本發明涉及一種智能電池充電系統，具體地，涉及一種基于單片機(Microcontroller Unit，MCU)的多功能智能電池充電系統。

背景技術：

鋰離子電池以工作電壓高、能量密度大、自放電率小等優良特性，在手機、筆記本電腦市場，它已經完全取代其他電池，擁有100％的占有率；但鋰離子電池對自身的電壓很敏感，過充或過放都會影響其正常工作。因此，安全、可靠、快速、高效的鋰電池充電器對鋰電池的性能及應用有著至關重要的作用。

鋰離子電池的不足之處在于對充電器的要求比較苛刻，對保護電路的要求較高。為了有效利用電池容量，需將鋰離子電池充電至最大電壓，但過壓充電會造成電池損壞，這就要求較高的充電精度(精度高于1％)。另外，對過放的電池需要進行預充。此外，還需要用其它的輔助方法提高其可靠性，如檢測電池溫度，檢測充電電流等。因此，一個高精度、高可靠性的鋰電池充電電路顯得尤為重要。

鋰離子電池以高能量密度、體積小、重量輕等優勢，正迅速延伸入電動工具、電動自行車、及其他的應用中，它廣闊的市場前景也越來越得到業界的認同。然而與鎳氫、鎳鎘、鉛酸電池相比，要更快地推動鋰離子電池的應用和發展，就必須不斷提高它的安全性和使用壽命。

技術實現要素：

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種基于單片機的多功能智能電池充電系統，使用單芯片控制，設計簡單，提供多種標準接口，使智能電池的管理應用更加廣泛，簡化了邏輯，降低了設計的難度和系統的復雜性。

為達到上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種基于單片機的多功能智能電池充電系統，僅以一個單片機實現所有控制，以單片機作為充電器，利用總線從電池和主機獲取充電信息，通過單片機內部集成的單端/差分ADC和片內電壓基準實現對充電電壓、電流的精確控制。

所述總線包括SMBus、I²C、USB、UART或SPI中任一種或多種類型。

所述總線可根據用戶的特殊要求進行定制。

所述單片機采用C8051FXXX系列集成電路。

所述單片機內部集成有包括AD0-AD3四個ADC輸入引腳，AD0、AD1之間連接功率電阻R1，且R1連接在總線上、AD2、AD3之間連接功率電阻R2，且R2一端連接電池，通過四個ADC輸入引腳實現對四個點的高精度模擬采樣，結合片內電壓基準得到各個點的精確電壓。

所述單片機的P1口與連接在總線上的MOSFET管M0連接，單片機上的兩個脈寬調制口PWM1、PWM2上分別連接MOSFET管M1和M2，其中，M1和M2連接，M0和M1之間通過R1連接，通過對功率電阻R1兩端的檢測，得到輸入電壓和輸入電流，從而根據應用需要調整M0的開關頻率；通過對功率電阻R2兩端的檢測，得到電池兩端的電壓和充電電流，從而根據電池需要的充放電電壓、電流調整PWM1、PWM2的脈寬，實現對M1、M2兩個MOSFET的精確控制。

所述系統采用恒流恒壓充電法，在充電初期采用較小的電流對電池進行預充電，對出現過放的電池進行修復和保護，然后采用較大的恒定電流對電池充電，實現快速充電的目的；最后采用恒定電壓充電，確保電池充滿。

與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：

一，整個系統使用單芯片控制，簡化了系統設計，節省了成本；

二，該系統除提供SMBus接口與現有充電芯片、電池連接外，還可提供USB、UART、SPI等標準接口，增強了系統的適應范圍，因而，具有很好的推廣使用價值。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯：

圖1為本發明一實施例的電路原理圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變化和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。

本發明實施例采用了Silicon Laboratories公司的C8051FXXX系列集成電路，完全集成的混合信號片上系統型MCU。具有高速、流水線結構的8051兼容的微控制器內核，10位200ksps的單端/差分ADC，片內電壓基準和和溫度傳感器，硬件實現的SMBus/I2C、增強型UART(最多兩個)和增強型SPI串行接口，通用串行總線(USB)功能控制器等。

如圖1所示，本發明由C8051FXXX系列單片機作為主控制器構成，單片機與智能電池之間通過SMBus(System Manager Bus，系統管理總線)總線連接，通過SMBus總線獲取智能電池的信息，如電池充電電壓、充電電流、電池溫度、電池電量等；同時單片機可提供豐富的標準接口(SMBus、I2C、USB、UART、SPI等)與上位機連接，使得上位機可以通過多種接口獲取當前的電池信息，同時可以實現多種定制功能。

鋰離子電池對充電的電壓和電流有較高的要求。本發明利用單片機內部集成的10位200ksps的單端/差分ADC和片內電壓基準實現對充電電壓、電流的精確控制。具體實現方法如圖1所示。AD0-AD3為4個ADC輸入引腳，R1、R2為功率電阻。通過4個ADC輸入引腳實現對4個點的高精度模擬采樣，集合片內電壓基準得到各個點的精確電壓。

通過對圖1中MOSFET的控制，可以控制充電電壓和充電電流。具體實現方法為：根據對功率電阻R1兩端的檢測，可以得到輸入電壓和輸入電流，從而根據應用需要調整M0的開關頻率。通過對功率電阻R2兩端的檢測，可以得到電池兩端的電壓和充電電流，從而根據電池需要的充放電電壓、電流調整PWM1、PWM2的脈寬，實現對M1、M2兩個MOSFET的精確控制。

本發明選擇恒流恒壓充電法，即在充電初期采用較小的電流對電池進行預充電，對出現過放的電池進行修復和保護，然后采用較大的恒定電流對電池充電，實現快速充電的目的；最后采用恒定電壓充電，確保電池充滿。

本發明提供的一種基于單片機的多功能智能電池充電系統，主要由單片機構成。單片機作為充電器利用SMBus(System Manager Bus，系統管理總線)總線從電池和主機獲取充電信息，可通過SMBus、I2C、USB、UART、SPI等多種類型的總線與主機通信，獲取操作命令或反饋充電信息。本發明使用了唯一的控制器—單片機,省去了傳統意義上的電池充電管理芯片，同時豐富了接口功能，改進了現有的電池充電管理芯片單一通信接口(SMBus)的缺點，增加了設計的應用范圍。

以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變化或修改，這并不影響本發明的實質內容。在不沖突的情況下，本申請的實施例和實施例中的特征可以任意相互組合。