專利名稱:一種基于dsp的鋰電池充放電裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于DSP的鋰電池充放電裝置，包括控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、雙向DC?DC變換電路模塊、信號(hào)檢測(cè)模塊、電源模塊、負(fù)載模塊及顯示模塊等組成。電源模塊由直流穩(wěn)壓電源及輔助電源模塊組成。信號(hào)采集模塊一端連接雙向DC?DC變換電路電流與電壓采集點(diǎn)、一端連接在控制模塊DSP的輸入端。DSP控制模塊輸出控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路，從而驅(qū)動(dòng)雙向DC?DC變換主電路的開(kāi)關(guān)管的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)鋰電池的充放電。輔助電源為顯示模塊與DSP控制模塊提供電源。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單、智能化、效率高、可靠性強(qiáng)。
【專利說(shuō)明】
一種基于DSP的鋰電池充放電裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種鋰電池充放電裝置，適用于電池領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電池通常分為兩類:一次電池或原電池;二次電池或充放電電池或蓄電池。前者基本上只能放電一次，放電結(jié)束后，不能再使用。后者則是放電結(jié)束后，可以進(jìn)行充電，然后又可以進(jìn)行放電，反復(fù)使用多次。
[0003]鋰電池具有自放電小、電壓高、比能量高、質(zhì)量輕、無(wú)污染以及使用壽命長(zhǎng)等特殊的獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。鋰電池能根據(jù)要求隨時(shí)進(jìn)行充電，卻不會(huì)降低電池性能，具有無(wú)記憶性效應(yīng)的優(yōu)點(diǎn);鋰電池中不存在有害物質(zhì)，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，是名副其實(shí)的“綠色電池”。
[0004]目前采用的鋰離子電池的充放電方式主要有兩種:恒流充電和恒壓充電；當(dāng)然二者也可以交叉進(jìn)行。
[0005]當(dāng)前的傳統(tǒng)的充放電裝置控制參數(shù)多、操作復(fù)雜、且效率較低。已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在的應(yīng)用要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型的目的是針對(duì)已有技術(shù)的存在的缺陷，提出一種基于單片機(jī)的鋰電池充放電裝置，該裝置控制簡(jiǎn)單、控制參數(shù)少、充電電效率高、能源浪費(fèi)少。
[0007]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:基于單片機(jī)的鋰電池充放電裝置，主要包括單片機(jī)控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)模塊。雙向DC變換主電路模塊、顯示模塊、電源模塊、信號(hào)檢測(cè)模塊、鋰電池組及負(fù)載模塊等。
[0008]所述的DSP控制系統(tǒng)是基于DPS的鋰電池充放電裝置的核心部分之一，其控制系統(tǒng)為TI公司的DSP2812最小系統(tǒng)，控制系統(tǒng)通過(guò)DSP2812進(jìn)行電壓信號(hào)的AD采集，并進(jìn)行PID的閉環(huán)調(diào)節(jié)。輸出一路PWM信號(hào)為驅(qū)動(dòng)電路，通過(guò)按鍵調(diào)節(jié)來(lái)進(jìn)行電流步進(jìn)的調(diào)節(jié)、工作模式的轉(zhuǎn)換。恒流方式進(jìn)行電池組的充電，恒壓模式時(shí)切換成放電模式，根據(jù)模式的選擇實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)。
[0009]所述的雙向DC變換主電路模塊是基于DSP的鋰電池充放電裝置的的核心部分之一。雙向DC/DC變換主電路采用非隔離型BUCK/BOOST拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，根據(jù)不同的工作模式控制兩個(gè)MOS管的導(dǎo)、通，可實(shí)現(xiàn)升降壓，來(lái)完成降壓和升壓部分的電路。Boost升壓電路中二極管為肖特基二極管，此二極管具有正向壓降很小、恢復(fù)時(shí)間更短的優(yōu)點(diǎn)，但反向耐壓較低，多用于低壓場(chǎng)合。由于裝置中兩個(gè)MOS管的的工作狀態(tài)是相反的，所以DSP只需輸出一路PffM信號(hào)即可控制裝置的運(yùn)行。為降低開(kāi)關(guān)損耗，應(yīng)盡量降低工作頻率。綜合考慮與試驗(yàn)后將開(kāi)關(guān)頻率設(shè)定為30kHz。
[0010]所述的信號(hào)檢測(cè)模塊是基于DSP的鋰電池充放電裝置的的核心部分之一。所述的信號(hào)檢測(cè)模塊由電流檢測(cè)芯片1NA282、康銅絲采樣電阻及電阻分壓電路組成。信號(hào)檢測(cè)模塊通過(guò)電流檢測(cè)芯片INA282通過(guò)放大康銅絲采樣電阻來(lái)獲取電流信號(hào)、通過(guò)電阻分壓電路獲取電壓信號(hào)。采集到的電流、電壓信號(hào)反饋到DSP控制模塊用于控制鋰電池充放電。
[0011]所述的的驅(qū)動(dòng)模塊是基于DSP的鋰電池充放電裝置的核心部分之一，驅(qū)動(dòng)電路包括驅(qū)動(dòng)芯片IR2104S、及電容、電感以及電力MOSFET管。每個(gè)IR2104S型功率型芯片控制兩個(gè)電力MOSFET管的通斷。驅(qū)動(dòng)芯片的輸入端與DSP控制模塊的PffM輸出端連接。通過(guò)PffM信號(hào)調(diào)節(jié)控制MOSFET管的通斷實(shí)現(xiàn)裝置的閉環(huán)控制。當(dāng)DSP檢測(cè)到電池電壓值大于設(shè)定值，通過(guò)為IR2104S的使能端提供關(guān)斷信號(hào)，從而完成充電過(guò)程。
[0012]所述的電源模塊分為直流穩(wěn)壓電源和輔助電源模塊組成。直流穩(wěn)壓電源采用英特羅克公司的IPD-3305SLU，直流穩(wěn)壓電源為雙向DC/DC變換主電路及輔助電源提供30V電壓供應(yīng)。輔助電源由TI的開(kāi)關(guān)型集成穩(wěn)壓芯片LM2596及外圍器件電阻、電容、二極管等構(gòu)成高效穩(wěn)壓電路提供+5V，+ 12V輸出。輔助電源為控制系統(tǒng)的DSP控制器、驅(qū)動(dòng)模塊提供5V與12V的電壓供應(yīng)。
[0013]所述的顯示模塊是由低功耗的LCD12864液晶模塊構(gòu)成的，顯示程序由C語(yǔ)言編寫完成，用來(lái)實(shí)時(shí)顯示電壓、電流值的大小。
[0014]所述的負(fù)載模塊可以是任意需要直流電的設(shè)備。
[0015]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單、控制參數(shù)小、精度好。實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋰電池串聯(lián)組成的電池組進(jìn)行充電和放電兩種工作模式的一鍵切換。電路整體結(jié)構(gòu)緊湊且界面友好，操作簡(jiǎn)單，根據(jù)兩種工作模式的選擇來(lái)實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，該雙向DC-DC變換器控制精度好，效率尚，并具有良好的穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】

[0016]圖1本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖2本實(shí)用新型的雙向DC/DC變換主電路圖；
[0018]圖3本實(shí)用新型信號(hào)檢測(cè)模塊電路圖；
[0019]圖4本實(shí)用新型驅(qū)動(dòng)模塊電路圖；
[0020]圖5本實(shí)用新型輔助電源模塊5V設(shè)計(jì)圖；
[0021 ]圖6本實(shí)用新型輔助電源模塊12V設(shè)計(jì)圖
【具體實(shí)施方式】
[0022]本實(shí)用新型提供一種基于DSP的鋰電池的充放電裝置。下面結(jié)合實(shí)例和附圖對(duì)本實(shí)用新型的基于單片機(jī)的鋰電池充放電裝置做出詳細(xì)說(shuō)明。
[0023]如圖1所示，本實(shí)用新型基于DSP的鋰電池充放電裝置，主要包括DSP控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)模塊、雙向DC/DC變換主電路模塊、信號(hào)檢測(cè)模塊、電源模塊、顯示模塊、負(fù)載模塊和鋰電池組等。電源模塊包括直流穩(wěn)壓電源模塊與輔助電源模塊。其特征在于所述雙向DC-DC變換模塊分別連接鋰電池組、負(fù)載模塊、DSP控制模塊、驅(qū)動(dòng)電路模塊。DSP控制模塊連接顯示模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、信號(hào)檢測(cè)模塊及輔助電源模塊。DSP控制模塊與信號(hào)檢測(cè)模塊通過(guò)ADC連接。
[0024]如圖2所示，所述的雙向DC/DC變換主電路采用非隔離型BUCK/BOOST拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，根據(jù)不同的工作模式控制兩個(gè)MOS管的導(dǎo)、通，可實(shí)現(xiàn)升降壓，來(lái)完成降壓和升壓部分的電路。雙向變換主電路模塊一端連接直流穩(wěn)壓電源。一端連接在鋰電池組。在主電路模塊在還有電池組的電流、電壓采樣點(diǎn)，為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池組充放電狀態(tài)提供反饋信號(hào)。升降壓電路由103管11^244(01和02)、31?5100二極管、電容031、032、033、電感1^1器件組成，電流向左流動(dòng)時(shí)為降壓電路，電流向右流動(dòng)時(shí)為升壓電路。Boost升壓電路中二極管為肖特基二極管，此二極管具有正向壓降很小、恢復(fù)時(shí)間更短的優(yōu)點(diǎn)，但反向耐壓較低，多用于低壓場(chǎng)合。由于裝置中兩個(gè)MOS管的的工作狀態(tài)是互補(bǔ)的，所以DSP只需輸出一路P麗信號(hào)即可控制裝置的運(yùn)行。為降低開(kāi)關(guān)損耗，應(yīng)盡量降低工作頻率。綜合考慮與試驗(yàn)后將開(kāi)關(guān)頻率設(shè)定為30kHz。
[0025]如圖3所示，信號(hào)檢測(cè)模塊由康銅絲電阻Rs、電流檢測(cè)芯片INA282及分壓電路組成。信號(hào)檢測(cè)模塊通過(guò)電流檢測(cè)芯片INA282通過(guò)放大采樣電阻上的電壓信號(hào)來(lái)獲取電流信號(hào)、通過(guò)電阻分壓電路獲取電壓信號(hào)。采集到的電流、電壓信號(hào)反饋到DSP控制模塊用于實(shí)現(xiàn)裝置的雙閉環(huán)控制。
[0026]如圖4所示，所述的驅(qū)動(dòng)模塊由MOS驅(qū)動(dòng)芯片IR2104S及極性電容、電感等簡(jiǎn)單外圍器件組成，每個(gè)IR2104S型功率型芯片控制兩個(gè)電力MOSFET管的通斷。驅(qū)動(dòng)芯片的輸入端IN與DSP控制系統(tǒng)模塊輸出端連接。通過(guò)PffM信號(hào)調(diào)節(jié)控制MOSFET管的通斷實(shí)現(xiàn)裝置的閉環(huán)控制。驅(qū)動(dòng)模塊同時(shí)為整個(gè)裝置提供過(guò)沖保護(hù):當(dāng)DSP檢測(cè)到電池電壓值大于設(shè)定值，通過(guò)為IR2104S的使能端提供關(guān)斷信號(hào)，斷開(kāi)Pmi輸出，從而關(guān)斷充電模式，為裝置提供了安全保障。
[0027]如圖5所示，所述的輔助電源模塊5V是由TI的開(kāi)關(guān)型集成穩(wěn)壓芯片LM2596及外圍器件電阻、電容、二極管等構(gòu)成高效穩(wěn)壓電路。LM2596支持輸出可調(diào)，穩(wěn)壓芯片LM2596的I引腳是輸入端，2引腳為輸出端，輸出端輸出5V電壓。
[0028]如圖6所示，所述的輔助電源模塊12V是由TI的開(kāi)關(guān)型集成穩(wěn)壓芯片LM2596及外圍器件電阻、電容、二極管等構(gòu)成高效穩(wěn)壓電路。LM2596支持輸出可調(diào)，穩(wěn)壓芯片LM2596的I引腳是輸入端，2弓丨腳為輸出端，輸出端輸出12V電壓。
[0029]以上示意性的對(duì)本實(shí)用新型及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該描述沒(méi)有局限性，附圖中所示的也只是本實(shí)用新型的實(shí)施方式之一。所以如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，采用其它形式的同類部件或其它形式的各部件布局方式，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)出與該技術(shù)方案相似的技術(shù)方案與實(shí)施例，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于DSP的鋰電池充放電裝置，包括DSP控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、負(fù)載模塊、顯示模塊、信號(hào)檢測(cè)模塊、雙向DC-DC變換電路模塊及電源模塊；電源模塊包括直流穩(wěn)壓電源模塊與輔助電源模塊;其特征在于所述雙向DC-DC變換模塊分別連接鋰電池組、負(fù)載模塊、信號(hào)檢測(cè)模塊、驅(qū)動(dòng)電路模塊及直流穩(wěn)壓電源;DSP控制模塊連接顯示模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、信號(hào)檢測(cè)模塊及輔助電源模塊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP的鋰電池充放電裝置，其特征在于:所述的DSP控制模塊核心是由TI的DSP2812最小系統(tǒng)組成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP的鋰電池充放電裝置，其特征在于:所述的雙向DC/DC變換主電路采用非隔離型BUCK/BOOST拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，雙向DC/DC變換主電路包括BOOST升壓電路與BUCK降壓電路，根據(jù)不同的工作模式控制兩個(gè)MOS管的導(dǎo)通與關(guān)斷，完成降壓和升壓功能;所述的Boost升壓電路中二極管為肖特基二極管。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP的鋰電池充放電裝置，其特征在于:所述的信號(hào)檢測(cè)模塊由電流檢測(cè)芯片INA282、康銅絲采樣電阻及電阻分壓電路組成;信號(hào)檢測(cè)模塊通過(guò)電流檢測(cè)芯片INA282放大康銅絲采樣電阻上的電壓信號(hào)來(lái)獲取電流信號(hào);通過(guò)電阻分壓電路獲取電壓信號(hào)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP的鋰電池充放電裝置，其特征在于:所述的驅(qū)動(dòng)模塊由MOS驅(qū)動(dòng)芯片IR2104S及極性電容、電感、二極管器件組成;每個(gè)IR2104S型功率型芯片控制兩個(gè)MOSFET管的通斷，驅(qū)動(dòng)芯片的輸入端與DSP控制模塊的PffM輸出端連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP的鋰電池充放電裝置，其特征在于:直流穩(wěn)壓電源為雙向DC/DC變換主電路及輔助電源提供30V電壓供應(yīng);輔助電源模塊由穩(wěn)壓管LM2596與電感、電容、電阻及IN4007 二極管組成，為DSP控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊及顯示模塊分別提供提供5V、12V、5V 的電壓。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP的鋰電池充放電裝置，其特征在于:所述的顯示模塊由低功耗LCD12864液晶模塊組成;顯示模塊實(shí)時(shí)顯示電池組充放電電流和電壓的大小值。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK205724940SQ201620045505
【公開(kāi)日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年1月14日
【發(fā)明人】姜文濤, 蔡燕, 尹磊, 王智杰, 孫流斌
【申請(qǐng)人】天津工業(yè)大學(xué)