基于8xC749單片機的電動自行車智能充電器的設計與實現

在程序的初始階段應首先對單片機進行初始化，然后判斷電池是否連接正確，根據電池狀況判斷應該進入哪一個充電階段。具體實現為開始輸出小電壓，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行判斷。
　　當電池很空的時候，由于電池可能已經處于受損的狀態，這時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，部分恢復受損的電池單元。當電池比較空的時候，可以用大電流恒流充電，使電池在短時間內沖入比較大的電量而不會損壞電池。具體算法采取多段恒流方法，實驗證明多段恒流有利于充入更多的電量。當電池比較滿的時候，應該采用定壓充電，這時候隨著充電過程的延續，電流會逐漸下降，這樣能保證不會充電過量而損害電池。當電池很滿的時候，可以采用的是脈沖充電算法。經試驗證明，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。
　　以上所說有四個充電階段(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。在充電過程的初段，電池處于恒流充電狀態，由于電池比較空，控制器對電流的精度要求不高，此時可以采用P算法。通過調整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，但同時系統穩定性降低。根據控制理論，可以得到以下關系式：
　　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，由實驗測得。
　　在充電過程的定壓階段，為了避免電池過充電，充電器對電壓精度的要求比較高，此時應采用PI算法，以達到充電器對電池端電壓無差控制的目的。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，時間常數比較大，加上開關電源電路中也有一定的時延，因此整個電池充電系統的延時是比較大的。另外由于均衡充電電路也會引入很大的干擾，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)經實驗調整得Ki2;
　　(3)再經實驗調整得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、時間常數盡量小。
　　必須注意的是，無論在任何階段，控制器都必須不斷檢測以下三項關鍵技術指標：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。其中電池的斷路主要通過檢測電流的大小來判斷。而且為了避免誤判斷，應該反復檢測。當出現斷路時，應重新返回預處理階段。斷路的判斷應該在電壓已經達到預定值的情況下進行，否則在電壓沒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重要特點。在充電的過程中，由于電池的質量不相同，容量小、質量差電池的電壓在充入相同電量后會出現電壓增加比另一個電池多的情況，如果不采取措施，它們的電壓差將會增大，以至其中一個電池很快達到規定的安全電壓，充電過程被迫停止。這時候應該對電壓高的電池進行放電，即均衡充電。這樣有利于恢復電池內受損的單元，使充電過程能順利地進行下去。為了防止電池沖壞，在電池電壓到達規定的安全電壓時應立刻停止充電，否則會損壞電池。
　　綜上所述，智能充電器是根據電動自行車、電動游覽車的現實需要而開發的，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展時間尚短，無論在硬件設計上還是控制算法方面還存在著一些不足，有待以后不斷地改進。