锂电池充放电系统的设计毕设论文.docx

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题目：

锂电池充放电系统的设计

学生姓名：

刘庆 学号：

1002149

所在院系：

信息与通信技术系专业：

电气工程及其自动化

入学时间：

2010 年 9

月

导师姓名：

陈梅 职称/学位：

副教授

导师所在单位：

合肥工业大学

完成时间：

2014 年 2 月

摘要

随着电子技术的快速发展使得各种各样的电子产品都朝着便携化和小型轻量化的方向发展，也使得更多的电气化产品采用基于电池的供电系统。

目前为止，较多使用的电池有镍镉、镍氢、铅蓄电池和锂电池。

由于不同类型电池的充电特性不同，通常对不同类型，甚至不同电压、容量等级的电池使用不同的充电器，但这在实际使用中有很多不便。

本设计是一种基于单片机的锂离子电池充电器，在设计上，选择了简洁、高效的硬件，设计稳定可靠的软件，说明了系统的硬件组成，包括单片机电路、充电控制电路、电压转换及光耦隔离电路，并对充电器的核心器件MAX1898

充电芯片、AT89C2051单片机进行了较详细的介绍。

阐述了系统的软硬件设计。

以C语言为开发工具，进行了设计和编码。

保证了系统的可靠性、稳定性、安全性和经济性。

该充电器具有检测锂离子电池的状态；自动切换充电模式以满足充电电池的充电需求；充电器短路保护功能；充电状态显示的功能。

在生活中更好的维护了充电电池，使电池更好被运用到生活中。

关键词：

单片机、MAX1898、AT89C51

35

Abstract

Electronictechnology'sfastdevelopmentcausesvariouselectronicproductsdevelopstowardportableandthesmalllightweightdirection,Italsocausesthemoreelectrificationproductstousebasedonbattery'spowersupplysystem.Atpresent,themanyuse'sbatterieshavethenickelcadmium,thenickelhydrogen,theleadaccumulatorandthelithiumbattery.Theirrespectivecharacteristichaddecidedtheywillcoexistinalongtimedevelop.Becausethedifferenttypebattery'schargecharacteristicisdifferent,usuallytodifferenttype,evendifferentvoltage,capacityrankbatteryusedifferentbatterycharger,butthishasmanyinconveniencesintheactualuse.

ThistopicdesignisonekindlithiumionbatterychargerwhichisbasedonSingleChip,inthedesign,ithaschosensuccinctly,thehighlyeffectivehardware,thedesignstablereliablesoftware,explainedindetailsystem'shardwarecomposition,includingthemonolithicintegratedcircuitelectriccircuit,thechargecontrolelectriccircuit,thevoltagetransformationandthelightpairisolatingcircuit,andtothisbatterycharger'scorecomponent-MAX1898chargechip,at89C2051monolithicintegratedcircuithascarriedonthedetailedintroduction.Elaboratedsystem'ssoftwareandhardwaredesign.TaketheClanguageasthedevelopmentkit,hascarriedonthedetaileddesignandthecode.Hasrealizedsystem'sreliability,thestability,thesecurityandtheefficiency.

Theintelligencebatterychargerhastheexaminationlithiumionbattery'scondition;Theautomaticcutoverchargepatternmeetswhenrechargeablebattery'schargeneeds;Batterychargerhasshortcircuitprotectionfunction;Thechargeconditiondemonstration'sfunction.Thebatterychargerhasmadethebettermaintenancerechargeablebatteryinthelife，andlengthenedtherechargeablebattery’sservicelife.

Keywords:

SCM,STC89c51,MAX1898

目录

引 言 5

第1章绪论 6

1.1课题研究的背景 6

1.2课题研究的主要工作 7

第2章电池的充电方法与充电控制技术 9

2.1电池的充电方法和充电器 11

2.1.1电池的充电方法 11

2.1.2充电器的要求和结构 15

2.1.3单片机控制的充电器的优点 16

2.2充电控制技术 16

2.2.1快速充电器介绍 16

2.2.2快速充电终止控制方法 17

第3章锂电池充电器硬件设计 20

3.1单片机电路 20

3.2电压转换及光耦隔离电路 23

3.3电源电路 24

3.4充电控制电路 26

3.4.1MAX1898充电芯片 26

3.4.2充电控制电路的实现 30

第4章锂电池充电器软件设计 32

4.1程序功能 32

4.2主要变量说明 32

4.3程序流程图 32

结论与展望 35

致 谢 35

参考文献 36

附录A电路原理图 37

附录B外文文献及其译文 38

附录C主要参考文献的题录及摘要 40

附录D主要源程序 42

引言

电池是通过能量转换获得电能的一种器件，电池可以分为一次电池与二次电池，一次电池是一次性的，二次电池可以反复循环使用。

随着便携式设备的发展，不管从节约资源上还是从环保上考虑，二次电池的应用会越来越广泛。

锂电池就是二次电池的一种。

随着社会的快速发展，电子产品小型化、便携化也使得充电电池越来越重要，锂离子电池因为具有较高的比能量，放电曲线平稳，自放电率低，循环寿命长，有良好的充放电性能，可随充随放、快充深放，无记忆效应，不含镉、铅、汞等有害物质，对环境无污染，被称为绿色电池。

基于这些特性，所以锂电池得到了迅速的发展和广泛的应用。

锂电池充电器是为锂离子充电电池补充能源的静止变流装置，其性能的优劣直接关系到整个用电系统的安全性和可靠性指标。

本论文从锂电池技术特性、充电过程、充电器电路结构、充电器典型电路和电池保护等方面，多角度地阐述了充电技术发展和应用。

第1章绪论

1.1课题研究的背景

电池是一种将物质的化学能通过电化学氧化还原反应直接转化成电能的一种装置。

电池可以分为一次电池和二次电池两种。

二次电池是可以反复使用的电池。

而当对二次电池充电时，电能转换为化学能，期间还伴随着吸热反应。

对于二次电池有很多性能参数。

主要的有以下四个指标：

①工作电压：

二次电池放电曲线上的平台电压。

②电池容量：

常用单位为毫安时（mAh）和安时（Ah）

③工作温区：

二次电池正常充放电的温度范围。

④二次电池正常工作的充、放电次数。

二次电池的性能可以由电池的特性曲线表示，这些特性曲线包含了充电曲线、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以用特性的安全检测方式对其进行评估。

二次电池可以反复使用，十分切合经济使用的原则。

对于市场上二次电池的种类，大致可分为：

铅酸（LA）电池、镍镉（NiCd）电池、镍氢（NiMH）电池和锂离子（Li–ion）电池。

1.二次电池的性能比较

二次电池间的性能比较见下表1-1

电池类型

工作电压

（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

2.0

—

—

400～600

无

3

镍镉电池

1.2

50

150

400～500

有

15～30

镍氢电池

1.2

60～80

240～300

＞500

无

25～35

锂离子电

池

3.6

120～140

300

＞1000

无

2～5

表1-1铅酸、镍镉、镍氢和锂离子电池的性能比较

2.锂电池与镍氢电池、镍镉电池之间的区别

（1）重量方面

从每一个单元电池的电压来看，镍氢电池和镍镉电池是1.2V，而锂离子电池是3.6V，锂离子电池的电压是镍氢、镍镉电池的3倍。

而且，同型电池的重量锂离子电池与镉镍电池几乎相等，镍氢电池却比较重。

但锂离子电池因其端电压为3.6V，在输出同电池的情况下，单个电池组合时数目减少2/3从而使成型后的电池组重量与体积都减小。

（2）记忆效应

镍氢电池和镍镉电池不同，它没记忆效应。

对镍镉电池来说，定期的放电管理是必要的。

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，这种烦琐的放电管理在使用镍镉电池时是没法避免的。

相比较而言，锂离子电池没有记忆效应，使用非常方便，完全不用考虑电池残余电压的多少，就可直接对其进行充电，充电时间自动可以缩短。

记忆效应是电池因为使用而使电池内容产生结晶的一种效应，一般都是长期

不正确的充电方式导致的，它可使电池早衰，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有，在充电前最好将电池剩余的电量放光，充电时记得要一次充满。

一般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，但使用中最好也得注意，这也是许多充电器提供放电附加功能的原因。

对于因为记忆效应而导致容量下降的电池，可以用一次充足再一次性放光的方法反复数次，大部分电池就可以修复。

（3）自放电率

自放电率又称电荷保持能力，是指电池在开路状态下，电池所储存的电量在一定条件下的保持能力。

主要受电池制作工艺，材料，储存等因素影响。

镍镉电池为15%～30%，镍氢电池为25%～35%，锂离子电池为2%～5%。

镍氢电池的自放电率最大，锂离子电池的自放电率最小。

（4）充电方式

锂离子电池易受到过充电、深放电以