基于单片机控制的锂电池充电和保护系统
基于单片机的电动工具锂电池管理系统设计
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控制； ４ 、 ｎ
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６ 、 充电 忧 昔 示报 警（ Ⅱ功
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５电 量实时险测与指示； ６ 、 故障 报 警；
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图１ 系统架 构
１ 充放 电系统设计架构
如图ｌ 所示 ， 电控 部分 主要 有 三个 部分 ，
３ ． ６ Ｖ，选 用 ３串 １ 并 ，以 ｌ ０ ． ８ Ｖ 锂 电调 速 电
钻作主要研究应用对象 。系统所 要实现的功能 包括充 电管理与保 护 ，放 电管理 与保 护。充 电 部 分详细功能描述 ：过充 电压检 测与保 护、过 流检 测与保护、超温检测与保护 、电压低 时充 电涓流控 制、充 电定时控制、充 电状态与故 障
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涓流充电 控制； ４ 、 充电温度实时监测与控制 ５ 、充电定时检测与控制；
２ 系统硬件 电路设计
２ ． １ 充 电部分 电路设计
９一
一
基 于单片 机的电动 工具锂 电池管理 系统设计
Ｓ Ｃ Ｍ － ｂ ａ ｓ ｅ ｄ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｔ ｏ ｏ ｌ ｓ Ｌ ｉ ｔ ｈ ｉ ｕ ｍ Ｂ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｙ Ｍ ａ ｎ ａ ｇ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ
基于单片机的智能电池充电器的设计
基于单片机的智能电池充电器的设计智能电池充电器是一种能够智能识别电池类型和状态，并能根据电池需求实现快充和慢充的充电器。
本文将介绍一种基于单片机的智能电池充电器的设计。
一、设计原理智能电池充电器采用了单片机作为控制核心，通过对电源和电池状态进行实时监测以及控制充电电流和电压等参数，从而实现对电池的智能化管理。
二、主要功能1.电池类型识别：通过检测电池的电压和电流波形，智能电池充电器能够自动识别电池的类型，包括锂电池、铅酸电池等等。
2.电池状态检测：充电器能够实时监测电池的电流、电压以及温度等参数，通过这些参数的变化，判断电池的充电、放电状态，从而保证电池的安全和寿命。
3.充电控制：智能电池充电器可以根据电池类型和状态，动态调整充电电压和电流，以实现快充和慢充的切换，从而提高电池的充电效率和安全性。
4.过充保护：当电池充电至预设的电压值时，充电器能够自动停止充电，防止过充，保护电池安全。
5.温度保护：当电池温度过高时，充电器会自动停止充电，保护电池不受损坏。
三、硬件设计智能电池充电器的硬件设计包括电源电路、电流电压检测电路、控制电路和显示电路四个主要部分。
1.电源电路：充电器所需的电源电压一般为DC12V或AC220V，通过整流和滤波电路将交流电转化为直流电，并通过稳压电路将电压稳定在适合电池充电的范围内。
2.电流电压检测电路：用于实时检测电池的电流和电压值，通常采用放大电路和模数转换电路将模拟信号转化为数字信号，以供单片机进行处理。
3.控制电路：包括单片机和相关外围电路，单片机根据检测到的电池类型和状态，通过控制电源电压和电流调整电池的充电方式和速度。
4.显示电路：用于显示电池的充电状态、电流、电压等相关信息，通常采用数码管、LCD等显示器件。
四、软件设计智能电池充电器的软件设计主要包括单片机的程序设计和算法设计。
1.程序设计：根据单片机的指令系统和硬件接口进行开发，程序主要包括电池类型识别、电池状态检测、充电控制和保护控制等功能。
基于单片机的锂离子电池充电器设计
基于单片机的锂离子电池充电器设计摘要:锂离子电池充电器应用非常广泛,它用到了单片机模数转换采样技术。
除此之外,锂离子电池充电器在电路设计上用到了保护机制与应急处理机制,基准电压发生器和多充电模式设计方法。
关键词:充电充电器单片机随着笔记本电脑、移动电话机以及小体积高功率电器的广泛应用,锂离子电池也被广泛地用作供电电源。
本人利用单片机设计锂离子电子电池充电器,由于充电器的规格和功能不同,其结构和电路布线也会软件设计存在很大的不同。
锂离子电池充电器的设计分为硬件设计、锂离子电池充电器的设计分为硬件设计、软件设计两个部分。
本文重点介绍充电器的硬件设计。
1 充电器功能的描述按照目前市面上常用的手机电池,设计了一款通用的锂离子充电放电曲线与充电器的设计参器。
只要用户手机电池的特性参数和充、只要用户手机电池的特性参数和充、放电曲线与充电器的设计参数相同,就可以利用它来进行充电。
按照锂子电池的特性参数和充放电曲线完成充电器设计,经产品测试后,可以完成的功能如下:(1)电池充电功能。
完成基本的功能,能按电池的充电曲线,完成恒流/恒压充电。
(2)LED指示。
电池正在充电,充电器的LED指示灯显示为红色;充电后,LED指示灯为绿色。
(3)保护机制。
当电池和充电器的工作温度超出设定的范围,或者充电电压出现异常时,系统的红色LED 指示灯间隔0.5s 闪烁一次。
此外,对于过压和过流状况采取相应的保护措施,保证充电的正常进行。
(4)异常处理。
系统能在排除异常后,重新恢复充电。
重新恢复充电。
2 充电器硬件设计充电器硬件设计2.1 系统设计框架及技术参数系统设计框架及技术参数设计系统框架时,应考虑系统的可靠性和安全性。
为了保证充电不对电池造成永久性的损坏,在设计中必须考虑保护措施(包括过流保护,过压保护和温度保护)。
另外,充电器充电过程包括了恒流工作阶段和恒压工作阶段,且系统必须保证恒流、恒压的稳定性。
系统的设计框架,包括电压/温度采样模块、开关控制模块、保护机制模块和充电模块(实际设计中并没有严格按照这种顶层的模块划分)。
单片机系统的锂电池充电及保护技术
单片机系统的锂电池充电及保护技术作者：郭辉来源：《现代盐化工》2020年第05期摘要：作为锂电池实践与应用中的主要组成部分，锂电池的充电及保护方面的研究显得尤为重要。
以单片机系统控制为主要切入点，并结合其在实际应用过程中的操作情况，探讨该项技术的应用价值。
通过对现有的保护、充电技术进行分析和比较，设计出更具实际应用效果的锂电池充电及保护系统。
以单片机为核心载体，满足锂电池组的短路保护等需求。
在充电过程中，还可借助单片机来确保充电均衡，简化充电电源，使单片机系统性价比更高。
关键词：单片机系统；锂电池；充电及保护技术锂电池作为新兴产品，相较于传统电池具有轻便、续航力持久、电率低和节能环保等多重优点[1]。
为了贴合国家所倡导的绿色环保发展理念，近年来锂电池得到了广泛的应用和快速的推广。
除了在原有的电力储能行业发光发热以外，在移动通信、交通动力和新能源储备等系统中也得到了广泛的应用，因此，如何提升锂电池的充电及保护技术也受到了越来越多的关注，运用单片机系统提升保护力的技术也越发完善。
本研究以单片机系统的应用为出发点，对充电保护系统进行进一步的研究与阐述。
1 应用单片机系统完成锂电池充电及保护的优势单片机系统下的锂电池技术主要分为充电和保护两个方面[2]。
在充电过程中，惯常应用的是先恒流后恒压的策略，以电路为参考点，可以应用多电路并联和单路电流搭配均衡电路两种方式来充电，实际测验可以得知，这两种充电方式各有利弊[3]。
单路电流搭配均衡电路的充电方式效率更高，但需要投入的成本较高，而多电路并联的充电方式虽然资金投入较少，但在由恒流向恒压转变的过程中所处的聚恒电路不能关闭，造成电流持续处于流通的状态，在电压数值为4.2 V时，电路中的电流较大，最终会导致充电效率过低的现象出现。
锂电池的保护方法更具多样性，分别为单片机控制、锂电池管理芯片控制和分立元件控制3种方法[4]，其具体比较如表1所示。
從表1中可以得知，采用单片机系统控制锂电池的保护方法，具有操作复杂程度低、投入成本低、产生能耗较小等优点。
基于AT89C51单片机在锂离子手机电池充电器中的应用设计
基于AT89C51单片机在锂离子手机电池充电器中的应用设计锂离子电池作为一种重要的储能设备，广泛应用在手机、笔记本电脑等各种便携式电子设备中。
而充电器作为供电设备之一，其充电效率和充电控制对于锂电池的使用寿命和安全性具有重要影响。
因此，设计一种基于AT89C51单片机的锂离子手机电池充电器，实现对锂电池的高效充电和精确控制，具有一定的实际意义和应用价值。
一、锂离子电池的基本原理与特性锂离子电池是目前最为广泛应用的可充电电池之一，其具有高能量密度、低自放电率、无记忆效应等优点，被广泛应用在各个领域。
锂离子电池的工作原理是通过正极材料（比如钴酸锂、锰酸锂等）和负极材料（比如石墨、碳纳米管等）之间锂离子的往复迁移来实现电池的充放电过程。
锂离子电池的充电特性决定了其在使用过程中需要精确的充电控制。
在锂电池充电的过程中，正极和负极材料之间的锂离子会发生嵌入/脱嵌反应，充电时锂离子从正极脱出，从负极嵌入，放电时锂离子则相反。
过充或过放电都会损伤锂电池，并且可能导致安全问题。
因此，设计一种能够精确控制充电过程的充电器对于锂电池的安全和寿命具有重要意义。
二、基于AT89C51单片机的电池充电控制原理AT89C51是一款功能强大的单片机，具有丰富的外设接口和良好的稳定性，适合于电池充电器的控制系统设计。
基于AT89C51单片机的电池充电器可以实现对充电电压、电流等参数的实时监测和控制，提高了充电器的充电效率和充电精度。
在设计基于AT89C51单片机的锂电池充电器时，首先需要实现对充电电压和电流的监测。
通过采集正极和负极的电压信号，可以实时监测电池的充电状态。
同时，通过设计合适的电路和程序，可以实现对充电电流的控制，确保充电过程中电流稳定，并避免过充或过放电的情况发生。
另外，基于AT89C51单片机的电池充电器还可以实现充电过程中的温度监测和保护。
锂电池在充电过程中会产生一定的热量，过高的温度会损害电池，甚至引发安全问题。
基于单片机的智能锂电池充电管理系统设计
题目：基于单片机的智能锂电池充电管理系统设计系部：电子信息系专业：应用电子技术学号： _学生姓名： ___ ____指导教师： _____ ___职称： ______ ___目录1摘要 (2)1.1 课题研究的背景 (3)1.2镍氢电池、镍镉电池与锂离子电池之间的差异 (4)1.3 课题研究的意义 (5)2 电池的充电方法与充电控 (6)2.1电池的充电方法和充电器 (5)2.1.1 电池的充电方法 (5)2.2 充电控制技术 (9)2.2.1 快速充电器介绍 (9)2.2.2 快速充电终止控制方法 (10)3锂电池充电器硬件设计 (12)3.1 AT89C51 (13)3.2 电压转换及光耦隔离电路部分 (15)3.3 充电控制电路部分 (17)3.3.1 MAX1898充电芯片充电芯片充电芯片充电芯片 (17)4 锂电池充电器软件设计 (22)4.1程序功能 (22)4.2 主要变量说明 (22)4.3 程序流程图 (23)致谢 (28)参考文献 (29)1摘要本课题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，详细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，并对本充电器的核心器件—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，进行了详细设计和编码。
实现了系统的可靠性、稳定性、安全性和经济性。
该智能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要；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，延长了它的使用寿命。
关键词：充电器；单片机；；锂电池；MAX1898Abstract：This topic design is one kind lithium ion battery charger which is based on Single Chip, in the design, it has chosen succinctly, the highly effective hardware, the design stable reliable software, explained in detail system's hardware composition, including the monolithic integrated circuit electric circuit, the charge control electric circuit, the voltage transformation and the light pair isolating circuit, and to this battery charger's core component - MAX1898 charge chip, at89C2051 monolithic integrated circuit has carried on the detailed introduction. Elaborated system's software and hardware design. Take the C language as the development kit, has carried on the detailed design and the code. Has realized system's reliability, the stability, the security and the efficiency.The intelligence battery charger has the examination lithium ion battery'scondition; The automatic cut over charge pattern meets when rechargeable battery's charge needs; Battery charger has short circuit protection function; The charge condition demonstration's function. The battery charger has made the better maintenance rechargeable battery in the life，and lengthened the rechargeable battery’s service life.Key words：Charger; SCM; Lithium battery; MAX1898社会信息化进程的加快对电力、信息系统的安全稳定运行提出了更高的要求。
基于单片机技术的锂电池充放电管理系统设计
基于单片机技术的锂电池充放电管理系统设计摘要：随着科技的不断进步，锂电池逐渐取代了传统的镍氢电池和铅酸电池，成为了一种常见的电池类型。
然而，由于锂电池具有较高的电化学能量密度和较低的运行电压，其充放电过程需要严格控制，否则会产生安全风险。
本文基于单片机技术，设计了一种锂电池充放电管理系统，实现了对锂电池的充电和放电过程的自动控制和监测。
系统采用了多种保护措施，包括过压保护、欠压保护、过流保护和过温保护等，确保了锂电池的安全和稳定运行。
关键词：锂电池；充放电管理系统；单片机技术；安全保护Abstract：With the continuous progress of technology, lithium batteries have gradually replaced traditional nickel-hydrogen batteries and lead-acid batteries, becoming a common type of battery. However, due to the high electrochemical energy density and low operating voltage of lithium batteries, the charging and discharging process needs to be strictly controlled, otherwise there will be safety risks. In this paper, based on the single-chip microcomputer technology, a lithium battery charging and discharging management system is designed to achieve automatic control and monitoring of the charging and discharging process of lithium batteries. The system adopts multiple protection measures, including over-voltage protection, under-voltage protection, over-current protection and over-temperature protection, ensuring the safety and stable operation of lithium batteries.Keywords: lithium battery; charging and discharging management system; single-chip microcomputer technology; safety protection1.引言随着手机、平板、笔记本电脑、电动自行车等电子设备的不断普及，锂电池已成为一种不可或缺的能源来源。
基于单片机的锂离子电池充电系统设计方案
济南大学泉城学院毕业设计方案题目基于单片机得锂离子电池充电系统设计专业电气工程及其自动化班级1301班学生姚良洁学号2013010873指导教师张兴达魏志轩二〇一七年四月十日学院工学院专业电气工程及其自动化学生姚良洁学号873设计题目基于单片机得锂离子电池充电系统设计一、选题背景与意义1、国内外研究现状自90年代以来,中国正日趋成为世界上最大得电池生产国与最大得电池消耗国。
随着科技得发展,人们对身边电子产品得数字化、自动化与效率得要求越来越高。
便携式电池成为用户得首选,随着各式各样得电池出现,用户在选用电池时,在考虑到电池得环保、性价比得同时,更加注重电池得便携性。
正因为锂离子电池具有高得体积比能量与环保性能,符合当前世界电池技术得发展趋势,逐渐成为市场得主流[1]。
我国锂电池行业得年增长率已超过20%,2016年电池总体需求量达到50亿块左右。
可见,在当前与今后相当一段时间,锂电池将成为我国电池工业得龙头。
虽然我国已就是仅次于日本得锂离子电池生产大国,市场增长空间巨大,但并非强国,在全球锂离子电池产业仍处于低端。
随着手机用户得日益增多,如何保养手机也成为了众多手机使用者面临得一个实际问题,而手机电池作为手机得一个重要组成部分,直接影响了使用寿命与性能。
智能手机得屏幕越来越大,功能越来越多,现有得锂离子电池产品越来越难以满足需求,选择合适得充电器,可以延长我们得手机锂离子电池得使用寿命。
现阶段消费者除了通过原厂配备得充电器给便携式设备充电之外,普遍采用得就是通过移动电源来补充电池得电量。
根据日本矢野经济研究所得预测,锂离子电池正以53、33%得年增长率快速取代传统得镍铬镍氢电池市场。
目前国内移动电源市场上主要得品牌有小米、爱国者、品胜、华为等,国外市场比较知名得品牌有BOOSTCASE、MALA 等。
移动电源市场在近几年得到了很大得发展,市场中出现了各式各样得品牌。
与此同时,在移动电源产品中也存在很多需要解决得问题。
基于单片机的锂电池组保护设计
本设计的功能如下：
（1）电压检测功能：利用分压电路将采集到的电压经过AD转换器以高低电平的形式传给单片机，并通过液晶显示屏实时显示出来；
1. 系统设计说明
本设计主要针对锂电池组在电池的过充电、过放电这几方面来考虑和设计保护方案的，我们此次锂电池保护主要用单片机SCT89C52和AD转换模块通过汇编程序来控制继电器的开断负载，从而来实现的过放保护，并且通过液晶显示屏显示实时电压值，通过程序还实现了出现异常现象时蜂鸣器发出报警信号；针对过充保护本设计主要增加了稳压器。本设计利用Altium Designer软件画出电路原理图，利用仿真软件Proteus结果分析，最后对系统的实物图进行调试。
通过分析以及设计过程的说明，所以本论文我主要从以下方面进行叙述：第一部分主要对保护部分的软件和硬件进行介绍；第二部分主要是对单片机驱动蜂鸣器部分进行说明；第三部分是对电路中的键盘输入模块进行说明；第四部分对系统的原理图以及仿真和调试说明分析；
本人主要负责的系统是另外一部分也就是保护的主要部分，本部分的主要功能是由单片机STC89C52来实现的，保护模块是用一个继电器的开断来实现的。如果电路的电压值较低时低于电压阈值就会发生断路，将锂电池和负载断开，不再使电池进一步放电。而且在电路的负载部分串联一个LED指示灯，当负载部分从主电路断开后指示灯便会闪烁显示负载已断开，有利于电池工作状态的判断
由上表分析可知基于单片机的保护是最为经济、性价比高的保护电路，所以我们在此次设计中结合各个方面综合考虑后选择利用单片机来实现锂电池保护
基于单片机的锂电池充电器设计
基于单片机的锂电池充电器设计基于单片机的锂电池充电器设计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式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较多使用的电池有镍镉镍氢铅蓄电池和锂电池它们的各自特点决定了它们将在相当长的时期内共存发展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诸多不便本课题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详细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本充电器的核心器件1898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详细设计和编码实现了系统的可靠性稳定性安全性和经济性该智能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要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延长了它的使用寿命关键词充电器单片机锂电池1898Lithium Battery Charger Design Based On Single ChipAbstractElectronic technologys fast development causes various electronic products develops toward portable and the small lightweight direction It also causes the more electrification products to use based on batterys power supply system At present the many uses batteries have the nickel cadmium the nickel hydrogen the lead accumulator and the lithium battery Their respective characteristic had decided they will coexist in a long time develop Because the different type batterys charge characteristic is different usually to different type even different voltage capacity rank battery use different battery charger but this has many inconveniences in the actual useThis topic design is one kind lithium ion battery charger which is based on Single Chip in the design it has chosen succinctly the highly effective hardware the design stable reliable software explained in detail systems hardware composition including the monolithic integrated circuit electric circuit the charge control electric circuit the voltage transformation and the light pair isolating circuit and to this battery chargers core component - 1898 charge chip at89C2051 monolithic integrated circuit has carried on the detailed introduction Elaborated systems software and hardware design Take the C language as the development kit has carried on the detailed design and the code Has realized systems reliability the stability the security and the efficiencyThe intelligence battery charger has the examination lithium ionbatterys condition The automatic cut over charge pattern meets when rechargeable batterys charge needs Battery charger has short circuit protection function The charge condition demonstrations function The battery charger has made the better maintenance rechargeable battery in the lifeand lengthened the rechargeable batterys service life Key wordsCharger SCM Lithium battery 1898目录引言 1第1章绪论 211 课题研究的背景 212 课题研究的主要工作 3第2章电池的充电方法与充电控制技术 5 21 电池的充电方法和充电器 5com 电池的充电方法 5com 充电器的要求和结构9com 单片机控制的充电器的优点1022 充电控制技术10com 快速充电器介绍10com 快速充电终止控制方法11第3章锂电池充电器硬件设计1431 单片机电路1432 电压转换及光耦隔离电路1733 电源电路1834 充电控制电路20com 1898充电芯片20com 充电控制电路的实现 24第4章锂电池充电器软件设计2641程序功能2642 主要变量说明2643 程序流程图26结论与展望29致谢30参考文献31附录A 电路原理图32附录B 外文文献及其译文33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插图清单图2-1 恒流电源充电电路 5图2-2 准恒流充电电路 5图2-3 恒压充电电路 6图2-4 浮充方式充电电路 6图2-5 涓流方式的简单示意图 6图2-6 分阶段充电的简单示意图7图2-7 －△V控制系统框图7图2-8 充电电池电池电压和充电时间的关系 8 图2-9 电池温度检测简图8图2-10 电池温度和充电时间的关系9图2-11 充电器结构框图10图2-12 锂电池的充电特性11图2-13 快速充电器原理框图 12图3-1 6N137光耦合器18图3-2 lm7805样品18图3-3 LM7805内部结构框图19图3-4 LM7805功能框图 20图3-5 1898的引脚21图3-6 1898的典型充电电路22图3-7 基于1989的智能充电器的原理图23图3-8 锂离子电池充电电路 25图4-1 a 等待外部信号输入27图4-1 b 外部中断程序27图4-1 c 定时器程序 28图4-1 智能充电器的程序流程图28表格清单表1-1 铅酸镍镉镍氢和锂离子电池的性能比较 2表4-1 P3口15表4-2 LED指示灯状态说明22表5-1 变量及说明26引言社会信息化进程的加快对电力信息系统的安全稳定运行提出了更高的要求在人们的生产生活中各种电气电子设备的应用也越来越广泛与人们的工作生活的关系日益密切越来越多的工业生产控制信息等重要数据都要由电子信息系统来处理和存储而各种用电设备都离不开可靠的电源如果在工作中间电源中断人们的生产和生活都将受到不可估量的经济损失对于由交流供电的用电设备为了避免出现上述不利情况必须设计一种电源系统它能不间断地为人们的生产和生活提供以安全和操作为目的可靠的备用电源为此以安全和操作为目的的备用电源设备上都使用充电电池这样即使电力网停电也可利用由充电电池构成的安全和操作备用电源从容地采用其他应急手段避免重大损失的发生而对于采用充电电池供电的用电设备从生产信息供电安全角度来说充电电池在系统中处于及其重要的地位同时具体到生活方面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有较高的比能量放电曲线平稳自放电率低循环寿命长具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技术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11 课题研究的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①工作电压电池放电曲线上的平台电压②电池容量常用单位为安时 Ah 和毫安时 mAh③工作温区电池正常放电的温度范围④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 Li–ion 电池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 V 重量比能量 Whkg 体积比能量 WhL 循环次数记忆效应自放电率月铅酸电池20 400～600 3 镍镉电池12 50 150 400～500 有15～30 12 60～80 25～3536 120～140 2～5 2 1 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12V而锂离子电池为36V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36V在输出同电池的情况下单个电池组合时数目可减少23从而使成型后的电池组重量和体积都减小2 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3 自放电率镍镉电池为15～3025～352～5 4 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27～30V 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41V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3课题研究的意义1 能进行充电前处理包括电池充电状态鉴定预处理2 解决充电时间长充电效率低的问题3 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4 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 充分研究锂离子电池的充放电特性寻找有效的充电及电池管理途径2 使充电设备具有完善的自诊断功能和适时处理功能3 实现充电器具备强大的功能扩展性以便为该充电器的后续功能升级提供平台12 课题研究的主要工作本文主要研究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21 电池的充电方法和充电器com 电池的充电方法1恒流充电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 准恒流充电准恒流充电电路如图2-2所示在此种电路中通过直流电源和电池之间串联上一个电位器以增加电路内阻来产生恒定电流电阻值根据充电末期的电流进行调整使电流不会超过电池的允许值由于结构简单成本低廉此种充电电路被广泛应用充电器中图2-2 准恒流充电电路2恒压充电恒压充电电路如图2-3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2-3 恒压充电电路3浮充方式在浮充方式中电池以很小的电流 C30～C20-4所示图2-4 浮充方式充电电路4涓充方式电池与负载并联同时电池与电源充电器相连正常情况下直流电源作为负载的工作电源并以涓充方式为电池充电只有当负载变得很大直流电源端电压低于电池端电压或直流电源停止供电后电池才对负载放电在这种方式下充电电流由使用模式决定它通常使用在紧急电源备用电源或电子表等不允许断电的场合下图2-5为涓充方式的简单示意图图2-5 涓流方式的简单示意图5分阶段充电方式在分阶段充电方式中在电池充电的初始阶段充电电流较大当电池电压达到控制点时电池转为以涓流方式充电分阶段充电方式是电池最理想的充电方式但缺点是充电电路复杂和成本较高另外需增设控制点的电池电压的监测电路分阶段充电方式的简单示意图如图2-6所示图2-6 分阶段充电的简单示意图6快速充电在用大电流短时间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2-7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2-8所示图2-7 －V控制系统框图图2-8 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2-9 电池温度检测简图图2-10 电池温度和充电时间的关系com 充电器的要求和结构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 1C～4CLED指示功能较齐全的充电器还应具有充电率的设定选择充电电池数的设定涓流电流大小设定定时器时间设定充电前电池状态测定判断电池好坏及安装是否良好等功能并可根据电池的温度来选择充电参数电池温度过低时不宜快充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AC／DC2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2-11 AA 线右边所示图2-11 充电器结构框图com 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―ΔV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2-11所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22 充电控制技术com 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03～2C 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05 Ah ／1 h ＝500 mA 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2-12所示图2-12 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com 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2-13图2-13 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110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 定时控制该方法适用于恒流充电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充电时间充电的过程中达到预定的充电时间后定时器发出信号使充电器迅速停止充电或者将充电电流迅速将至浮充维护充电电流这样可以避免电池长时间大电流过充电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03C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常用的电压控制法有最高电压 V 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充电过程中当电池电压达到规定值后应立即停止快速充电这种控制方法的缺点是电池充足电的最高电压随环境温度充电速率而变而且电池组中各单体电池的最高充电电压也有差别因此采用这种方法不可能非常准确地判断电池己足充电电压负增量－V 由于电池电压的负增量与电池组的绝对电压无关而且不受环境温度和充电速率等因素影响因此可以比较准确地判断电池己充足电这种控制方法的缺点是①从多次快速充电实验中发现电池充足电之前也有可能出现局部电压下降的情况使电池在未充足电时由于检测到了负增量而停止快充②镍镉电池充足电后电池电压要经过较长时间才出现负增量此时过充电较严重此时电池的温度较高对电池有所损害因此这种控制方法主要适用于镍镉电池电压零增量△V 锂电池充电器中为了避免等待出现电压负增量的时间过久而损坏电池通常采用0△V控制法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0△V出现而停止充电会造成误操作为此目前大多数锂电池快速充电器都采用高灵敏0△V检测当电池电压略有降低时立即停止快速充电3 电池温度控制为了避免损坏电池电池温度上升到规定数值后必须立即停止快速充电常用的温度控制方法有最高温度 T 充电过程中通常当电池温度达到40℃时应立即停止快速充电否则会损害电池电池的温度可通过与电池装在一起的热敏电阻来检测这种方法的缺点是热敏电阻的响应时间较长温度检测有一定滞后温度变化率△T△t 充电电池在充电的过程中温度都会发生变化在充足电后电池温度迅速上升而且上升速率△T△t基本相同当电池温度每分钟上升1℃时应当立即终止快速充电应当说明由于热敏电阻的阻值与温度关系是非线性的因此为了提高检测精度应设法减小热敏电阻非线性的影响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△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。
基于单片机控制的锂电池充电器设计
输 出欠 压 保 护
＜２２Ｖ
表 ２智 能 充 电器 功 能 指 示 灯 状 态
功 能 上电／等 待 充 电 准 备
充 电 充 满 过 温
红灯 关 关 常亮 关 闪烁
绿灯 常亮 ５ｓ闪 烁
关 常亮
关
电 压 异 常
红 绿 灯 间 隔 交 替 闪烁
２ 实验结果
·１８（）· 屯 子 世 界
图 ５主 运 行 程 序 部 分 锂 电池没有接时 ，单片机没有检测到锂 电池 电压Ｂ＋时， 单片机ＰＡ４ 送出低 电平 ，Ｑ９截止 ，Ｑ６，Ｑ７截 止，输 出电压就和锂 电池断开了。当锂
ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ Ｗ ＯＲＬＤ ·
电池接上时 ，单片机检测 到锂 电池 电压Ｂ＋，单片机ＰＡ４送 出高电平 ，Ｑ９
本 充 电器 硬件 包含 ： 电源 变 换ＡＣ／ＤＣ部分 、 电压 测 量 部分 、 电流 测 量 部分 、温 度测 量 部分 、输 出 电子 开关控 制 部分 、 显示 部分 等 。 图１是本 充 电器 的方 案系 统结 构 图。
图 ３输 出 电 子 开关 框 图
图１方案 系统结构 图 １．２ 电压 、 电流 、温 度测 量
本系 统 所 使用 的ＭＣＵ内部 集成 １２位 ＡＤＣ模 块 ，本 设计 采 用 １０ 位 精度 ，采 样０～５Ｖ电压 其精 度 可 以达到 １０ｍＶ，可 以满 足 要求 ，图 ２为 原理 图。
图４初 始 化 和 温 度 检 测 部 分
一
。 ｔ
』＝ — Байду номын сангаас
一
二＿
图 ２电压 、 电 流 、 温 度 测 量 电 路 图 单 片机 的ＰＡＯ口是输 出 电压采 样脚 ，ＰＡ３口是输 出 电流采 样脚 ， ＰＡ２口是散 热器温度 采样脚 ，ＰＡ５是风扇 控制脚 ，ＰＡ４是输 出电子开 关 控 制脚 ，ＰＡ６是 红色指示灯控 制脚 ，ＰＡ７是绿色 指示灯控制脚 。 １．３ 输 出 电子开 关 由 于 电 动摩 托 车 、 电动 自行 车 用 的 锂 电池 组 的 电压 都 较 高 ， 在 ２８￣７２Ｖ之 间 ，充 电器输 出都 有 几千 ｕＦ的 电解 电容 ，如 果 没有 输 出 电 子开 关 ，用 户在 把 充 电器插 头插 到 锂 电池时 ，会 产 生较 大 的火 花 ，存 在 安全 隐 患 ，用户 体 验也 不好 ，所 以充 电器输 出必须 增加 电 子开关 ，具 体线 路 图 见 图３。
基于单片机的锂电池组保护设计
基于单片机的锂电池组保护设计锂电池保护的设计主要是由张茹月、罗帅两人共同完成的，主要实现的功能是三节锂电池串联过放保护，其中分为保护模块系统和检测模块系统，本人主要负责保护模块系统，主要包括部分键盘输入部分、欠压报警部分以及继电器实现断路的保护部分。
另外本人还利用Altium Designer软件进行作画并画出电路原理图，并对电路图进行仿真。
1. 系统设计说明本设计主要针对锂电池组在电池的过充电、过放电这几方面来考虑和设计保护方案的，我们此次锂电池保护主要用单片机SCT89C52和AD转换模块通过汇编程序来控制继电器的开断负载，从而来实现的过放保护，并且通过液晶显示屏显示实时电压值，通过程序还实现了出现异常现象时蜂鸣器发出报警信号；针对过充保护本设计主要增加了稳压器。
本设计利用Altium Designer软件画出电路原理图，利用仿真软件Proteus结果分析，最后对系统的实物图进行调试。
1.1 系统设计思路近些年来，手机、电脑、平板等大多数电子设备的电源设备都是由锂电池来提供的，但是其应用过程中会遇到各种问题，比如温度、湿度不合适，受到干扰，受到震动等影响，锂电池在使用中以及充电过程中都应该做好保护功能，从而更好地满足消费者的需要，做到更完善、更经济、更高效的供电电源。
锂电池拥有众多的优点，但是事物总是双面性的，锂电池在使用以及充电过程中都存在很多缺陷和危险。
锂电池正常工作电压一般为3.7V，当充电电压高于4.2V时，会开始产生各种问题，如果接着为负载供电的话应该会发生鼓包爆炸等危险。
本设计以单片机SCT89C52为核心，并以键盘输入电路、继电器、蜂鸣器为系统的保护模块硬件，以AD转换器、液晶显示屏、分压电路为电压检测模块来进行设计。
其设计系统的程序框图如图1-1所示。
1.2 系统功能说明本设计首先为锂电池串联电阻构成分压电路，再用ADC0832模块进行单节锂电池电压数据的采集，并经过ADC0832与单片机进行SPI 通信将数字量传送给单片机进行电压的计算，接下来单片机将会每节锂电池的电压以及锂电池的总电压传送到LCD液晶显示器，并经过LCD液晶显示器实时显示监测的电压值。
基于单片机的锂电池多功能工作系统（BMS）
基于单片机的锂电池多功能工作系统(BMS)基于单片机的锂电池多功能工作系统(BMS)根据电池的基本工作特点，介绍了一种用于手机等小型设备的锂电池的管理系统。
工作系统包括基于单片机的主控制模块、电池电量监测系统、电压检测模块、电流监测模块、温度检测模块等。
通过对电池状态的跟踪，对电池进行全面监论文格式论文范文毕业论文【摘要】根据电池的基本工作特点，介绍了一种用于手机等小型设备的锂电池的管理系统。
工作系统包括基于单片机的主控制模块、电池电量监测系统、电压检测模块、电流监测模块、温度检测模块等。
通过对电池状态的跟踪，对电池进行全面监测和控制。
该设计满足了多方面的要求，增强了锂电池的功能性，提高了可靠性和可维护性。
【关键词】锂电池管理；电量监测；温度检测；电压电流检测1、前言现在手机等小型智能设备中的电池多选用锂电池。
锂电池具有自放电率极低，放电电压平缓等优点。
然而锂电池在使用中最关键的就是充放电过程。
比如要对电量进行监控，已充多少电，还需多久充满，已用多少电量，还有多久待机时间。
其次就是电池使用的安全问题，电池温度的监测必不可少。
为此，项目组根据锂电池管理的几个必不可少的因素进行了研究和开发，旨在研究过程中优化管理系统，提高电池性能。
2、系统的硬件设计图1 系统电路图电压采样、电流采样和温度采样测量锂电池的电压、电流和温度，并通过ADC转换为数字信号输出给单片机，经过内部处理后用LCD显示。
同时，AT89S52通过采样到的三个信号值进行电量算法的计算和显示。
另外对锂电池的电压、电流和温度实施监控。
1 单片机及外围电路为了充分利用单片机的IO端口和外设并降低设计成本，系统选用了AT89S52。
该单片机是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 系统可编程Flash 存储器。
片上Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。
在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，完全满足系统需要。