关于锂离子电池快速充电器的设计

1、for ensure two learn a do learning education made effectiveness, promote all members consciously respected constitution, and comply with party rules, with xi general secretary series important speech spirit armed mind, and guide practice, and promoted work, do qualified communist, according to commu

2、nist 2016 city education information work special self-examination report xx city bureau, and xx city government education steering mission: according to xx province government education steering committee office on carried out province education information work special steering check of notificati

3、on ( teach sc letter x 20164) documents, about quickly organized in our city education bureau department in charge of the supervision standards for learning and study of informatization of education in charge of primary and middle schools in the city led by specialized training, issued a notice of m

4、eeting, special supervision and school self-assessment form. the school at the time of preparation, special organizational self-assessment. city bureau organization about personnel in school since assessment of based shang for has summary and self-examination, now will situation reported following:

5、a, and led attention according to ministry of education on issued liu deputy prime minister in second times national education information work videophone conference shang speech of notification (taught technical 20156,) of file spirit, i city government is in charge of led and education administrat

6、ive sector main head height attention, learning convey has central led in first international education information assembly speech spirit, learning to communicate the spirit of the second national conference on videophone education information and instructed relevant departments according to the do

7、cument, has developed the education development plan of the city. second, overall management, coordination, establish management systems and propulsion mechanisms xx education started in the proceedings of the xx party 200311 working arrangements, xx municipal party committee municipal government at

8、tach great importance to education information, education information development into the citys overall planning, education as a breakthrough in the construction of educational modernization in advance xx, city leaders often goes into the front line of education guide education work and financially

9、 guaranteed. equipment improvement, application is the power education development. to tube easy good information technology equipment, xx city used layered is responsible for, and unison of strategy initiatives: that bureau established information work led group, urged city education information ma

10、nagement and application work, education information and equipment center is responsible for equipment maintenance, built information work platform, guarantee platform normal run; will electronic chief, and personnel, and results, and student, and senate, and assets, management field of information

11、application decomposition to bureau office, and personnel section, and manages, and education section, and meter fiscal section, functions department, to drive forward e-government as a breakthrough in the informatization of education, education administrators into full play in the education of info

12、rmation guidance and example, and take this opportunity to point to gradually expand the scope of education application of information technology. formed department personnel grasp business and educational information development and application; application and河南机电高等专科学校毕业设计/论文 河南机电高等专科学校毕业设计论文论文题目

13、：智能锂离子电池快速充电器的设计系 部： 电气工程系 专 业： 电机与电器 班 级： 电器0 9 1 学生姓名： 李慧康 学 号： 0 9 0 3 1 2 1 2 1 指导老师： 戚新波 2012年05月08日摘 要 锂离子电池由于能量密度高和长循环寿命等优点，在便携式设备中得到了广泛的应用。安全、可靠、快速、高效的锂电池充电器对锂电池的性能及应用起着至关重要的作用。但是，锂离子电池的不足之处在于对充电器要求比较苛刻,需要保护电路。锂离子电池要求的充电方式是恒流恒压方式,为有效利用电池容量,需将锂离子电池充电至最大电压,但是过压充电会造成电池损坏,这就要求较高的控制精度。另外,对于电压过低的电

14、池需要进行预充,充电器最好带有热保护和时间保护,为电池提供附加保护。因此，安全有效的智能型锂离子电池充电器对于锂离子电池来说就是必须而且是必要的。 在硬件方面，完成了单片机系统的设计，包括系统电压、电流、温度的采样及功能按键等。可实现恒流、涓流等充电过程，具备容量、残压检测功能，具备故障监测和报警功能。实用软件方面，采用模块化的程序设计，介绍了模块划分和各模块的功能，实现的具体算法，给出了流程图，并根据系统工作需求进行了低功耗和软件抗干扰设计，确保了系统运行的可靠稳定性。本设计提高了充电器智能化水平，更精确的实现充电过程控制，保护电池，延长电池寿命。关键词：充电器；恒流充电；涓流充电； 单片机

15、abstract lithium ion battery is being widely used in portable device for their high energy density and long cycle life. safe, reliable, fast and efficient charger play a role in the performance and application of the battery. but, the shortage of lithium ion batteries in the request to the charger i

16、s hard, and it need a protective circuit. lithium ion battery required charging mode is constant voltage way. for the effective use of battery capacity, the lithium ion battery should be charged to maximum voltage.but overvoltage charging will cause damage to the battery , which requires high contro

17、l precision. in addition, the battery of low voltage need to percharge. chargers with thermal protection and time protection provide additional protection for the battery. therefore, safe and effective intelligent lithium ion battery charger for lithium ion battery is needed and it is necessary. in

18、hardware, the design achieves the hardware detail circuit including the system voltage, current, temperature sampling circuit and function keys. it can achieve the process of constant-current charge and trickle charge and have the capacity and pressure testing function. in software, the design adopt

19、s modular procedures，which analysis the plotting and function of each module，and the specific way of realization are introduced. according to the work demands of the system, low power consumption and software anti-interference are designed，which ensure the safety and reliability of the system. the d

20、esign can improve the intellectualization level of the battery charger, realize the control to the charge process more precisely, protect the battery and extend its life.key words: charger; constant-current charge; trickle charge; single chip microcomputer 目 录第1章 绪论11.1课题设计的主要背景31.2课题设计的主要工作3第2章 电池的

21、充电方法与充电控制技术42.1 电池的充电方法和充电器42.2 充电控制技术8第3章 硬件设计113.1主要器件113.2 max1898充电芯片133.3 单片机电路163.4 电源产生电路183.5 充电控制电路193.6电路原理图和说明25第4章 软件设计284.1 测量数据284.2单片机控制程序设计284.3 上位机处理程序设计284.4程序功能294.5主要变量说明294.6 程序流程图30第5章 系统的稳定性设计335.1 传感器的使用335.2 芯片稳定性控制34展望35致谢36参考文献37附录38附录1：系统原理图及pcb图38附录2：系统程序39administrative

22、 leadership of the criticism, resulting in serious consequences, the pursuit of leadership, along with 500-1000 punishment. (5) significant near miss should be attempted as the case of responsible for the accident and construction team injuries accident penalty provisions, mutatis mutandis. eight, s

23、hould perform in the construction standards and specifications, serial number a 1 gb3323-2005 steel fusion welded butt joints, welding engineering-ray lighting and quality rating of 2 gb11345-89 steel welds manual methods of ultrasonic inspection and testing results for grade 3 gb50236-2002 industri

24、al pipe welding engineering code for construction and acceptance of field equipment 4 hgj222-92 technical specification for welding of aluminium and its alloys 5 low temperature steel welding procedure 6 sh3525-2004 petrochemical jb/ t4708-2000 of welding procedure qualification for steel pressure v

25、essels 7 jb/4709-2000 8 jb4730-2005 pressure vessel welding procedures of steel pressure vessel ndt 9 jb/t4744-2000 steel pressure vessel products mechanical properties test of welded plate ii, mechanical equipment installation engineering 1 gb150-98 2 gb50128-2005 vertical cylindrical steel pressur

26、e vessel steel welded specification for construction and acceptance of oil tank 3 jb/ t4735-1997 steel welded atmospheric pressure vessel 4 gb50231-2009 mechanical equipment installation engineering construction and acceptance specification for 5 gb50275-98 compressor, fandemonstration of informatio

27、n work is education, promotion and development of education information managers. turns out, this working party . ming associate professor several times to xx chuanjingsongbao. may 2014 xx received state council expert group to the city county acceptance of balanced development of compulsory educati

28、on in the country, the group of experts on xx education informatization on the balanced development of education give full recognition to the role. on october 9, 2014, the cppcc inspections xx in xx city education information and xx education highly. on april 20, 2016, the xx as a unit of the first

29、experimental informatization passed inspection. in acceptance of the conclusion of the expert group, wrote: 1. the project around the construction of pilot objectives, tasks and main content, scientific formulation and implementation of programmes, and promotes the balanced development of urban and

30、rural education based on information technology, completing various tasks of the pilot project. 2. adjusting measures to local conditions, innovative institutional mechanisms, by exploring the investment protection mechanism, system security mechanisms, the task to lead the mechanism, mechanism and

31、application integration mechanisms, operation and maintenance of departmental interaction mechanisms , developed educational information resources sharing, promoting fair education, improve the quality of education, promoting the reform of education and teaching, distinctive effective patterns and o

32、perating mechanism. 3. through the implementation of the pilot project, building a nationwide network of high quality educational resources sharing environment, construction and application of both cloud platform, the e-learning space through education and public service platform of educational reso

33、urces, promote the integration of information and depth of education, and progressive education application of information technology to become the norm. popularization and application of the results of project pilot has better value to promoting informatization of education in the county with a dem

34、onstration . february 24, 2014, in education department office on education information pilot units work progress situation of informed (taught technical office letter (2014) 13th,) in the, xx province xx city bureau introduced market competition mechanism, and more than enterprise signed cooperatio

35、n agreement, low cost built cover city school of fiber education city domain network and achieved broadband access, to achieved has regional within all schools, and all classroom of broadband network access as typical case in national informed. three xx municipal party committee municipal education

36、information development, policy measures included in the citys development plan, formulated education plan, and guaranteed on the funds. according to the ministry of education documents and xx actual, education bureau of xx municipality formulated xx city informatization of education three-year deve

37、lopment plan for the xx teaching information application of the three-year planning document, guide the education information construction. early education work priorities, specifically the inclusion of educational information construction areas, and application of information technology and constru

38、ction in special steering steering room, and at the time of the annual assessment as an important indicator of school assessment. since 2008, the citys education41第1章 绪 论1.1课题设计的主要背景电池是一种化学电源，是通过能量转换而获得电能的器件。二次电池是可多次反复使用的电池，它又称为可充电池或蓄电池。当对二次电池充电时，电能转变为化学能，实现向负荷供电，伴随吸热过程。对于二次电池，其性能参数很多，主要有以下4个指标：工作电压

39、：电池放电曲线上的平台电压。电池容量：常用单位为安时(ah)和毫安时(mah)。工作温区：电池正常放电的温度范围。电池正常工作的充、放电次数。二次电池的性能可由电池特性曲线表示，这些特性曲线包括充电曲线、放电曲线、充放电循环曲线、温度曲线等。二次电池的安全性可用特性的安全检测方式进行评估。二次电池能够反复使用，符合经济使用原则。对于市场上二次电池的种类，大致分为：铅酸(la)电池、镍镉(nicd)电池、镍氢(nimh)电池和锂离子(liion)电池。 1.1.1二次电池的性能比较铅酸、镍镉、镍氢和锂离子电池的性能比较见表1-1。表1-1 铅酸、镍镉、镍氢和锂离子电池的性能比较电池类型工作电压(

40、v)重量比能量(wh/kg)体积比能量(wh/l)循环次数记忆效应自放电率(%/月)铅酸电池2.0400600无3镍镉电池1.250150400500有1530镍氢电池1.26080240300500无2535锂离子电池3.61201403001000无251.1.2 镍氢电池、镍镉电池与锂离子电池之间的差异重量方面以每一个单元电池的电压来看，镍氢电池与镍镉电池都是1.2v，而锂离子电池为3.6v，锂离子电池的电压是镍氢、镍镉电池的3倍。并且，同型电池的重量锂离子电池与镉镍电池几乎相等，而镍氢电池却比较重。但锂离子电池因端电压为3.6v，在输出同电池的情况下，单个电池组合时数目可减少2/3从而

41、使成型后的电池组重量和体积都减小。记忆效应镍氢电池与镍镉电池不同，它没有记忆效应。对于镍镉电池来说，定期的放电管理是必需的。这种定期放电管理属于模糊状态下的被动管理，甚至是在镍镉电池荷电量不确切的情况下进行放电(每次放电或者使用几次后进行放电都因生产厂的不同有所差异)，这种烦琐的放电管理在使用镍镉电池时是无法避免的。相对而言，锂离子电池没有记忆效应，在使用时非常方便，完全不用考虑二次电池残余电压的多少，可直接进行充电，充电时间自然可以缩短。记忆效应一般认为是长期不正确的充电导致的，它可以使电池早衰，使电池无法进行有效的充电，出现一充就满、一放就完的现象。防止电池出现记忆效应的方法是，严格遵循“

42、充足放光”的原则，即在充电前最好将电池内残余的电量放光，充电时要一次充足。通常镍镉电池容易出现记忆效应，所以充电时要特别注意；镍氢电池理论上没有记忆效应，但使用中最好也遵循“充足放光”的原则，这也就是很多充电器提供放电附加功能的原因。对于由于记忆效应而引起容量下降的电池，可以通过一次充足再一次性放光的方法反复数次，大部分电池都可以得到修复。自放电率镍镉电池为15%30%月，镍氢电池为25%35%月，锂离子电池为2%5%。镍氢电池的自放电率最大，而锂离子电池的自放电率最小。充电方式锂离子电池已易受到过充电、深放电以及短路的损害。单体锂离子电池的充电电压必须严格限制。充电速率(蓄电池的充电电流通常

43、用充电速率c表示，c为蓄电池的额定容量，例如用2a的电流对1ah电池充电，充电速率就是2c；同样地，用2a电流对500mah电池充电，充电速率就是4c)通常不超过1c，最低放电电压为2.73.0v，如再继续放电，则会损害电池。锂离子电池以恒流转恒压方式进行充电。采用1c充电速率充电至4.1v时，充电器应立即转入恒压充电，充电电流逐渐减小；当电池充足电后，进入涓流充电过程。为避免过充电或过放电，锂离子电池不仅在内部设有安全机构，充电器也必须采取安全保护措施，以监测锂离子电池的充放电状态。1.1.3课题设计的意义本课题设计的对象主要是锂离子电池的充电原理和充电控制。锂离子电池的充电设备需要解决的问

44、题有: 能进行充电前处理，包括电池充电状态鉴定、预处理。 解决充电时间长、充电效率低的问题。 改善充电控制不合理，而造成过充、欠充等问题，提高电池的使用性能和使用寿命。 通过加强单片机的控制，简化外围电路的复杂性，同时增加自动化管理设置，减轻充电过程的劳动强度和劳动时间，从而使充电器具有更高的可靠性、更大的灵活性，且成本低。1.2课题设计的主要工作本文主要设计锂电池的充电方法，在此基础上进行系统设计和电路设计，并通过实验结果对充电控制方法测试验证。具体结构如下:第一章 绪论。首先介绍了课题研究的背景，再介绍了锂电池的特点和在应用中存在的主要问题及课题研究的意义和主要工作，这是该论文的设计基础。

45、第二章 电池的充电方法与充电控制技术。主要介绍了电池的充电方法和锂电池的快速充电终止控制方法，确保在充电控制过程中不过充、不损坏电池。第三章 锂电池充电器电路设计。选择控制芯片进行介绍和比较。在此基础之上，对该电路的充电控制芯片进行选择、介绍与分析。第四章 通过c语言软件编程设计出锂电池快速充电器电路，来实现对锂电池的自动化控制充电。第2章 电池的充电方法与充电控制技术2.1 电池的充电方法和充电器2.1.1 电池的充电方法2.1.1.1恒流充电充电器的交流电源电压通常会波动，充电时需采用一个直流恒流电源(充电器)。当采用恒流充电时，可使电池具有较高的充电效率，可方便地根据充电时间来决定充电是

46、否终止，也可改变电池的数目。恒流电源充电电路如图2-1所示。图2-1 恒流电源充电电路2.1.1.2恒压充电恒压充电电路如图2-2所示。恒压充电是指每只单体电池均以某一恒定电压进行充电。当对电池进行这一充电时，电池两端的电压决定了充电电流。这种充电方式的充电初期电流较大，末期电流较小。充电电流会随着电压的波动而变化，因此充电电流的最大值应设置在充电电压最高时，以免时电池过充电。另外，这种充电方式的充电末期电压在达到峰值后会下降。电池的充电电流将变大，会导致电池温度升高。随着电池温度升高，电压下降，将造成电池的热失控，损害电池的性能。图2-2 恒压充电电路2.1.1.3 快速充电在用大电流短时间

47、对电流充电时，需用电池电压检测和控制电路。该电路在电池充电末期实时检测电池电压和电池温度，并且根据检测参数控制充电过程。(1)电池电压检测在大电流充电末期，检测电池电压，当电池电压达到设定值时，将大电流充电转成小电流充电。采用小电流充电方式是为了保证电池充电容量。控制电路设置的充电截止电压必须比充电峰值电压低。(2)v检测电池充电过程的充电电流是通过检测电池充电末期的电压降来进行控制的，v控制系统框图如图2-3所示。采用v控制系统的充电控制电路，当充电峰值电压确定后，若v检测电路检测的电压降达到设定值，控制电路将使大电流充电电路分断。电池的充电电流、电池电压和充电时间的关系如图2-4所示。图2

48、-3 v控制系统框图图2-4 充电电池、电池电压和充电时间的关系(3)电池温度检测电池在充电末期，负极发生氧复合反应产生热量，使电池温度升高。由于电池温度升高将导致充电电流增大，为控制充电电流，可在电池外壳上设置温度传感器或电阻等温度检测元件。当电池温度达到设定值时，电池充电电路被切断。下面即给出了电池温度检测简图和电池温度与充电时间的关系图。图2-5 电池温度检测简图图2-6 电池温度和充电时间的关系2.1.2 充电器的要求和结构2.1.2.1充电器的要求对充电器的要求是：安全，快速，省电，功能全，使用方便，价格便宜。快速充电器(1c4c的充电器)的安全更为重要，终止快速充电的检测方法要可靠

49、、精确，以防止过充电。另外，一些充电器集成电路还设有充电时间定时器来作为一种附加的安全措施。当充电电流较小时可采用线性电源，充电电流较大时常采用开关电源，它既省电又解决发热问题，并有可能由市电直接整流经acdc变换获得低压直流电，可省去笨重的工频变压器。2.1.2.2充电器的结构框图早期的充电器是没有处理器的,它主要由充电器集成电路及电源部分组成，其内部结构较复杂，引脚也较多。一般的功能较完善的充电器结构框图如图2-7 aa线右边所示。图2-7 充电器结构框图2.1.3 单片机控制的充电器的优点目前，市场上有大量的电池管理芯片，针对充电器开发的电池充电管理芯片业很多，可以直接使用这些芯片进行充

50、电器的设计。但是，充电器实现的方式不同导致其充电效果不同。由于采用大电流的快速充电法，所以在电池充满后如不及时停止会使电池发烫，过度的过充会严重损害电池的寿命。一些低成本的充电器采用电压比较法，为了防止过充一般充电到90%就停止大电流快充，采用小电流涓流补充充电。一般的，为了使得电池充电充分，容易造成过充，表现为有些充电器在充电终了时电池经常发烫，电池在充电后期明显发烫一般说明电池已过充。设计比较科学的充电器采用专业充电控制芯片，具备业界公认较好的v检测，可以检测出电池充电饱和时发出的电压变化信号，比较精确地结束充电工作。这些芯片往往具备了充电过程控制，加上单片机对充电后的功能，如图2-10所

51、示。还可加入关断电源、蜂鸣报警和液晶显示等，就可以完成一个比较实用的充电器。2.2 充电控制技术2.2.1 快速充电器介绍快速充电器的特点是对充电电池采用大电流充电。常用的充电电流值为0.32小时率电流。小时率电流值是由公式c(ah)/t(h)规定的，其中c代表电池额定容量，t代表时间。例如用1小时率电流对5号锂电池快速充电，根据0.5(ah)1(h)500(ma)，即采用500ma的充电电流(一般慢速充电，选用10小时率电流)。性能完善的快速充电器，其原理图如图2-8所示：图2-8 快速充电器原理框图其中的主控电路有多种类型：(1)定时型对电池进行定时充电，主控电路采用定时电路，定时时间可由

52、充电电流决定。定时主控电路常设置不同的时间以控制不同的小时率电流对电池按时间分挡充电，使用很方便。由于定时器制作容易，所以常用它自制定时快速充电器。自制时，为了充电安全，最好选大于5小时率的电流充电。(2)电压峰值增量v型有的可充电电池在充电时端电压随充电时间的增长而上升，但充足电后端电压开始下降。设计主控电路时，利用该特性监测电池电压出现峰值之后的微量下降，以控制充电结束，达到自动充电的目的。这也称为v法。由于这种控制电路比较复杂，故不适于自制。(3)其他主控电路主控电路除上述两种以外，还有温度监测和脉宽调制(pwm)控制电路。温度监测常用热敏电阻监测电池温度。当电池温度高于设定值时，立即停

53、止快速充电，即使电池温度下降后，充电器也不会启动工作。只有它复位(人工或自动)后，才能启动再次转人快速充电。2.2.2 快速充电终止控制方法充电控制技术是充电器系统中软件设计的核心部分。根据充电电池的原理，将锂电池的电压曲线分为三段，具体见图2-9。图2-9 锂电池的充电特性由于锂电池的最佳充电过程无法用单一量实现，在这三段应分别采用不同的控制方式。具体为:进入bc段之前，电池电量己基本用完，此时采用恒定的小电流充电。当进入bc段时，若采用恒流充电，电流过大会损坏电池，电流过小使充电时间过长，根据电压变化情况控制充电电流，使电池充电已满，若此时停止充电，电池会自放电。为防止自放电现象发生，采用

54、浮充维护充电方式，用小电流进行涓流充电。在恒流充电状态下，不断检测电池端电压，当电池电压达到饱和电压时，恒流充电状态终止，自动进入恒压充电状态；恒压充电时，保持充电电压不变。由于电池内阻不断变大，导致充电电流不断下降，当充电电流下降到恒流状态下充电电流的1/10时，终止恒压充电，进入浮充维护充电阶段。电池在充满电后，如果不及时停止充电，电池的温度将迅速上升。温度的升高将加速板栅腐蚀速度及电解液的分解，从而缩短电池寿命、容量下降。为了保证电池充足电又不过充电，可以采用定时控制、电压控制和温度控制等多种终止充电的方法。(1)定时控制采用恒流充电法时，根据电池的容量和充电电流，可以很容易的确定所需的

55、充电时间。这种控制方法较简单，但有其缺点：充电前，电池的容量无法准确知道，而且电池和一些元器件的发热使充电电能有一定的损失，实际的充电时间很难确定。而该方法充电时间是固定的，不能根据电池充电前的状态而自动调整，结果使有的电池可能充不足电，有的电池可能过充电，因此，只有充电速率小于0.3c时，才采用这种方法。(2)电池电压控制在电压控制法中，最容易检测的是电池的最高电压。最高电压(vmax)：从充电特性曲线可以看出，电池电压达到最大值时，电池即充足电。这种方法的缺点是：未充足电以前，电池电压在某一段时间内可能变化很小，若此时误认为0v出现而停止充电，会造成误操作。(3)电池温度控制为了避免损坏电

56、池，电池温度上升到规定数值后，必须立即停止快速充电。采用温度控制法时，由于热敏电阻响应时间较长，再加上环境温度的影响，因此，不能准确的检测电池的充足电状态。(4)综合控制法以上各种控制方法各有其优缺点：由于存在电池个体的差异和个别的特殊电池，若只采用一种方法，则会很难保证电池较好的充电。为了保证在任何情况下均能可靠的检测电池的充足电状态，可采用具有定时控制、温度控制和电池电压控制功能的综合控制法。鉴于定时控制、温度控制、最高电压控制等单独作为终止条件使用的局限性，有的系统中锂电池的充电终止也采用综合控制法。锂电池是以零增量检测为主，时间、温度和电压检测为辅的方式。系统在充电过程检测有无零增量(

57、v)出现，作为判断电池已充满的正常标准，同时判断充电时间、电池温度及端电压，是否已超过预先设定的保护值作为辅助检测手段。当电池电压超过检测门限时，系统会检测有无零增量出现，若出现v，则认为电池正常充满，进入浮充维护状态；在充电过程中，系统会一直判断充电时间、电池温度及端电压是否己到达或超过了充电保护条件。若其中有一个条件满足，系统会终止现有充电方式，进入浮充维护状态。 第3章 硬件设计硬件电路的设计的核心器件是max1898、at89c52。电路的设计围绕这两个器件展开的。 图3-1 硬件设计流程框图3.1主要器件3.1.1 单片机充电芯片本设计的单片机芯片选用atmel公司的at89c52，它可以完全满足要求。at89c52是一个低电压，高性能cm