【摘 要】本文介紹了一種利用單片機智能控制特性設(shè)計的鋰/亞硫酰氯電池的激活放電電路，電路接通后，單片機系統(tǒng)根據(jù)電池電壓的高低，對電池適時進行快速激活。

【主題詞】電池 單片機 激活 電路

鋰/亞硫酰氯電池具有比能量高、放電電壓平穩(wěn)、濕荷電貯存壽命長（5～10年）、使用溫度范圍寬廣（可在-40℃～+60℃的溫度范圍內(nèi)工作）、使用方便等優(yōu)點。但該電池還存在電壓滯后現(xiàn)象，電壓滯后是指電池放電初期，電壓低于額定值，隨著放電時間的延長，電壓漸漸回升，這種現(xiàn)象稱為“電壓滯后”現(xiàn)象。需特別指出的是，目前很多解決鋰/亞硫酰氯電池電壓滯后的辦法都是以減少電池的輸出容量或犧牲鋰/亞硫酰氯電池的比能量為代價的。有鑒于此，我們認為在需要高比能量、尤其是在軍用或空間應(yīng)用場合下更應(yīng)發(fā)揮電池使用方的積極性，通過線路設(shè)計或元器件的選用來提前啟動放電回路，讓鋰/亞硫酰氯電池預(yù)先工作以順利通過低電壓段，待達到正常工作電壓值后再讓電池接入負載電路中，實踐證明這是一個可行并且實用的好方法。本文介紹了一種利用單片機智能控制特性設(shè)計的鋰/亞硫酰氯電池激活放電電路，電路接通后，單片機系統(tǒng)根據(jù)電池電壓的高低，對電池適時進行快速激活。

一、 技術(shù)要求

（1）最大激活電流：15A，（2）激活電壓：1V～12V（電池電壓1～19V），（3）激活電路通過一個開關(guān)對電池進行控制，即開關(guān)接通后對電池進行激活，當(dāng)電池電壓升至12V時，激活電路關(guān)閉，停止激活放電，（4）工作溫度：-30℃～+50℃，（5）貯存溫度：-55℃～+70℃

二、 設(shè)計難點

設(shè)計難點有兩點：（1）電源供電范圍大，電池電壓變化范圍大（電池電壓1V～19V，采用自行設(shè)計的恒流源加穩(wěn)壓管方式，避免外協(xié)研制特種DC/DC，降低技術(shù)難度和減少成本）；（2）由于屬于首次研制，電池設(shè)計人員缺少電池經(jīng)過長期存儲后準確的激活參數(shù)，希望在電池成品并長期存放后（存放十年甚至更長），電池設(shè)計人員可以在一定范圍內(nèi)對激活電流等參數(shù)在電池進行不開蓋不破壞物理狀態(tài)下修改，即利用軟件修改激活參數(shù)。

三、技術(shù)原理和實現(xiàn)途徑

（一） 技術(shù)原理如圖1所示。

圖1 技術(shù)原理圖

（二） 硬件電路設(shè)計

由于電池電壓在激活前后電壓變化范圍大（1V～19V），設(shè)計中首先需要解決單片機的供電，因此怎樣解決單片機的電源成為電路設(shè)計的難點，最終結(jié)合電池的特性，選擇 STC12LE5A32AD單片機，其工作電壓為：2.2V～3.6V（3V單片機）。同時STC12LE5A32AD可以在線編程，這樣就彌補了常規(guī)單片機一個主要缺點：固化并焊接后不能修改程序，一旦不適宜產(chǎn)品只能破壞性維修或報廢；而且STC12LE5A32AD內(nèi)部集成AD、EEPROM、Flash程序存儲器、看門狗等功能，節(jié)省了大量的空間。因為2.2V以下單片機不能工作，而電池仍需激活放電，因此使用固態(tài)光耦繼電器，設(shè)計一個無條件放電，隨著電池電壓的上升，單片機開始工作，實現(xiàn)電池的激活放電，電路設(shè)計如圖2所示。

電路原理介紹：當(dāng)激活電路與電池連接后，如電池電壓過低，穩(wěn)壓限流電源輸出電壓低于2.2V，電池通過電阻Ri、常閉觸點型光藕繼電器K的3、4觸點放電，使電池激活。當(dāng)電池上升使單片機電源電壓大于或等于2.2V后（電池電壓約3V），單片機系統(tǒng)開始正常工作，CPU發(fā)出指令，開關(guān)三極管V2導(dǎo)通，功率PMOS管V3接通，電池經(jīng)過電阻Ri、V3支路大電流放電，電池激活加速，同時CPU高速采集電池電壓，根據(jù)電池電壓情況決定是否關(guān)斷V3和K，激活瞬時電流大小取決于電池電壓和激活回路電阻（包括R2功率電阻和V3的導(dǎo)通電阻），激活平均電流改變可以由單片機根據(jù)電池電壓自動調(diào)節(jié)V3導(dǎo)通時間占空比調(diào)節(jié)。

本設(shè)計激活電流最大達15A左右。由于大電流放電可能使電池電壓下降，總壓低于所要求的電壓，因此，必須關(guān)斷激活電流，測量判斷電池電壓是否已經(jīng)滿足要求。如果仍然低于要求的電壓，則CPU發(fā)出指令繼續(xù)激活放電，1S后再次關(guān)斷激活電流進行判斷，直至電池電壓合格為止（整個過程必須在規(guī)定的時間內(nèi)完成），激活過程完成。

四、 主控芯片

目前市場上單片機種類繁多，有美國Intel公司的MCS-51系列，美國Atmel公司89C51等單片機，日本松下公司的MN6800系列，荷蘭PHILIPS（菲力浦）公司的8×C552系列，NS公司的NS8070系列，我國深圳宏晶科技公司的STC12系列等等，在此項目中，我們選擇深圳宏晶科技公司生產(chǎn)的STC12系列型號為STC12LE5A32AD的單片機。該芯片具有一系列的優(yōu)點：

（1）工作電壓：2.2V～3.6V（3V單片機），（2）片上集成1280字節(jié)RAM，（3）用戶FLASH應(yīng)用程序空間32K字節(jié)，（4）ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器可通過串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片，（5）硬件看門狗（WDT），（6）有EEPROM功能，（7）內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路（外部晶體12M以下時，復(fù)位腳可直接1K電阻到地），（8）時鐘源：外部高精度晶體/時鐘，內(nèi)部R/C振蕩器（溫漂為+/-5%到+/-10%以內(nèi)），用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內(nèi)部R/C振蕩器還是外部晶體/時鐘，內(nèi)部R/C振蕩器頻率為：8MHz～12 MHz精度要求不高時，可選擇使用內(nèi)部時鐘，（9）共4個16為定時器，兩個與傳統(tǒng)8051兼容的定時器/計數(shù)器，16位定時器T0/T1沒有定時器2，但有獨立波特率發(fā)生器做串行通訊的波特率發(fā)生器，再加上2路PCA模塊可再實現(xiàn)2個16位定時器，（11）A/D轉(zhuǎn)換，10位精度ADC，共8路，轉(zhuǎn)換速度可達250K/S（每秒鐘25萬次），（12）工作溫度范圍：-40°C～+85°C等

五、軟件設(shè)計

本系統(tǒng)軟件采用C51語言編寫，軟件流程圖如圖3所示。主程序是整個軟件系統(tǒng)的框架核心部件，主程序主要完成激活放電的流程控制，激活電路上電復(fù)位后即進入主程序，首先進行系統(tǒng)初始化，包括初始化堆棧指針，RAM單元等，之后調(diào)用各子程序。子程序主要有，延時程序，A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)及運算程序，測量程序，中斷程序等。

圖3 軟件流程圖

六、 結(jié)束語

本系統(tǒng)采用單片機技術(shù)實現(xiàn)了對鋰/亞硫酰氯電池的自動智能激活，有效解決了激活過程中智能判斷和因持續(xù)放電出現(xiàn)的電池電壓爬升緩慢的問題，簡化了硬件電路。經(jīng)過多次平臺試驗和模擬試驗，該電路能較好的實現(xiàn)所有功能。實際系統(tǒng)CPU測量電池電壓誤差不大于20mV；同時由于可以在線編程，最大限度地滿足了激活電路模塊裝入電池內(nèi)部不可取出維護修改情況下，由于電池激活參數(shù)需要適當(dāng)變更，可以在電池不開蓋不破壞物理狀態(tài)的情況下，很方便地通過ISP編程適應(yīng)不同的激活模式和電流要求。

參考文獻：

[1] 新型化學(xué)電源導(dǎo)論，李國欣，1992年，復(fù)旦大學(xué)出版社

[2] 單片微型計算機原理、應(yīng)用及接口技術(shù)，張迎新，2004年，國防工業(yè)出版社

[3] 單片機開發(fā)應(yīng)用技術(shù)，李國興、李偉，2007年，北京大學(xué)出版社

[4] STC12C5A60S2系列單片機器件手冊，深圳宏晶科技公司，2011，www.STCMCU.com（宏晶科技官方網(wǎng)站）