖珍式仪表和低功耗应用系统中。采用+5V电压，对比度可调，内含复位电路，提供各种控制命令，如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显
34、示移位等多种功能，有80字节显示数据存储器DDRAM，内建有192个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM，8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM。1602识别的是ASCII码，可以直接用ASCII码赋值，采用串口对1602写入数据，应用简单直接。这里是充电电路全图的1602液晶屏部分，图6：图6 LCD1602液晶屏电路图3.4 恒流恒压切换部分设计该部分采用两个继电器，分别控制充电电路接通和断开状态以及恒流恒压充电切换状态。采用三极管驱动继电器，继电器吸合，接通对应触点。两组对应出点控制电池的电源接通与恒流恒压切换。这里，将其一路充电控制原理描述如下，其余15路控制原理于此类同。
35、当1Q输入高电平时，对应三极管导通，K1闭合，充电电路开始对电池进行恒流充电；当Q17输入高电平时，对应三极管带动K2动作，将电池充电电路切换至恒压充电状态。具体充电电路如图7所示：图7 恒流恒压切换电路图3.5 过热保护部分此充电电路设计有过热保护功能，当温度超过设定阈值60时，电路会自动切断所有充电电源，保护电池和设备安全。电路如图所示，热敏电阻PTC应安置在充电电池组中，温度过高时，电阻阻值变大，抬高TEMP端电压；此时由单片机AD转换口采样的电压信号达到阈值，立即对充电电路发出断开信号，实现断电动作。详细电路见图8：图8 过热保护电路图4 AVR单片机软件设计要求AVR单片机的软件程序
36、应满足及时准确的要求，电压采样要求达到一定精度，控制速度快。4.1 AVR单片机程序设计要求（1）恒流恒压切换要求：恒流充电阶段充电很快，电流大，所以，当电池达到电压临界点时，充电状态切换要求及时准确。（2）进入恒压阶段要求：根据电池性能要求，一般经过2小时恒压充电，电池就可以充满，所以这里对恒压充电进行定时设置，从开始恒压充电，定时2小时后断开充电电路，提示电池以充满。4.2 AVR单片机程序流程图单片机的程序作用就是控制充电电路按照设计要求执行控制。首先，上电开机，单片机执行初始化程序操作；然后开始检测电视电压是否正常（其值应为2.053.6V之间），如果电压不正常，电路或执行报警操作，反
37、之，电路进入恒流充电状态，随即对每节电池依次检测电压是否达到3.6V，未达者继续恒流充电，达到3.6V的立即输出动作信号切换至恒压充电。对恒压充电的电池，充电2小时候，断开电路，发出提示信号，告诉用户电池已充满。见图9：图9 AVR单片机程序流程图4.3 模块化的程序AVR单片机的程序采用C语言编写，程序可分为四大部分，包括主程序，AD采样子程序，液晶显示子程序，延时子程序。主程序高速循环扫描，对每节电池进行循环短间隔检测，可以达到实时检测效果。首先，对端口进行配置，先配饰输出与控制端口，再进行AD端口配置，随后进行的事情初始化程序，LCD1602液晶模块初始化，LCD1602模块清屏，最后进
38、入充电管理功能程序块，开始正式工作。对电池电压进行采样，采出数据进行处理，然后通过LCD1602液晶显示出来；判断电压是否正常，正常的话，控制驱动电路进行恒流充电，如果不正常，报警并显示错误；当电池达到恒压充电切换点时，自动输出信号，驱动电路切换至恒压充电状态；并控制定时器定时2小时进行恒压充电。如此循环，依次反复扫描个节电池，实现循环采样，实时控制。主程序详细内容如下所示：void main(void) port_init(); DDRD = 0X07; PORTD = 0XFF; DDRC = 0Xff; PORTC = 0XFF; time1_init(); F1602_init();
39、F1602_clear(); while(1) /key(); for(i = 0;i 16;i+) ad = mega16_ad(a); ad = ad * 5000 / 1024; delay(1); lcddisplay(); if(2.05 ad 3.6) PORTD |= 0X70; PORTC = 0X01; PORTD &= 0XFB; delay(100); 4.3.1 AD采样子程序此AD采样是通过ATmega16单片机内部AD转换模块进行数据采样的。通过配置内部单片机寄存器，读出数据进行处理，得出电压值。uint mega16_ad(uchar k) uint addata
40、; /DDRA &= 0XFE; /PORTA &= 0XFE; DDRA = 0X00; PORTA = 0X00; ADMUX = chk; ADCSRA = 0X80; ADCSRA |= 0X40; while(!(ADCSRA & 0X10); addata = ADCL; addata = addata + ADCH * 256; return addata;4.3.2 液晶显示子程序LCD1602通过D0D7的8位数据端传输数据和指令。其显示调用指令不同于传统51单片机，但有很大的相似性，经过移植修改，可以得到适用于AVR单片机的显示子程序块。4.3.3 延时子程序延时程序的作用
41、较为简单，主要是为了消除前次数据处理的残存干扰。使充电电路采样部分工作更加精确和稳定。这里主要有两个延时程序，一个是毫秒级延时，一个是微秒级延时。详细程序如下所示：void delay(uint z) uint i,j; for(i = 0;i z;i+) for(j = 0;j 135;j+);void delay_us(unsigned int x) while(x-);4.3.4 保护电路保护电路由定时器控制，每100ms对热敏电阻进行一次AD采样，当温度过高时，报警，并断开所有电池充电电路。这样可以实现实时监控，确保充电电路和电池的安全。5 结束语本文介绍了基于ATmega16的磷酸铁
42、锂锂离子电池充电控制电路。此电路适用于磷酸铁锂电池充电，可以能起到很好的激活电池容量，延长电池寿命的作用，同时相比固化的电池充电IC专利技术方案，此电池充电方案虽存在一些问题和不足，但此方案有成本低，可调整、可定制性强的优势，适合个人和小企业用户自行制作调试。:其功能可主要概括如下:（1）可对磷酸铁锂锂离子电池自动检测电压，给出电池是否正常的指示。可帮助用户进行简单的电池状态判断。（2）能自动切换锂离子电池充电状态，实现快速充电。基于对ATmega16单片机强大的片上资源的利用，切换充电状态能做到及时准确。这样能起到对电池的最大保护，延长电池寿命。（3）在控制电路的设计中，为了保护充电电路设备
43、和电池安全，我们利用热敏电阻对电池组进行温度采样监控，保障充电安全。（4）该充电电路采用的是AVR系列ATmega16单片机作为主控芯片，ATmega16速度快、片上资源丰富、驱动能力强、自带8路10位AD转换模块，能够满足系统的控制要求。致谢本文的全部工作是在宋老师的亲切关怀和悉心的指导下完成的。导师崇高的人格、敏捷的思维、渊博的学识、严谨的学风、深厚的专业功底以及追求真理、勇于创新的精神给我留下了深刻的印象，使学生受益终身，也将永远激励和鞭策着我刻苦学习，努力工作。导师不仅在学业上为我呕心沥血，还在工作中为我指明了方向，在生活中给予我无私的关怀和传授我许多做人的原则。我在工作和学习中的点滴
44、进步，都离不开导师的帮助。至此论文结稿之际，谨向我敬爱的导师致以深深的谢意和崇高的敬意。在论文进行的整个过程中，作者参考了许多优秀的教材、专著、科研论文和学位论文，受到了很多启发，在此向收录于论文参考文献中的各位作者表示最诚挚的谢意。特别感谢给予我无私帮助和支持的父母和家人，是他们的奉献、关爱以及支持和鼓励使我的论文得以顺利完成。最后，向曾给我提供帮助而未提及的所有亲人、朋友、老师、同学和同志表示由衷的感谢。参考文献1周志敏,周纪海,纪爱华.充电器电路设计与应用M.人民邮电出版社,20052郑红河.锂离子电池电解质M.化学工业出版社,20073森本直久,井上利弘.二次电池的充电控制方法及充电控
45、制电路D.松下电器产业株式会社,20104原英夫.充电控制装置及利用该充电控制装置的电子设备D.罗姆股份有限公司,20105林子华,刘科,顾建良.一种充电控制模块及其充电控制方法D.惠州TCL移动通信有限公司,20116松山贵洋,西村直人.充电控制方法、充电控制装置、二次电池系统、二次电池电力源及电池应用装置D.夏普株式会社,20117一志将人,充电控制装置及充电控制方法D.丰田自动车株式会社，20118王凯临.并联蓄电池充电控制装置D.浙江韦德电子有限公司，20119薛幸甫,董森.便携式电子装置以及相关的充电控制方法D.扬智科技股份有限公司，201110谷口明宏,饭田琢磨,充电控制电路以及具
46、备该充电控制电路的充电装置、电池组件D.松下电器产业株式会社，201111苏凯,徐炳林,孙彦秋,一种电池充电控制电路D，比亚迪股份有限公司,201112卫宇,张建华,郭彬,牛凯华;王兴辉.一种电动车充电控制系统及控制方法D，比亚迪股份有限公司,201113焦萌,罗萍,靳增会,李会娟,压力模块在氢镍电池充电控制中的应用J.电源技术，200814曾庆周,李松强.电池充电控制装置和风力发电机组D.华锐风电科技（江苏）有限公司，201115石原大阿;贝野友美.充电控制方法、充电控制装置及组电池D.三洋电机株式会社，201116刘大能.锂电池充电管理电路和方法及直放站D.广州华进联合专利商标代理有限公司，201017程涛.锂电池线性充电芯片系统研究与设计D.华中科技大学,半导体芯片系统设计与工艺，200718陈琛,何乐年.恒流/恒压充电方式的锂电池充电器芯片J.半导体学报,2007(07):.28-3319梁
