一種低成本超小型鋰電池放電儀

林志琦，施欣蓉，趙江托，陳文帥

(長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130012)

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一種低成本超小型鋰電池放電儀

林志琦，施欣蓉，趙江托，陳文帥

(長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130012)

采用PIC12C508單片機(jī)芯片作為控制電路的核心元件，通過(guò)程序控制電池的充放電過(guò)程，實(shí)現(xiàn)鋰電池容量及壽命的測(cè)量。

單片機(jī); 鋰電池; 放電儀

0 引 言

鋰電池是目前最佳的電池能源，也是應(yīng)用最廣泛和最有發(fā)展前景的能源。鋰電池因其能量高、電池電壓高、工作溫度范圍廣、壽命長(zhǎng)，已被廣泛應(yīng)用到軍事和民用小型電器中[1]。由于鋰電池的廣泛應(yīng)用，移動(dòng)電話、筆記本等小型電子設(shè)備的體積不斷減小。但是鋰電池隨著使用年限的增加，其容量會(huì)逐漸減小[2]，從而進(jìn)一步影響蓄電池的使用壽命[3]。為解決這一問(wèn)題，放電儀的使用必不可少。放電儀配合計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件，對(duì)鋰電池恒流放電進(jìn)行檢測(cè)及核對(duì)電池容量試驗(yàn)，監(jiān)測(cè)紀(jì)錄并儲(chǔ)存放電電壓、放電電流、放電時(shí)間、放電曲線等電路參數(shù)[4-5]。通過(guò)得到的電池放電曲線，計(jì)算電池容量。

目前,市場(chǎng)上有各種型號(hào)的放電儀，但大多數(shù)價(jià)格都偏高，且體積大，不方便隨身攜帶使用[6]?；谝陨峡紤]，本設(shè)計(jì)采用8個(gè)引腳的單片機(jī)與上位機(jī)通信，通過(guò)程序控制電池的充放電過(guò)程實(shí)現(xiàn)恒流放電。本設(shè)計(jì)通過(guò)VB界面繪制出電池放電過(guò)程，通過(guò)得到的電池放電曲線計(jì)算電池容量。

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鋰電池放電儀的整體硬件電路如圖1所示。

圖1 放電儀電路

采用美國(guó)Microchip公司生產(chǎn)的PIC12C508單片機(jī)芯片作為本設(shè)計(jì)控制電路的核心元件。這款芯片具有成本低、功耗低、性能高以及全靜態(tài)等特點(diǎn)，并且具有先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)，符合設(shè)計(jì)要求[7]。

1.1 恒流放電電路

恒流放電電路由三極管VT2、比較器以及電阻組成，原理如圖2所示。

圖2 恒流放電電路原理圖

由圖中可知:

(1)

(2)

所以

(3)

又因?yàn)镻IC12C508中的P3.4輸出峰值為2.5 V的PWM電路加在穩(wěn)壓電源的一端，所以Ui為固定值，實(shí)現(xiàn)恒流放電。

1.2 放電儀RC充電電路

放電儀RC充電電路如圖3所示。

圖3 放電儀RC充電電路

Vb是一個(gè)穩(wěn)定電壓，三極管VT1用來(lái)控制電容C7的充放電。當(dāng)VT1導(dǎo)通時(shí)，C7通過(guò)VT1放電；當(dāng)VT1截止時(shí)，穩(wěn)定電壓Vb通過(guò)電阻R2向電容C7充電。當(dāng)C7兩端的電壓VC7充電到待測(cè)電壓Va時(shí)，運(yùn)放LM358構(gòu)成的比較器翻轉(zhuǎn)，這時(shí)單片機(jī)輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，使VT1導(dǎo)通，C7放電。結(jié)束放電后，單片機(jī)輸出一個(gè)信號(hào)使VT1截止，C7又開(kāi)始充電。如此反復(fù)進(jìn)行充放電過(guò)程，從而得到C7兩端的電壓VC7充電到待測(cè)電壓Va的時(shí)間[8]。與此同時(shí)，單片機(jī)以一定的周期向計(jì)算機(jī)輸出相應(yīng)的電壓值，通過(guò)VB軟件得到待測(cè)電壓Va的電壓時(shí)間曲線。

1.3USB-232串口轉(zhuǎn)換電路

U2及相關(guān)電路構(gòu)成了USB-232串口轉(zhuǎn)換電路(見(jiàn)圖1)。串口轉(zhuǎn)換芯片采用的是CH340G。CH340G是一個(gè)USB總線的轉(zhuǎn)接芯片，實(shí)現(xiàn)USB轉(zhuǎn)串口、USB轉(zhuǎn)IrDA紅外或者USB轉(zhuǎn)打印口[9]。在串口方式下，CH340提供常用的MODEM聯(lián)絡(luò)信號(hào)用于為計(jì)算機(jī)擴(kuò)展異步串口。

1.4 放電儀實(shí)物圖

放電儀實(shí)物圖如圖4所示。

(a) (b)

圖4 放電儀實(shí)物圖

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 軟件流程設(shè)計(jì)

放電儀電路的程序流程如圖5所示。

圖5 放電儀電路的程序流程

當(dāng)放電儀接上電池組后,首先完成初始化，然后單片機(jī)自動(dòng)檢測(cè)電池?cái)?shù)量和各電池兩端電壓,再確定放電的終止電壓。確定完終止電壓后,從第一節(jié)電池開(kāi)始放電，放電過(guò)程中單片機(jī)實(shí)時(shí)測(cè)量電池兩端電壓,當(dāng)端電壓等于終止電壓時(shí),停止對(duì)該電池放電[10]。然后對(duì)下一節(jié)電池進(jìn)行放電,如此重復(fù),直到所有電池放電結(jié)束。

2.2 采集界面設(shè)計(jì)

為了能夠及時(shí)觀測(cè)放電儀的工作曲線，設(shè)計(jì)采用了Visual Basic(VB)實(shí)現(xiàn)放電電池實(shí)時(shí)電壓的采集與顯示。為了完成單片機(jī)與PC機(jī)的串口通信，在PC機(jī)上顯示電池電壓隨時(shí)間變化的曲線，本設(shè)計(jì)利用VB中的MSComm控件進(jìn)行程序編寫(xiě)[11]。曲線采集軟件界面如圖6所示。

3 結(jié) 語(yǔ)

本設(shè)計(jì)是一種低成本超小型鋰電池放電儀，體積只有一個(gè)U盤(pán)大小，方便攜帶使用。由于上述特點(diǎn)，該放電儀與其他廠家生產(chǎn)的大型放電儀相比，雖然測(cè)試電流不大，但對(duì)于常用的電池足夠使用。所以這是一款主要針對(duì)鋰電池的放電儀，通過(guò)對(duì)鋰電池的充放電監(jiān)控，得到電池放電曲線，計(jì)算得出電池容量。

為了檢測(cè)放電儀在實(shí)際應(yīng)用中的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性，我們制作了50個(gè)樣本，并委托從事電池研究人員在實(shí)際應(yīng)用中測(cè)試。經(jīng)過(guò)一年多的實(shí)際使用，放電儀測(cè)試穩(wěn)定，效果良好。

圖6 曲線采集軟件界面

[1] 劉連浩,王旭元.一種基于PID控制的鋰電池放電儀的研究分析[J].硅谷,2010,32:43-44.

[2] 林達(dá),林言端.DIX型電池恒流自動(dòng)放電儀的設(shè)計(jì)[J].電池,2007,37(2)：147-148.

[3] 江紹帶.蓄電池巡檢儀、放電儀協(xié)議轉(zhuǎn)換研究[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2015(5):33.

[4] 陳國(guó)珍,宋海洋,孫素娟,等.對(duì)可控式蓄電池綜合放電儀的研究分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2016(6):39.

[5] 林志琦,宋國(guó)明,張訕通.一種鋰聚合物電池組平衡電路的設(shè)計(jì)[J].電源技術(shù),2008(8):519-520.

[6] 李婷，祖靜，李新娥.基于MSP430的智能鋰電池放電特性測(cè)試儀[J].微計(jì)算機(jī)信息，2008(16)：139-140.

[7] 李江全，湯智輝，朱東芹.Visual Basic數(shù)據(jù)采集與串口通信測(cè)控信用實(shí)戰(zhàn)[M].北京：人民郵電出版社，2010:140-149.

[8] 李湘江，彭建.基于VB的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2003(10)：38-39.

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[10] 方豐勤，王曉遠(yuǎn).基于PTC通風(fēng)型加熱器的蓄電池恒流放電儀的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2006(6):25-27.

[11] 劉開(kāi)緒，付保紅，鄒立君.鋰離子電池組能量均衡控制[J].長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010,31(4):407-411.

A low-cost and subminiature lithium batteries discharge instrument

LIN Zhiqi,SHI Xinrong,ZHAO Jiangtuo,CHEN Wenshuai

(School of Electrical & Electronic Engineering,Changchun University of Technology,Changchun 130012，China)

With PIC12C508 single chip as controller,the process of the lithium battery’s charge and discharge is controlled by the program to measure the capacity and life of the battery.

microcontroller; lithium batteries; discharge instrument.

2016-04-25

吉林省教育廳基金資助項(xiàng)目(201596)

林志琦(1964-)，男，漢族，吉林長(zhǎng)春人，長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)教授，博士，主要從事電力電子與電力傳動(dòng)方向研究,E-mail:55097975@qq.com.

10.15923/j.cnki.cn22-1382/t.2016.5.15

TM 911

A

1674-1374(2016)05-0490-04