基于stm32单片机的高效蓄电池组充电装置

寇闯 吴立业 李惠龙

摘要：本文的重点是对蓄电池组均衡充电充电的研究，主要包括主电路和控制策略的研究。主电路的设计对电池电压均衡效果有着重要影响，充电过程中能自动切换蓄电池组的连接方式，实现均衡充电的目的。充电结束时，蓄电池的电压基本保持一致，效果较好。

关键词 ：蓄电池;充电方法;自动切换

1 本文设计目的与思路：

目前市场上蓄电池的充电装置都是电池串联在一起充电，这种充电方式存在电池均衡性问题。为了解决这一问题，提高电池寿命，提高充电系统的稳定性并减少成本，本文提出一种高效、稳定的充电方法。采用两阶段充电方案，第一阶段为恒流充电，第二阶段为恒压充电。均充模块启动后，进行第一阶段充电，输入充电基准电压，主电路采用恒流模式，蓄电池组串联在一起，实现恒流充电，保证每一个电池的充电电流相同，当某一节电池充电到基准电压时，该节电池从充电回路中切掉不再充电，控制电路检测每一节电池的电压，当所有的电池都充至基准电压，主电路由恒流模式切换至恒压模式，蓄电池组由串联切换至并联，进入第二阶段充电，实现恒压充电，保证每一节电池的充电电压均相同，所有电池都充满电后充电结束。

2电路设计

2.1 主电路

主电路利用反激、BUCK电路，并利用stm32单片机输出PWM波控制输入电压和电流，第一阶段控制电流为稳定2A，第二阶段控制电压稳定为基准电压并 对电池进行充电。利用光耦对电压进行检测，利用INA282对电流检测。以三节电池为例，共有9个 开关，选取mos管作为电路开关，开关1到6为单刀开关，开关7到9为单刀双掷开关，开关1、2、5、6断开 ，开关3、4闭合时，电池为恒流充电，开关1、2、5、6闭合 ，开关3、4断开时，为恒压充电。主电路简化图如图1所示：

2.2 检测电路

检测电路：对电池两端电压进行采样，利用运放滞环比较电路进行比较，当电池两端压差达到基准电压时，滞环比较电路输出高电平，控制开关管状态的切换。运放滞环比较电路如下：

2.3 控制电路

控制电路：利用stm32单片机控制达组合三极管的开通与关断，从而控制mos管的开通与关断，控制电路如图3所示：

3 创新点

1）目前的充电方式都是电池组串联在一起，通过附加电路进行分流从而不断均衡充电，而此方案的创新点在于充电过程中实现电池组串并联的切换，改变电池组的连接方式，保证多电池充电过程中电流相同或者电压相同，从而均衡充电。

2） 整个电路只有一个控制信号，即基准电压Uref，控制方式简单。只需通过控制Uref，就可以控制电池充电模式，电池组充电工作情况如下，第一阶段恒流，Uref输入为电池期望压差，每节电池都充电至期望压差时，自动转换到恒压模式，到达第二阶段，这一阶段保持Uref不变。恒压充电结束后，只需要升高Uref就可以变成恒流模式，这一阶段将Uref升高至电池充满电时电压的压差，电池组恒流充电，当电池充满电时，自动停止充电。

3）方案采用运放自环比较电路进行均压，成本很低，精度极高。此外，充电过程不需要动态的监测，没有复杂的控制程序。

4）均衡效果极好，电路采用串并联的形式，完全保证电流相同或电压相同

5）电池并联在一起均压，可以有效阻止电池组物理性质差异变大，有利于提高电池使用寿命。

参考文献：

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作者简介：寇闯（1998-12）男，汉，河南开封，江苏大学，学生，电气工程及其自动化。