基于PIC16F676的电动车智能充电管理器的设计

扬州大学物理科学与技术学院 刘占军 王 斌 唐开远 朱金荣

基于PIC16F676的电动车智能充电管理器的设计

扬州大学物理科学与技术学院 刘占军 王 斌 唐开远 朱金荣

本文利用PIC单片机控制，使电动车电瓶充电插座具有自我学习的功能，能智能记忆电瓶满充状态，对电动车电瓶进行智能充电，最大限度地保护了电瓶的寿命，是一款具有自学习功能的智能充电插座。使用该充电插座，能在无人看管的情况下电动车电瓶充满电后自动断电，在一定程度上能够避免火灾隐患和电器故障发生，也能节约宝贵电能。

电瓶；PIC16F676；智能控制

1.引言

在以电瓶为动力的车辆设备中，如电动摩托车、电动自行车及电动汽车等，都涉及到电瓶的充电问题。电瓶的充电过程对其寿命影响最大，过充电、充电不足都是引起电瓶故障的主要原因。因此，对电瓶的充电状态进行检测和控制，能够减少充电损耗、提高充电速度和延长电瓶的寿命[3]。

本文利用PIC单片机控制，使电动车智能充电插座具有自我学习的功能，能智能记忆电瓶满充状态，对电动车电瓶进行智能充电，最大限度地保护了电瓶的寿命，是一款具有自学习功能的智能充电插座。使用该充电插座，能在无人看管的情况下电瓶充满电后自动断电，在一定程度上能够避免火灾隐患和电器故障发生，也能节约宝贵电能。

2.硬件电路组成及工作原理

2.1 系统硬件结构

智能充电插座硬件结构如图1所示，该系统以PIC16F676单片机为核心，外围电路主要由充电电流检测电路、继电器及其驱动电路、5V直流电源的供电电路等组成。供电电路主要为各部分电路提供低压直流工作电源，电瓶充电电流检测电路主要为单片机控制电路提供电瓶充电电流的采样电平，为判断电瓶处于充电和过充状态提供依据，同时，单片机控制部分电路主要为继电器驱动电路提供控制信号，继电器驱动电路主要为继电器的通断提供工作电流。

2.2 PIC16F676单片机

PIC单片机采用RISC型CPU内核，仅需学习35条指令，除了跳转指令以外所有指令都是单周期的，由于采用哈佛总线结构，以及指令的读取和执行采用流水作业方式，使得PIC单片机的运行速度大大提高[4]；PIC单片机是最节省程序存储器空间的单片机，驱动能力强，每个I/0口的吸入和输出电流最大值可达25毫安和25毫安。PIC系列单片机集成了上电复位电路、I/0引脚上拉电路、看门狗定时器等，可以最大程度的减少或免用外接器件，以便实现“纯单片”应用。在本文中，PIC16F676单片机对系统的工作进行实时调度，实现外部输入参数的设置、电瓶及负载的管理、工作状态的指示等[5]。

2.3 电瓶充电电流检测电路

如图2所示，电池充电电流检测电路主要由电流互感器T2和取样电压电阻R2，比例放大电阻R1、R3、高频抑制电容C4、运算放大器LM358A、负载电阻R4、以及整流二极管D2、滤波电解电容C6组成。电流互感器T2初级的两个输入端连接在电瓶充电回路中，次级与取样电阻R2并联，取样电阻R2上的电压信号与运算放大器LM358A的反相端2脚连接，运算放大器LM358A的1脚输出放大的交流电压信号，该交流电压信号经过整流二极管D2整流，滤波电解电容C4滤波。电阻R2将感应的交流充电电流转换成交流电压；运算放大器LM358A接成反相放大器，反相放大器增益在这里仅由R1和R3的取值决定：K=R3/R1，当电瓶开始充电时，感应的交流电流信号经R2转换为交流电压信号后输入LM358A的反相端2脚进行放大，运算放大器LM358A的1脚输出放大的交流电压信号，通过二极管D2整流，C4滤波后将交流电压信号平均为直流电平信号，送到单片机PIC16F676的RA0采样端口部分。

2.4 单片机智能控制部分电路

如图3所示，单片机PIC16F676的RA0端为电瓶充电电流信号采样输入端，通过电阻R7与检测电路连接；晶振Y1的两端连接在单片机PIC16F676的两个0SC端上；各延时开关按钮分别与单片机PIC16F676的RA1—RA5连接，当按下延时开关按钮时分别延时设计的60分钟、120分钟、180分钟、240分钟、300分钟等；S2为学习采样按钮，主要用于将充满电状态的充电电流对应的直流电平存储到单片机的EEPROM，作为判断电瓶是否过充的依据；单片机PIC16F676的RC3为继电器驱动输出端口，通过限流电阻R8送到继电器驱动输入端口，使单片机RC3输出电平至驱动部分。结合前级检测到的电平信号，单片机PIC16F676对充电插座进行智能控制。

图1 系统硬件结构框图

图2 电瓶充电电流检测电路图

图3 单片机智能控制部分电路

图4 继电器驱动电路

图5 满充状态充电电流采样和存储程序

图6 正常使用时的运行程序

2.5 继电器驱动电路

如图4，充电电源控制电路的继电器K1的线圈一端接5V电源，另一端与三极管Q1的集电极连接，三极管Q1的基极通过电阻R8与单片机PIC16F676的GP1继电器驱动输出端连接，三极管Q1的发射极接地。智能充电电源插座CZ的一脚直接与电源相连，另一脚通过电流互感器T2的初级与继电器K的常开触点连接。

3.软件设计

3.1 满充状态参数采样和存储

使用该智能充电插座的第一步就是要自学习，即由单片机记住满充状态下的充电电流信息。具体过程如下：预先将电瓶充满电，接着将充电器插入智能充电插座，然后按下充电插座的按钮S1接通插座电源，最后按下学习采样按钮S2，将充满电状态的电瓶充电电流的转换电平存储到单片机的EEPROM，作为判断电瓶是否过充的依据。软件框图如图5所示。

3.2 正常使用时的运行程序

在正常使用时，单片机对电瓶充电电流进行不断的采样，当电瓶充电电流高于单片机的EEPROM存储值时，保持插座电源继续充电。反之，当电瓶充电电流等于或低于单片机的EEPROM存储值时，自动断开电瓶充电电源。软件框图，如图6所示。

4.结束语

以PIC16F676为控制器的智能电动车电瓶充电插座利用电瓶的充电电流作为输入，通过使用自学习功能将满充状态的电瓶充电电流的转换电平存储到单片机的EEPROM，作为判断电瓶是否过充的依据。在电瓶充满电后浮充一段时间，智能的切断电瓶充电电源，从而能够保证电瓶的充足率并且保证不会过充。整个充电插座体积小，结构简单，成本低，并且具有良好的抗浪涌和防冲击功能。通过某电子企业对该产品的生产和推广，证明该充电插座器工作安全、稳定，对电瓶充电不仅能够保证较高的充足率，而且可以延长电瓶的使用寿命，具有非常高的实用价值和推广价值。

[1]刘贤兴,李众.新型智能开关电源技术[M].北京:机械工业出版社,2003.

[2]张幸,杨伟民,李纲园.智能化电瓶充电装置的研究[J].上海理工大学学报,2004(4):381-384.

[3]高志宏.基于PIC16F73的智能镍镉电瓶充电器[J].机电工程,2008(6):97-99.

[4]窦振中.PIC系列单片机原理和程序设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.

[5]刘美俊.基于单片机的智能充电器设计[J].仪表技术与传感器,2006(9):41-43.

[6]王新生,游青山,冉霞.阀控式铅酸电瓶与UC3909智能充电[J].通信电源技术,2006.25(3):59-62.

刘占军（1987—），男，江苏人，硕士研究生，主要从事嵌入式系统的研究。