基于单片机的多功能智能电池充电系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于单片机的多功能智能电池充电系统，所述系统仅以一个单片机实现所有控制，以单片机作为充电器，利用总线从电池和主机获取充电信息，通过单片机内部集成的单端/差分ADC和片内电压基准实现对充电电压、电流的精确控制。本发明专利技术使用单芯片控制，设计简单，提供多种标准接口，使智能电池的管理应用更加广泛，简化了逻辑，降低了设计的难度和系统的复杂性。

Multifunctional intelligent battery charging system based on MCU

The invention provides a multifunctional intelligent battery charging system based on MCU, the system only for all control with a microcontroller, SCM as a charger, charging the battery and obtain information from the host by bus, by integrated single ended / differential voltage reference and ADC chip to achieve precise control of charging voltage and current. The invention has the advantages of single chip control, simple design, and a plurality of standard interfaces, so that the management and application of the intelligent battery is more extensive, the logic is simplified, the difficulty of the design is reduced, and the complexity of the system is reduced.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种智能电池充电系统，具体地，涉及一种基于单片机(MicrocontrollerUnit，MCU)的多功能智能电池充电系统。
技术介绍
锂离子电池以工作电压高、能量密度大、自放电率小等优良特性，在手机、笔记本电脑市场，它已经完全取代其他电池，拥有100％的占有率；但锂离子电池对自身的电压很敏感，过充或过放都会影响其正常工作。因此，安全、可靠、快速、高效的锂电池充电器对锂电池的性能及应用有着至关重要的作用。锂离子电池的不足之处在于对充电器的要求比较苛刻，对保护电路的要求较高。为了有效利用电池容量，需将锂离子电池充电至最大电压，但过压充电会造成电池损坏，这就要求较高的充电精度(精度高于1％)。另外，对过放的电池需要进行预充。此外，还需要用其它的辅助方法提高其可靠性，如检测电池温度，检测充电电流等。因此，一个高精度、高可靠性的锂电池充电电路显得尤为重要。锂离子电池以高能量密度、体积小、重量轻等优势，正迅速延伸入电动工具、电动自行车、及其他的应用中，它广阔的市场前景也越来越得到业界的认同。然而与镍氢、镍镉、铅酸电池相比，要更快地推动锂离子电池的应用和发展，就必须不断提高它的安全性和使用寿命。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于单片机的多功能智能电池充电系统，使用单芯片控制，设计简单，提供多种标准接口，使智能电池的管理应用更加广泛，简化了逻辑，降低了设计的难度和系统的复杂性。为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种基于单片机的多功能智能电池充电系统，仅以一个单片机实现所有控制，以单片机作为充电器，利用总线从电池和主机获取充电信息，通过单片机内部集成的单端/差分ADC和片内电压基准实现对充电电压、电流的精确控制。所述总线包括SMBus、I2C、USB、UART或SPI中任一种或多种类型。所述总线可根据用户的特殊要求进行定制。所述单片机采用C8051FXXX系列集成电路。所述单片机内部集成有包括AD0-AD3四个ADC输入引脚，AD0、AD1之间连接功率电阻R1，且R1连接在总线上、AD2、AD3之间连接功率电阻R2，且R2一端连接电池，通过四个ADC输入引脚实现对四个点的高精度模拟采样，结合片内电压基准得到各个点的精确电压。所述单片机的P1口与连接在总线上的MOSFET管M0连接，单片机上的两个脉宽调制口PWM1、PWM2上分别连接MOSFET管M1和M2，其中，M1和M2连接，M0和M1之间通过R1连接，通过对功率电阻R1两端的检测，得到输入电压和输入电流，从而根据应用需要调整M0的开关频率；通过对功率电阻R2两端的检测，得到电池两端的电压和充电电流，从而根据电池需要的充放电电压、电流调整PWM1、PWM2的脉宽，实现对M1、M2两个MOSFET的精确控制。所述系统采用恒流恒压充电法，在充电初期采用较小的电流对电池进行预充电，对出现过放的电池进行修复和保护，然后采用较大的恒定电流对电池充电，实现快速充电的目的；最后采用恒定电压充电，确保电池充满。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：一，整个系统使用单芯片控制，简化了系统设计，节省了成本；二，该系统除提供SMBus接口与现有充电芯片、电池连接外，还可提供USB、UART、SPI等标准接口，增强了系统的适应范围，因而，具有很好的推广使用价值。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术一实施例的电路原理图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。本专利技术实施例采用了SiliconLaboratories公司的C8051FXXX系列集成电路，完全集成的混合信号片上系统型MCU。具有高速、流水线结构的8051兼容的微控制器内核，10位200ksps的单端/差分ADC，片内电压基准和和温度传感器，硬件实现的SMBus/I2C、增强型UART(最多两个)和增强型SPI串行接口，通用串行总线(USB)功能控制器等。如图1所示，本专利技术由C8051FXXX系列单片机作为主控制器构成，单片机与智能电池之间通过SMBus(SystemManagerBus，系统管理总线)总线连接，通过SMBus总线获取智能电池的信息，如电池充电电压、充电电流、电池温度、电池电量等；同时单片机可提供丰富的标准接口(SMBus、I2C、USB、UART、SPI等)与上位机连接，使得上位机可以通过多种接口获取当前的电池信息，同时可以实现多种定制功能。锂离子电池对充电的电压和电流有较高的要求。本专利技术利用单片机内部集成的10位200ksps的单端/差分ADC和片内电压基准实现对充电电压、电流的精确控制。具体实现方法如图1所示。AD0-AD3为4个ADC输入引脚，R1、R2为功率电阻。通过4个ADC输入引脚实现对4个点的高精度模拟采样，集合片内电压基准得到各个点的精确电压。通过对图1中MOSFET的控制，可以控制充电电压和充电电流。具体实现方法为：根据对功率电阻R1两端的检测，可以得到输入电压和输入电流，从而根据应用需要调整M0的开关频率。通过对功率电阻R2两端的检测，可以得到电池两端的电压和充电电流，从而根据电池需要的充放电电压、电流调整PWM1、PWM2的脉宽，实现对M1、M2两个MOSFET的精确控制。本专利技术选择恒流恒压充电法，即在充电初期采用较小的电流对电池进行预充电，对出现过放的电池进行修复和保护，然后采用较大的恒定电流对电池充电，实现快速充电的目的；最后采用恒定电压充电，确保电池充满。本专利技术提供的一种基于单片机的多功能智能电池充电系统，主要由单片机构成。单片机作为充电器利用SMBus(SystemManagerBus，系统管理总线)总线从电池和主机获取充电信息，可通过SMBus、I2C、USB、UART、SPI等多种类型的总线与主机通信，获取操作命令或反馈充电信息。本专利技术使用了唯一的控制器—单片机,省去了传统意义上的电池充电管理芯片，同时丰富了接口功能，改进了现有的电池充电管理芯片单一通信接口(SMBus)的缺点，增加了设计的应用范围。以上对本专利技术的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本专利技术并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本专利技术的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于单片机的多功能智能电池充电系统，其特征在于，所述系统仅以一个单片机实现所有控制，以单片机作为充电器，利用总线从电池和主机获取充电信息，通过单片机内部集成的单端/差分ADC和片内电压基准实现对充电电压、电流的精确控制。

【技术特征摘要】
1.一种基于单片机的多功能智能电池充电系统，其特征在于，所述系统仅以一个单片机实现所有控制，以单片机作为充电器，利用总线从电池和主机获取充电信息，通过单片机内部集成的单端/差分ADC和片内电压基准实现对充电电压、电流的精确控制。2.根据权利要求1所述的基于单片机的多功能智能电池充电系统，其特征在于，所述总线包括SMBus、I2C、USB、UART或SPI中任一种或多种类型。3.根据权利要求1所述的基于单片机的多功能智能电池充电系统，其特征在于，所述总线可根据用户的特殊要求进行定制。4.根据权利要求1所述的基于单片机的多功能智能电池充电系统，其特征在于，所述单片机采用C8051FXXX系列集成电路。5.根据权利要求4所述的基于单片机的多功能智能电池充电系统，其特征在于，所述单片机内部集成有包括AD0-AD3四个ADC输入引脚，AD0、AD1之间连接功率电阻R1，且R1连接在总线上、AD2、AD3之间连接功率电阻R2，且R2一端连接电池，通过四个A...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴斌，汪峰，潘燚，朱弘强，蔡辉，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十二研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31