【摘 要】本文介绍了一种利用单片机智能控制特性设计的锂/亚硫酰氯电池的激活放电电路，电路接通后，单片机系统根据电池电压的高低，对电池适时进行快速激活。
【主题词】电池 单片机 激活 电路
锂/亚硫酰氯电池具有比能量高、放电电压平稳、湿荷电贮存寿命长（5～10年）、使用温度范围宽广（可在-40℃～+60℃的温度范围内工作）、使用方便等优点。但该电池还存在电压滞后现象，电压滞后是指电池放电初期，电压低于额定值，随着放电时间的延长，电压渐渐回升，这种现象称为“电压滞后”现象。需特别指出的是，目前很多解决锂/亚硫酰氯电池电压滞后的办法都是以减少电池的输出容量或牺牲锂/亚硫酰氯电池的比能量为代价的。有鉴于此，我们认为在需要高比能量、尤其是在军用或空间应用场合下更应发挥电池使用方的积极性，通过线路设计或元器件的选用来提前启动放电回路，让锂/亚硫酰氯电池预先工作以顺利通过低电压段，待达到正常工作电压值后再让电池接入负载电路中，实践证明这是一个可行并且实用的好方法。本文介绍了一种利用单片机智能控制特性设计的锂/亚硫酰氯电池激活放电电路，电路接通后，单片机系统根据电池电压的高低，对电池适时进行快速激活。
一、 技术要求
（1）最大激活电流：15A，（2）激活电压：1V～12V（电池电压1～19V），（3）激活电路通过一个开关对电池进行控制，即开关接通后对电池进行激活，当电池电压升至12V时，激活电路关闭，停止激活放电，（4）工作温度：-30℃～+50℃，（5）贮存温度：-55℃～+70℃
二、 设计难点
设计难点有两点：（1）电源供电范围大，电池电压变化范围大（电池电压1V～19V，采用自行设计的恒流源加稳压管方式，避免外协研制特种DC/DC，降低技术难度和减少成本）；（2）由于属于首次研制，电池设计人员缺少电池经过长期存储后准确的激活参数，希望在电池成品并长期存放后（存放十年甚至更长），电池设计人员可以在一定范围内对激活电流等参数在电池进行不开盖不破坏物理状态下修改，即利用软件修改激活参数。
三、技术原理和实现途径
（一） 技术原理如图1所示。
图1 技术原理图
（二） 硬件电路设计
由于电池电压在激活前后电压变化范围大（1V～19V），设计中首先需要解决单片机的供电，因此怎样解决单片机的电源成为电路设计的难点，最终结合电池的特性，选择 STC12LE5A32AD单片机，其工作电压为：2.2V～3.6V（3V单片机）。同时STC12LE5A32AD可以在线编程，这样就弥补了常规单片机一个主要缺点：固化并焊接后不能修改程序，一旦不适宜产品只能破坏性维修或报废；而且STC12LE5A32AD内部集成AD、EEPROM、Flash程序存储器、看门狗等功能，节省了大量的空间。因为2.2V以下单片机不能工作，而电池仍需激活放电，因此使用固态光耦继电器，设计一个无条件放电，随着电池电压的上升，单片机开始工作，实现电池的激活放电，电路设计如图2所示。
电路原理介绍：当激活电路与电池连接后，如电池电压过低，稳压限流电源输出电压低于2.2V，电池通过电阻Ri、常闭触点型光藕继电器K的3、4触点放电，使电池激活。当电池上升使单片机电源电压大于或等于2.2V后（电池电压约3V），单片机系统开始正常工作，CPU发出指令，开关三极管V2导通，功率PMOS管V3接通，电池经过电阻Ri、V3支路大电流放电，电池激活加速，同时CPU高速采集电池电压，根据电池电压情况决定是否关断V3和K，激活瞬时电流大小取决于电池电压和激活回路电阻（包括R2功率电阻和V3的导通电阻），激活平均电流改变可以由单片机根据电池电压自动调节V3导通时间占空比调节。
本设计激活电流最大达15A左右。由于大电流放电可能使电池电压下降，总压低于所要求的电压，因此，必须关断激活电流，测量判断电池电压是否已经满足要求。如果仍然低于要求的电压，则CPU发出指令继续激活放电，1S后再次关断激活电流进行判断，直至电池电压合格为止（整个过程必须在规定的时间内完成），激活过程完成。
四、 主控芯片
目前市场上单片机种类繁多，有美国Intel公司的MCS-51系列，美国Atmel公司89C51等单片机，日本松下公司的MN6800系列，荷兰PHILIPS（菲力浦）公司的8×C552系列，NS公司的NS8070系列，我国深圳宏晶科技公司的STC12系列等等，在此项目中，我们选择深圳宏晶科技公司生产的STC12系列型号为STC12LE5A32AD的单片机。该芯片具有一系列的优点：
（1）工作电压：2.2V～3.6V（3V单片机），（2）片上集成1280字节RAM，（3）用户FLASH应用程序空间32K字节，（4）ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片，（5）硬件看门狗（WDT），（6）有EEPROM功能，（7）内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体12M以下时，复位脚可直接1K电阻到地），（8）时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器（温漂为+/-5%到+/-10%以内），用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟，内部R/C振荡器频率为：8MHz～12 MHz精度要求不高时，可选择使用内部时钟，（9）共4个16为定时器，两个与传统8051兼容的定时器/计数器，16位定时器T0/T1没有定时器2，但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器，再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器，（11）A/D转换，10位精度ADC，共8路，转换速度可达250K/S（每秒钟25万次），（12）工作温度范围：-40°C～+85°C等
五、软件设计
本系统软件采用C51语言编写，软件流程图如图3所示。主程序是整个软件系统的框架核心部件，主程序主要完成激活放电的流程控制，激活电路上电复位后即进入主程序，首先进行系统初始化，包括初始化堆栈指针，RAM单元等，之后调用各子程序。子程序主要有，延时程序，A/D转换数据及运算程序，测量程序，中断程序等。
图3 软件流程图
六、 结束语
本系统采用单片机技术实现了对锂/亚硫酰氯电池的自动智能激活，有效解决了激活过程中智能判断和因持续放电出现的电池电压爬升缓慢的问题，简化了硬件电路。经过多次平台试验和模拟试验，该电路能较好的实现所有功能。实际系统CPU测量电池电压误差不大于20mV；同时由于可以在线编程，最大限度地满足了激活电路模块装入电池内部不可取出维护修改情况下，由于电池激活参数需要适当变更，可以在电池不开盖不破坏物理状态的情况下，很方便地通过ISP编程适应不同的激活模式和电流要求。
参考文献：
[1] 新型化学电源导论，李国欣，1992年，复旦大学出版社
[2] 单片微型计算机原理、应用及接口技术，张迎新，2004年，国防工业出版社
[3] 单片机开发应用技术，李国兴、李伟，2007年，北京大学出版社
[4] STC12C5A60S2系列单片机器件手册，深圳宏晶科技公司，2011，（宏晶科技官方网站）
