一种低成本超小型锂电池放电仪

林志琦，施欣蓉，赵江托，陈文帅

(长春工业大学 电气与电子工程学院，吉林 长春 130012)



一种低成本超小型锂电池放电仪

林志琦，施欣蓉，赵江托，陈文帅

(长春工业大学 电气与电子工程学院，吉林 长春 130012)

采用PIC12C508单片机芯片作为控制电路的核心元件，通过程序控制电池的充放电过程，实现锂电池容量及寿命的测量。

单片机; 锂电池; 放电仪

0 引 言

锂电池是目前最佳的电池能源，也是应用最广泛和最有发展前景的能源。锂电池因其能量高、电池电压高、工作温度范围广、寿命长，已被广泛应用到军事和民用小型电器中[1]。由于锂电池的广泛应用，移动电话、笔记本等小型电子设备的体积不断减小。但是锂电池随着使用年限的增加，其容量会逐渐减小[2]，从而进一步影响蓄电池的使用寿命[3]。为解决这一问题，放电仪的使用必不可少。放电仪配合计算机数据处理软件，对锂电池恒流放电进行检测及核对电池容量试验，监测纪录并储存放电电压、放电电流、放电时间、放电曲线等电路参数[4-5]。通过得到的电池放电曲线，计算电池容量。

目前,市场上有各种型号的放电仪，但大多数价格都偏高，且体积大，不方便随身携带使用[6]。基于以上考虑，本设计采用8个引脚的单片机与上位机通信，通过程序控制电池的充放电过程实现恒流放电。本设计通过VB界面绘制出电池放电过程，通过得到的电池放电曲线计算电池容量。

1 硬件系统设计

锂电池放电仪的整体硬件电路如图1所示。

图1 放电仪电路

采用美国Microchip公司生产的PIC12C508单片机芯片作为本设计控制电路的核心元件。这款芯片具有成本低、功耗低、性能高以及全静态等特点，并且具有先进的RISC结构，符合设计要求[7]。

1.1 恒流放电电路

恒流放电电路由三极管VT2、比较器以及电阻组成，原理如图2所示。

图2 恒流放电电路原理图

由图中可知:

(1)

(2)

所以

(3)

又因为PIC12C508中的P3.4输出峰值为2.5 V的PWM电路加在稳压电源的一端，所以Ui为固定值，实现恒流放电。

1.2 放电仪RC充电电路

放电仪RC充电电路如图3所示。

图3 放电仪RC充电电路

Vb是一个稳定电压，三极管VT1用来控制电容C7的充放电。当VT1导通时，C7通过VT1放电；当VT1截止时，稳定电压Vb通过电阻R2向电容C7充电。当C7两端的电压VC7充电到待测电压Va时，运放LM358构成的比较器翻转，这时单片机输出一个脉冲信号，使VT1导通，C7放电。结束放电后，单片机输出一个信号使VT1截止，C7又开始充电。如此反复进行充放电过程，从而得到C7两端的电压VC7充电到待测电压Va的时间[8]。与此同时，单片机以一定的周期向计算机输出相应的电压值，通过VB软件得到待测电压Va的电压时间曲线。

1.3USB-232串口转换电路

U2及相关电路构成了USB-232串口转换电路(见图1)。串口转换芯片采用的是CH340G。CH340G是一个USB总线的转接芯片，实现USB转串口、USB转IrDA红外或者USB转打印口[9]。在串口方式下，CH340提供常用的MODEM联络信号用于为计算机扩展异步串口。

1.4 放电仪实物图

放电仪实物图如图4所示。

(a) (b)

图4 放电仪实物图

2 软件系统设计

2.1 软件流程设计

放电仪电路的程序流程如图5所示。

图5 放电仪电路的程序流程

当放电仪接上电池组后,首先完成初始化，然后单片机自动检测电池数量和各电池两端电压,再确定放电的终止电压。确定完终止电压后,从第一节电池开始放电，放电过程中单片机实时测量电池两端电压,当端电压等于终止电压时,停止对该电池放电[10]。然后对下一节电池进行放电,如此重复,直到所有电池放电结束。

2.2 采集界面设计

为了能够及时观测放电仪的工作曲线，设计采用了Visual Basic(VB)实现放电电池实时电压的采集与显示。为了完成单片机与PC机的串口通信，在PC机上显示电池电压随时间变化的曲线，本设计利用VB中的MSComm控件进行程序编写[11]。曲线采集软件界面如图6所示。

3 结 语

本设计是一种低成本超小型锂电池放电仪，体积只有一个U盘大小，方便携带使用。由于上述特点，该放电仪与其他厂家生产的大型放电仪相比，虽然测试电流不大，但对于常用的电池足够使用。所以这是一款主要针对锂电池的放电仪，通过对锂电池的充放电监控，得到电池放电曲线，计算得出电池容量。

为了检测放电仪在实际应用中的稳定性与准确性，我们制作了50个样本，并委托从事电池研究人员在实际应用中测试。经过一年多的实际使用，放电仪测试稳定，效果良好。

图6 曲线采集软件界面

[1] 刘连浩,王旭元.一种基于PID控制的锂电池放电仪的研究分析[J].硅谷,2010,32:43-44.

[2] 林达,林言端.DIX型电池恒流自动放电仪的设计[J].电池,2007,37(2)：147-148.

[3] 江绍带.蓄电池巡检仪、放电仪协议转换研究[J].中国新技术新产品,2015(5):33.

[4] 陈国珍,宋海洋,孙素娟,等.对可控式蓄电池综合放电仪的研究分析[J].科技创新与应用,2016(6):39.

[5] 林志琦,宋国明,张讪通.一种锂聚合物电池组平衡电路的设计[J].电源技术,2008(8):519-520.

[6] 李婷，祖静，李新娥.基于MSP430的智能锂电池放电特性测试仪[J].微计算机信息，2008(16)：139-140.

[7] 李江全，汤智辉，朱东芹.Visual Basic数据采集与串口通信测控信用实战[M].北京：人民邮电出版社，2010:140-149.

[8] 李湘江，彭建.基于VB的实时数据采集程序设计[J].微计算机信息，2003(10)：38-39.

[9] 刘欣宇.对VB编程中数据采集系统的设计[J].科技致富向导，2013(6):73,105.

[10] 方丰勤，王晓远.基于PTC通风型加热器的蓄电池恒流放电仪的设计[J].现代制造技术与装备，2006(6):25-27.

[11] 刘开绪，付保红，邹立君.锂离子电池组能量均衡控制[J].长春工业大学学报：自然科学版，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

吉林省教育厅基金资助项目(201596)

林志琦(1964-)，男，汉族，吉林长春人，长春工业大学教授，博士，主要从事电力电子与电力传动方向研究,E-mail:55097975@qq.com.

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

TM 911

A

1674-1374(2016)05-0490-04