一种基于dsp的锂电池充放电装置的制造方法
专利名称:一种基于dsp的锂电池充放电装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于DSP的锂电池充放电装置，包括控制模块、驱动模块、双向DC?DC变换电路模块、信号检测模块、电源模块、负载模块及显示模块等组成。电源模块由直流稳压电源及辅助电源模块组成。信号采集模块一端连接双向DC?DC变换电路电流与电压采集点、一端连接在控制模块DSP的输入端。DSP控制模块输出控制信号给驱动电路，从而驱动双向DC?DC变换主电路的开关管的运行，实现锂电池的充放电。辅助电源为显示模块与DSP控制模块提供电源。本实用新型的优点是控制简单、智能化、效率高、可靠性强。
【专利说明】
一种基于DSP的锂电池充放电装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种锂电池充放电装置，适用于电池领域。
【背景技术】
[0002]电池通常分为两类:一次电池或原电池;二次电池或充放电电池或蓄电池。前者基本上只能放电一次，放电结束后，不能再使用。后者则是放电结束后，可以进行充电，然后又可以进行放电，反复使用多次。
[0003]锂电池具有自放电小、电压高、比能量高、质量轻、无污染以及使用寿命长等特殊的独特的优点。锂电池能根据要求随时进行充电，却不会降低电池性能，具有无记忆性效应的优点;锂电池中不存在有害物质，对环境无污染，是名副其实的“绿色电池”。
[0004]目前采用的锂离子电池的充放电方式主要有两种:恒流充电和恒压充电；当然二者也可以交叉进行。
[0005]当前的传统的充放电装置控制参数多、操作复杂、且效率较低。已经不能满足现在的应用要求。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的是针对已有技术的存在的缺陷，提出一种基于单片机的锂电池充放电装置，该装置控制简单、控制参数少、充电电效率高、能源浪费少。
[0007]本实用新型所采用的技术方案是:基于单片机的锂电池充放电装置，主要包括单片机控制系统、驱动模块。双向DC变换主电路模块、显示模块、电源模块、信号检测模块、锂电池组及负载模块等。
[0008]所述的DSP控制系统是基于DPS的锂电池充放电装置的核心部分之一，其控制系统为TI公司的DSP2812最小系统，控制系统通过DSP2812进行电压信号的AD采集，并进行PID的闭环调节。输出一路PWM信号为驱动电路，通过按键调节来进行电流步进的调节、工作模式的转换。恒流方式进行电池组的充电，恒压模式时切换成放电模式，根据模式的选择实现能量的双向流动。
[0009]所述的双向DC变换主电路模块是基于DSP的锂电池充放电装置的的核心部分之一。双向DC/DC变换主电路采用非隔离型BUCK/BOOST拓扑结构，根据不同的工作模式控制两个MOS管的导、通，可实现升降压，来完成降压和升压部分的电路。Boost升压电路中二极管为肖特基二极管，此二极管具有正向压降很小、恢复时间更短的优点，但反向耐压较低，多用于低压场合。由于装置中两个MOS管的的工作状态是相反的，所以DSP只需输出一路PffM信号即可控制装置的运行。为降低开关损耗，应尽量降低工作频率。综合考虑与试验后将开关频率设定为30kHz。
[0010]所述的信号检测模块是基于DSP的锂电池充放电装置的的核心部分之一。所述的信号检测模块由电流检测芯片1NA282、康铜丝采样电阻及电阻分压电路组成。信号检测模块通过电流检测芯片INA282通过放大康铜丝采样电阻来获取电流信号、通过电阻分压电路获取电压信号。采集到的电流、电压信号反馈到DSP控制模块用于控制锂电池充放电。
[0011]所述的的驱动模块是基于DSP的锂电池充放电装置的核心部分之一，驱动电路包括驱动芯片IR2104S、及电容、电感以及电力MOSFET管。每个IR2104S型功率型芯片控制两个电力MOSFET管的通断。驱动芯片的输入端与DSP控制模块的PffM输出端连接。通过PffM信号调节控制MOSFET管的通断实现装置的闭环控制。当DSP检测到电池电压值大于设定值，通过为IR2104S的使能端提供关断信号，从而完成充电过程。
[0012]所述的电源模块分为直流稳压电源和辅助电源模块组成。直流稳压电源采用英特罗克公司的IPD-3305SLU，直流稳压电源为双向DC/DC变换主电路及辅助电源提供30V电压供应。辅助电源由TI的开关型集成稳压芯片LM2596及外围器件电阻、电容、二极管等构成高效稳压电路提供+5V，+ 12V输出。辅助电源为控制系统的DSP控制器、驱动模块提供5V与12V的电压供应。
[0013]所述的显示模块是由低功耗的LCD12864液晶模块构成的，显示程序由C语言编写完成，用来实时显示电压、电流值的大小。
[0014]所述的负载模块可以是任意需要直流电的设备。
[0015]本实用新型的优点是控制简单、控制参数小、精度好。实现了对锂电池串联组成的电池组进行充电和放电两种工作模式的一键切换。电路整体结构紧凑且界面友好，操作简单，根据两种工作模式的选择来实现能量的双向流动，该双向DC-DC变换器控制精度好，效率尚，并具有良好的稳定性。
【附图说明】
[0016]图1本实用新型的整体结构图；
[0017]图2本实用新型的双向DC/DC变换主电路图；
[0018]图3本实用新型信号检测模块电路图；
[0019]图4本实用新型驱动模块电路图；
[0020]图5本实用新型辅助电源模块5V设计图；
[0021 ]图6本实用新型辅助电源模块12V设计图
【具体实施方式】
[0022]本实用新型提供一种基于DSP的锂电池的充放电装置。下面结合实例和附图对本实用新型的基于单片机的锂电池充放电装置做出详细说明。
[0023]如图1所示，本实用新型基于DSP的锂电池充放电装置，主要包括DSP控制系统、驱动模块、双向DC/DC变换主电路模块、信号检测模块、电源模块、显示模块、负载模块和锂电池组等。电源模块包括直流稳压电源模块与辅助电源模块。其特征在于所述双向DC-DC变换模块分别连接锂电池组、负载模块、DSP控制模块、驱动电路模块。DSP控制模块连接显示模块、驱动模块、信号检测模块及辅助电源模块。DSP控制模块与信号检测模块通过ADC连接。
[0024]如图2所示，所述的双向DC/DC变换主电路采用非隔离型BUCK/BOOST拓扑结构，根据不同的工作模式控制两个MOS管的导、通，可实现升降压，来完成降压和升压部分的电路。双向变换主电路模块一端连接直流稳压电源。一端连接在锂电池组。在主电路模块在还有电池组的电流、电压采样点，为实时监测电池组充放电状态提供反馈信号。升降压电路由103管11^244(01和02)、31?5100二极管、电容031、032、033、电感1^1器件组成，电流向左流动时为降压电路，电流向右流动时为升压电路。Boost升压电路中二极管为肖特基二极管，此二极管具有正向压降很小、恢复时间更短的优点，但反向耐压较低，多用于低压场合。由于装置中两个MOS管的的工作状态是互补的，所以DSP只需输出一路P丽信号即可控制装置的运行。为降低开关损耗，应尽量降低工作频率。综合考虑与试验后将开关频率设定为30kHz。
[0025]如图3所示，信号检测模块由康铜丝电阻Rs、电流检测芯片INA282及分压电路组成。信号检测模块通过电流检测芯片INA282通过放大采样电阻上的电压信号来获取电流信号、通过电阻分压电路获取电压信号。采集到的电流、电压信号反馈到DSP控制模块用于实现装置的双闭环控制。
[0026]如图4所示，所述的驱动模块由MOS驱动芯片IR2104S及极性电容、电感等简单外围器件组成，每个IR2104S型功率型芯片控制两个电力MOSFET管的通断。驱动芯片的输入端IN与DSP控制系统模块输出端连接。通过PffM信号调节控制MOSFET管的通断实现装置的闭环控制。驱动模块同时为整个装置提供过冲保护:当DSP检测到电池电压值大于设定值，通过为IR2104S的使能端提供关断信号，断开Pmi输出，从而关断充电模式，为装置提供了安全保障。
[0027]如图5所示，所述的辅助电源模块5V是由TI的开关型集成稳压芯片LM2596及外围器件电阻、电容、二极管等构成高效稳压电路。LM2596支持输出可调，稳压芯片LM2596的I引脚是输入端，2引脚为输出端，输出端输出5V电压。
[0028]如图6所示，所述的辅助电源模块12V是由TI的开关型集成稳压芯片LM2596及外围器件电阻、电容、二极管等构成高效稳压电路。LM2596支持输出可调，稳压芯片LM2596的I引脚是输入端，2弓丨脚为输出端，输出端输出12V电压。
[0029]以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有局限性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一。所以如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，采用其它形式的同类部件或其它形式的各部件布局方式，不经创造性的设计出与该技术方案相似的技术方案与实施例，均应属于本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种基于DSP的锂电池充放电装置，包括DSP控制模块、驱动模块、负载模块、显示模块、信号检测模块、双向DC-DC变换电路模块及电源模块；电源模块包括直流稳压电源模块与辅助电源模块;其特征在于所述双向DC-DC变换模块分别连接锂电池组、负载模块、信号检测模块、驱动电路模块及直流稳压电源;DSP控制模块连接显示模块、驱动模块、信号检测模块及辅助电源模块。2.根据权利要求1所述的一种基于DSP的锂电池充放电装置，其特征在于:所述的DSP控制模块核心是由TI的DSP2812最小系统组成。3.根据权利要求1所述的一种基于DSP的锂电池充放电装置，其特征在于:所述的双向DC/DC变换主电路采用非隔离型BUCK/BOOST拓扑结构，双向DC/DC变换主电路包括BOOST升压电路与BUCK降压电路，根据不同的工作模式控制两个MOS管的导通与关断，完成降压和升压功能;所述的Boost升压电路中二极管为肖特基二极管。4.根据权利要求1所述的一种基于DSP的锂电池充放电装置，其特征在于:所述的信号检测模块由电流检测芯片INA282、康铜丝采样电阻及电阻分压电路组成;信号检测模块通过电流检测芯片INA282放大康铜丝采样电阻上的电压信号来获取电流信号;通过电阻分压电路获取电压信号。5.根据权利要求1所述的一种基于DSP的锂电池充放电装置，其特征在于:所述的驱动模块由MOS驱动芯片IR2104S及极性电容、电感、二极管器件组成;每个IR2104S型功率型芯片控制两个MOSFET管的通断，驱动芯片的输入端与DSP控制模块的PffM输出端连接。6.根据权利要求1所述的一种基于DSP的锂电池充放电装置，其特征在于:直流稳压电源为双向DC/DC变换主电路及辅助电源提供30V电压供应;辅助电源模块由稳压管LM2596与电感、电容、电阻及IN4007 二极管组成，为DSP控制模块、驱动模块及显示模块分别提供提供5V、12V、5V 的电压。7.根据权利要求1所述的一种基于DSP的锂电池充放电装置，其特征在于:所述的显示模块由低功耗LCD12864液晶模块组成;显示模块实时显示电池组充放电电流和电压的大小值。
【文档编号】H02J7/00GK205724940SQ201620045505
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年1月14日
【发明人】姜文涛, 蔡燕, 尹磊, 王智杰, 孙流斌
【申请人】天津工业大学
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于DSP的锂电池充放电装置，包括控制模块、驱动模块、双向DC?DC变换电路模块、信号检测模块、电源模块、负载模块及显示模块等组成。电源模块由直流稳压电源及辅助电源模块组成。信号采集模块一端连接双向DC?DC变换电路电流与电压采集点、一端连接在控制模块DSP的输入端。DSP控制模块输出控制信号给驱动电路，从而驱动双向DC?DC变换主电路的开关管的运行，实现锂电池的充放电。辅助电源为显示模块与DSP控制模块提供电源。本实用新型的优点是控制简单、智能化、效率高、可靠性强。
【专利说明】
一种基于DSP的锂电池充放电装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种锂电池充放电装置，适用于电池领域。
【背景技术】
[0002]电池通常分为两类:一次电池或原电池;二次电池或充放电电池或蓄电池。前者基本上只能放电一次，放电结束后，不能再使用。后者则是放电结束后，可以进行充电，然后又可以进行放电，反复使用多次。
[0003]锂电池具有自放电小、电压高、比能量高、质量轻、无污染以及使用寿命长等特殊的独特的优点。锂电池能根据要求随时进行充电，却不会降低电池性能，具有无记忆性效应的优点;锂电池中不存在有害物质，对环境无污染，是名副其实的“绿色电池”。
[0004]目前采用的锂离子电池的充放电方式主要有两种:恒流充电和恒压充电；当然二者也可以交叉进行。
[0005]当前的传统的充放电装置控制参数多、操作复杂、且效率较低。已经不能满足现在的应用要求。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的是针对已有技术的存在的缺陷，提出一种基于单片机的锂电池充放电装置，该装置控制简单、控制参数少、充电电效率高、能源浪费少。
[0007]本实用新型所采用的技术方案是:基于单片机的锂电池充放电装置，主要包括单片机控制系统、驱动模块。双向DC变换主电路模块、显示模块、电源模块、信号检测模块、锂电池组及负载模块等。
[0008]所述的DSP控制系统是基于DPS的锂电池充放电装置的核心部分之一，其控制系统为TI公司的DSP2812最小系统，控制系统通过DSP2812进行电压信号的AD采集，并进行PID的闭环调节。输出一路PWM信号为驱动电路，通过按键调节来进行电流步进的调节、工作模式的转换。恒流方式进行电池组的充电，恒压模式时切换成放电模式，根据模式的选择实现能量的双向流动。
[0009]所述的双向DC变换主电路模块是基于DSP的锂电池充放电装置的的核心部分之一。双向DC/DC变换主电路采用非隔离型BUCK/BOOST拓扑结构，根据不同的工作模式控制两个MOS管的导、通，可实现升降压，来完成降压和升压部分的电路。Boost升压电路中二极管为肖特基二极管，此二极管具有正向压降很小、恢复时间更短的优点，但反向耐压较低，多用于低压场合。由于装置中两个MOS管的的工作状态是相反的，所以DSP只需输出一路PffM信号即可控制装置的运行。为降低开关损耗，应尽量降低工作频率。综合考虑与试验后将开关频率设定为30kHz。
[0010]所述的信号检测模块是基于DSP的锂电池充放电装置的的核心部分之一。所述的信号检测模块由电流检测芯片1NA282、康铜丝采样电阻及电阻分压电路组成。信号检测模块通过电流检测芯片INA282通过放大康铜丝采样电阻来获取电流信号、通过电阻分压电路获取电压信号。采集到的电流、电压信号反馈到DSP控制模块用于控制锂电池充放电。
[0011]所述的的驱动模块是基于DSP的锂电池充放电装置的核心部分之一，驱动电路包括驱动芯片IR2104S、及电容、电感以及电力MOSFET管。每个IR2104S型功率型芯片控制两个电力MOSFET管的通断。驱动芯片的输入端与DSP控制模块的PffM输出端连接。通过PffM信号调节控制MOSFET管的通断实现装置的闭环控制。当DSP检测到电池电压值大于设定值，通过为IR2104S的使能端提供关断信号，从而完成充电过程。
[0012]所述的电源模块分为直流稳压电源和辅助电源模块组成。直流稳压电源采用英特罗克公司的IPD-3305SLU，直流稳压电源为双向DC/DC变换主电路及辅助电源提供30V电压供应。辅助电源由TI的开关型集成稳压芯片LM2596及外围器件电阻、电容、二极管等构成高效稳压电路提供+5V，+ 12V输出。辅助电源为控制系统的DSP控制器、驱动模块提供5V与12V的电压供应。
[0013]所述的显示模块是由低功耗的LCD12864液晶模块构成的，显示程序由C语言编写完成，用来实时显示电压、电流值的大小。
[0014]所述的负载模块可以是任意需要直流电的设备。
[0015]本实用新型的优点是控制简单、控制参数小、精度好。实现了对锂电池串联组成的电池组进行充电和放电两种工作模式的一键切换。电路整体结构紧凑且界面友好，操作简单，根据两种工作模式的选择来实现能量的双向流动，该双向DC-DC变换器控制精度好，效率尚，并具有良好的稳定性。
【附图说明】
[0016]图1本实用新型的整体结构图；
[0017]图2本实用新型的双向DC/DC变换主电路图；
[0018]图3本实用新型信号检测模块电路图；
[0019]图4本实用新型驱动模块电路图；
[0020]图5本实用新型辅助电源模块5V设计图；
[0021 ]图6本实用新型辅助电源模块12V设计图
【具体实施方式】
[0022]本实用新型提供一种基于DSP的锂电池的充放电装置。下面结合实例和附图对本实用新型的基于单片机的锂电池充放电装置做出详细说明。
[0023]如图1所示，本实用新型基于DSP的锂电池充放电装置，主要包括DSP控制系统、驱动模块、双向DC/DC变换主电路模块、信号检测模块、电源模块、显示模块、负载模块和锂电池组等。电源模块包括直流稳压电源模块与辅助电源模块。其特征在于所述双向DC-DC变换模块分别连接锂电池组、负载模块、DSP控制模块、驱动电路模块。DSP控制模块连接显示模块、驱动模块、信号检测模块及辅助电源模块。DSP控制模块与信号检测模块通过ADC连接。
[0024]如图2所示，所述的双向DC/DC变换主电路采用非隔离型BUCK/BOOST拓扑结构，根据不同的工作模式控制两个MOS管的导、通，可实现升降压，来完成降压和升压部分的电路。双向变换主电路模块一端连接直流稳压电源。一端连接在锂电池组。在主电路模块在还有电池组的电流、电压采样点，为实时监测电池组充放电状态提供反馈信号。升降压电路由103管11^244(01和02)、31?5100二极管、电容031、032、033、电感1^1器件组成，电流向左流动时为降压电路，电流向右流动时为升压电路。Boost升压电路中二极管为肖特基二极管，此二极管具有正向压降很小、恢复时间更短的优点，但反向耐压较低，多用于低压场合。由于装置中两个MOS管的的工作状态是互补的，所以DSP只需输出一路P丽信号即可控制装置的运行。为降低开关损耗，应尽量降低工作频率。综合考虑与试验后将开关频率设定为30kHz。
[0025]如图3所示，信号检测模块由康铜丝电阻Rs、电流检测芯片INA282及分压电路组成。信号检测模块通过电流检测芯片INA282通过放大采样电阻上的电压信号来获取电流信号、通过电阻分压电路获取电压信号。采集到的电流、电压信号反馈到DSP控制模块用于实现装置的双闭环控制。
[0026]如图4所示，所述的驱动模块由MOS驱动芯片IR2104S及极性电容、电感等简单外围器件组成，每个IR2104S型功率型芯片控制两个电力MOSFET管的通断。驱动芯片的输入端IN与DSP控制系统模块输出端连接。通过PffM信号调节控制MOSFET管的通断实现装置的闭环控制。驱动模块同时为整个装置提供过冲保护:当DSP检测到电池电压值大于设定值，通过为IR2104S的使能端提供关断信号，断开Pmi输出，从而关断充电模式，为装置提供了安全保障。
[0027]如图5所示，所述的辅助电源模块5V是由TI的开关型集成稳压芯片LM2596及外围器件电阻、电容、二极管等构成高效稳压电路。LM2596支持输出可调，稳压芯片LM2596的I引脚是输入端，2引脚为输出端，输出端输出5V电压。
[0028]如图6所示，所述的辅助电源模块12V是由TI的开关型集成稳压芯片LM2596及外围器件电阻、电容、二极管等构成高效稳压电路。LM2596支持输出可调，稳压芯片LM2596的I引脚是输入端，2弓丨脚为输出端，输出端输出12V电压。
[0029]以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有局限性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一。所以如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，采用其它形式的同类部件或其它形式的各部件布局方式，不经创造性的设计出与该技术方案相似的技术方案与实施例，均应属于本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种基于DSP的锂电池充放电装置，包括DSP控制模块、驱动模块、负载模块、显示模块、信号检测模块、双向DC-DC变换电路模块及电源模块；电源模块包括直流稳压电源模块与辅助电源模块;其特征在于所述双向DC-DC变换模块分别连接锂电池组、负载模块、信号检测模块、驱动电路模块及直流稳压电源;DSP控制模块连接显示模块、驱动模块、信号检测模块及辅助电源模块。2.根据权利要求1所述的一种基于DSP的锂电池充放电装置，其特征在于:所述的DSP控制模块核心是由TI的DSP2812最小系统组成。3.根据权利要求1所述的一种基于DSP的锂电池充放电装置，其特征在于:所述的双向DC/DC变换主电路采用非隔离型BUCK/BOOST拓扑结构，双向DC/DC变换主电路包括BOOST升压电路与BUCK降压电路，根据不同的工作模式控制两个MOS管的导通与关断，完成降压和升压功能;所述的Boost升压电路中二极管为肖特基二极管。4.根据权利要求1所述的一种基于DSP的锂电池充放电装置，其特征在于:所述的信号检测模块由电流检测芯片INA282、康铜丝采样电阻及电阻分压电路组成;信号检测模块通过电流检测芯片INA282放大康铜丝采样电阻上的电压信号来获取电流信号;通过电阻分压电路获取电压信号。5.根据权利要求1所述的一种基于DSP的锂电池充放电装置，其特征在于:所述的驱动模块由MOS驱动芯片IR2104S及极性电容、电感、二极管器件组成;每个IR2104S型功率型芯片控制两个MOSFET管的通断，驱动芯片的输入端与DSP控制模块的PffM输出端连接。6.根据权利要求1所述的一种基于DSP的锂电池充放电装置，其特征在于:直流稳压电源为双向DC/DC变换主电路及辅助电源提供30V电压供应;辅助电源模块由稳压管LM2596与电感、电容、电阻及IN4007 二极管组成，为DSP控制模块、驱动模块及显示模块分别提供提供5V、12V、5V 的电压。7.根据权利要求1所述的一种基于DSP的锂电池充放电装置，其特征在于:所述的显示模块由低功耗LCD12864液晶模块组成;显示模块实时显示电池组充放电电流和电压的大小值。
【文档编号】H02J7/00GK205724940SQ201620045505
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年1月14日
【发明人】姜文涛, 蔡燕, 尹磊, 王智杰, 孙流斌
【申请人】天津工业大学
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