基于单片机的锂离子电池充电系统设计方案
基于单片机控制的锂电池充电器设计
基于单片机控制的锂电池充电器设计锂电池充电器是一种用于给锂电池进行充电的设备，可以帮助锂电池恢复电荷，延长其使用寿命。
在本文中，将设计一款基于单片机控制的锂电池充电器。
该充电器采用了单片机作为主控制器，能够对电池进行精确充电控制和状态监测，从而实现高效充电和安全使用。
首先，我们需要选择适合锂电池充电的充电电路。
在这里，我们选择了恒流恒压充电模式，这是一种最常见和最可靠的充电方式。
充电电路由电源、电流检测电阻、电流采样电路、电流反馈控制回路和电压反馈控制回路组成。
接下来，我们需要设计单片机控制电路。
为了实现对充电过程的精确控制，我们可以选择一款功能齐全且性能稳定的单片机，如STM32系列。
单片机将通过AD转换器读取电流和电压的值，并根据设定的充电算法计算出相应的控制参数，并通过PWM信号调节充电电路的输出。
同时，单片机还应该具备状态监测功能，以确保充电过程的安全性。
例如，单片机可以实时监测电压、电流和温度等参数，并根据预设的条件进行相应的保护措施，如断电、降功率或结束充电等。
此外，为了提高系统的可靠性和安全性，我们还可以添加一些辅助电路。
例如，过流保护电路可以通过检测输出电流是否超过一定的阈值来触发断电保护措施。
过热保护电路可以通过监测电池温度来触发降功率或断电保护。
短路保护电路可以通过监测电池和电路之间的电压差来触发断电保护。
最后，根据设计好的电路和程序，我们可以制作出实际的锂电池充电器原型。
在测试和调试的过程中，我们可以通过观察和记录充电电流、电压和温度等数据，来验证充电器的性能和可靠性。
综上所述，基于单片机控制的锂电池充电器设计是一个复杂而重要的工程。
通过合理的电路设计和程序编写，我们可以实现对锂电池的高效充电和安全使用，延长电池的寿命，为多种应用提供可靠的电源解决方案。
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高能量密度、长寿命、无记忆效应的电池，已经广泛应用于手机、笔记本电脑等便携式电子设备中。
为了满足用户对于手机续航能力的需求，手机充电器的设计变得越来越重要。
本文将基于AT89C51单片机，探讨其在锂离子手机电池充电器中的应用设计。
首先，我们需要了解AT89C51单片机的基本特性。
AT89C51是一种高性能、低功耗的8位单片机，具有大容量存储器和多种外设接口。
其具备快速执行速度和低功耗特性，非常适合在充电器中使用。
在锂离子手机电池充电器中，我们需要实现以下几个主要功能：恒流充放大、过压保护、过流保护和温度保护。
首先是恒流充放大功能。
锂离子电池在充放大过程中需要控制其充放大速率以避免损坏。
我们可以通过AT89C51单片机来实现对恒流输出进行控制。
通过采集锂离子电池的当前状态和温度等信息，并根据预设的充放大曲线进行控制，可以保证充放大的速率在安全范围内。
其次是过压保护功能。
过压是指锂离子电池在充电过程中电压超过安全范围。
为了避免锂离子电池的损坏，我们可以在AT89C51单片机中设置一个过压检测模块。
当检测到锂离子电池的电压超过设定值时，单片机将自动停止充电，以保护锂离子电池的安全。
第三是过流保护功能。
过流是指锂离子电池在放大或者充大时产生的超出额定值的电流。
为了避免锂离子电池因为过流而损坏，我们可以通过AT89C51单片机来监测和控制输出的最大充放大电流。
当检测到输出电流超出设定值时，单片机将自动停止或者调整输出功率，以避免损坏。
最后是温度保护功能。
温度对于锂离子手机电池来说非常重要，在高温环境下使用可能导致其损坏甚至发生爆炸等危险情况。
因此，在手机充大器中，我们可以通过AT89C51单片机来监测和控制锂离子电池的温度。
当温度超过设定值时，单片机将自动停止充放大过程，以保护锂离子电池的安全。
综上所述，基于AT89C51单片机在锂离子手机电池充大器中的应用设计可以实现恒流充放大、过压保护、过流保护和温度保护等功能。
基于单片机的锂离子电池充电系统设计方案
基于单片机的锂离子电池充电系统设计方案
一、电池充电系统概述
锂离子电池充电系统是一种针对锂离子电池充电的系统，它是利用可
编程控制器或单片机技术的智能化充电系统。
通常，它可以对电池进行分
析测试，检测电池的容量、温度，根据结果调整电流，充电电压等，以保
证电池充电过程的安全性，并可以提高电池的充放电效率，减少电量损耗。
二、电池充电系统基本组件
1.可编程控制器或单片机：主要用于系统的智能控制，可以根据电池
的充电状态进行充电电流和电压等参数的调整，以保证电池的充电安全性。
2.电池充电电路：由电源，半导体三极管控制器，负载和电流传感器
组成。
此充电电路用于提供充电电流和电压，检测电池参数，以确保电池
充电过程的安全性。
3.充电控制芯片：此芯片主要用于对电池状态和参数的监测，根据监
测结果，调整充电电流和电压，以提高充放电效率。
3.电压电流检测电路：可检测电池充电电流和电压，并将检测结果反
馈给可编程控制器或单片机，以实现充电控制。
4.电池温度检测电路：可检测电池内部的温度，以便调整温度，确保
电池的安全性。
三、电池充电系统的基本工作原理。
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)。
基于单片机的智能充电系统设计
基于单片机的智能充电系统设计摘要：设计一种基于充电芯片MAX1898和单片机AT89S52的智能充电系统，通过研究系统的硬件设计与实现以及软件设计与实现，实现高效、安全、智能的电子设备充电方案，探索新型充电系统的实现途径。
在硬件设计中，实现了充电系统的电源管理、电压检测、电流检测等功能，并通过MAX1898充电芯片提高了充电速度和效率；软件设计中，通过AT89S52单片机对各种状态的监测和控制，实现了充电系统的智能化管理，使充电系统更加安全、稳定和智能化。
关键词：MAX1898；AT89S52；智能充电系统1 引言智能充电系统是一种高效、安全、节能和环保的充电解决方案，能够为各种规格的电池提供智能化的充电服务。
该系统采用单片机和芯片控制技术，可以实现全面监测和管理充电过程，以确保安全、可靠的充电效果。
智能充电系统具有多种充电接口，可以为不同类型的电子产品提供快速、高效和安全的充电服务。
同时，该系统还能够有效保护电池，延长其使用寿命，并避免资源的过度浪费。
通过智能化算法的应用，智能充电系统可以优化充电过程，减少能源消耗和环境污染，促进绿色发展。
此外，智能充电系统的设计成本相对较低，适用于大规模生产和广泛推广。
随着新技术的不断推出，智能充电系统也会不断更新和升级，以满足人们对快速、高效、安全和可靠充电的要求，同时也推动电池质量的不断提高。
因此，智能充电系统具有广阔的市场前景和应用价值。
2控制系统程序框图智能充电系统旨在通过结合MAX1898充电芯片和单片机AT89S52，实现针对锂离子电池的快速、高效、且安全的充电。
智能充电系统的总体框架如图1所示。
图1 智能充电系统的总体框架2 系统硬件电路设计3.2 充电系统的充电控制设计本系统还采用了单片机AT89S52作为主控芯片，实现了对充电控制的全面监测和管理。
通过串口通讯和LCD屏幕显示，能够准确地显示当前电池的电压、电流、温度等参数，并且能够对电池进行充电、放电和平衡控制，满足不同电池的充电需求。
(完整版)基于单片机的锂离子电池电量检测系统设计本科2毕业论文设计
优秀论文审核通过未经允许切勿外传南昌工程学院毕业设计(论文)机械与电气工程学院系（院）电气工程及其自动化专业毕业设计（论文）题目基于单片机的锂离子电池电量检测系统设计学生姓名纪炜焕班级电气工程及其自动化（1）班学号指导教师饶繁星完成日期2013 年 5 月20 日基于单片机的锂离子电池电量检测系统设计Lithium-ion battery detection system design based onMCU总计毕业设计（论文） 34 页表格 7 个插图 15 幅摘要锂离子电池与其他种类的电池相比有着诸多优势，已经成为我们日常生活中必不可少的一部分。
相信在使用锂离子电池的过程中，我们常会考虑还剩多少电量的问题，但是又找不到好的电量检测方法，针对该要求，本文设计了一种基于单片机的锂离子电池电量检测系统，该检测系统可以满足我们日常生活中对锂离子电池电量检测的需求，以全面掌握锂离子电池的电量状态。
本文主要叙述了基于单片机的锂离子电池电量检测系统的研究和设计，该系统主要由模拟量采集、锂离子电池检测模块、单片机模块、以及LED驱动显示电量等相应的部分组成，介绍了锂离子电池的特点、电池电量检测原理、系统的结构及性能，重点介绍了该系统的软硬件设计等。
考虑到检测系统的复杂程度、精确性、可靠性等各个方面，本文介绍的设计方案能够满足我们对锂离子电池电量检测的要求。
关键字：锂离子电池BQ2040 电池检测单片机LED显示AbstractCompared with other types of batteries, the lithium-ion battery indispensable part of our daily lives. I believe that in the process of using lithium-ion battery, we often consider the question of not find a good power detection method. for the requirements, we design a lithium-ion battery detection system based on MCU, the detection system can meet the demand for lithium-ion battery detection in our daily lives , in order to fully grasp the charge status of the lithium-ion battery.This paper describes the research and design of lithium-ion battery detection system based on MCU The system consists of a Analog acquisition module, battery detection module, MCU module and LED drive power display modules. the article describes the characteristics of the lithium-ion battery, the battery detection principle, structure and performance of the system,, focusing on the system .Taking into account the complexity of the detection system, accuracy, reliability, and other aspects, the article describes the design can meet the requirements of our lithium-ion battery detection.Key words：Lithium-ion battery BQ2040 Battery detection MCU LED display目录摘要 ...................................................................................................................................... Abstract.................................................................................................................................第一章绪论........................................................................................................................1.1 本课题研究的目的及意义 ......................................................................................1.2 本课题研究内容.......................................................................................................1.3 锂离子电池的放电及温度特性 ..............................................................................1.4 锂离子电池电量检测系统的发展方向 ..................................................................第二章系统总体结构设计 ...........................................................................................2.1 系统总体结构框图...................................................................................................2.2 单片机的选择...........................................................................................................2.2.1 W78E365A40PL引脚说明..........................................................................2.2.2 W78E365特性介绍......................................................................................2.3 电池电量检测芯片BQ2040 ....................................................................................2.3.1 BQ2040 引脚说明........................................................................................2.3.2 BQ2040的检测原理.....................................................................................2.4 LED驱动控制芯片TM1629 ..................................................................................2.4.1 TM1629引脚说明 ........................................................................................2.4.2 TM1629特性介绍 ........................................................................................2.5 数据传输存储芯片24C64 .......................................................................................2.5.1 24C64概述....................................................................................................2.5.2 24C64引脚说明............................................................................................2.5.3 24C64特性介绍............................................................................................2.6 时钟芯片DS1302 ....................................................................................................2.6.1 DS1302概述 .................................................................................................2.6.2 DS1302引脚说明 .........................................................................................第三章硬件系统设计 .....................................................................................................3.1 单片机与时钟电路部分 ..........................................................................................3.1.1 W78E365概述..............................................................................................3.1.2 电路图设计....................................................................................................3.2 BQ2040部分............................................................................................................3.2.1 BQ2040概述.................................................................................................3.2.2 电路图设计....................................................................................................3.3 TM1629驱动控制LED显示部分.........................................................................3.3.1 TM1629概述 ................................................................................................3.3.2 LED数码管 ..................................................................................................3.3.3 电路图设计....................................................................................................第四章软件系统设计 .....................................................................................................4.1 程序设计流程...........................................................................................................4.1.1 初始化............................................................................................................4.1.2 主程序流程图................................................................................................4.1.3 AD转换与中断服务.....................................................................................4.2 BQ2040总线时序....................................................................................................第五章系统测试...............................................................................................................结论......................................................................................................................................参考文献.................................................................................................................................致谢......................................................................................................................................附录......................................................................................................................................第一章绪论1.1本课题研究的目的及意义锂离子电池自问世以来，到现在已经发展成为我们每个人众多生活必需品当中的一部分，是如今人们在日常生活中使用极其广泛的一种电池。
基于PIC单片机的锂电池智能充电机设计
0.3
VC时TR，L功引率脚开电V关O压=停范VF止B围×工R为3R作+04 R，～4 当6
V，当其电压低于 CTRL 引脚电压在
0线.3性～增1加.15，V最时大，输电VO出(流OV电检P) 流=测V计门FB×算限R公（3R+V4式RIS4为P-IS：N）由 5 ～ 90 mV
I Is( MAX )
1 充电方案设计
充电机由控制单元、升 / 降压转换单元、电池 规格识别单元、按键与显示单元及放电维护单元组 成。其中，升 / 降压转换单元可将输入的直流电压 （10 ～ 32 V）转换为 1 路独立的直流 16.8 V/29.4 V 输出， 原理如图 1 所示。
2 基于 LT8390 芯片的充电设计
本文采用凌力尔特公司 LT8390 芯片作为充电 控制芯片，将输入的直流电压（10 ～ 32 V）转换为
收稿日期：2021-02-11 作者简介：张锦升（1986-），男，福建龙岩人，硕士，工 程师，主要从事嵌入式软硬件设计。
· ３０ ·
按键与显示单元
பைடு நூலகம்控制单元
充电控制单元
电阻识别单元
直流 10 V～32 V
电压达 LT8390 式为：
到 控
制1.1器V判，V定输OII=输s出(VMAF出电BX×) 过=压RV3R压无+ct41rlR。0−法4R0I输s降.25出低V过时压，
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摘要本文介绍了一种基于AT89C51单片机的锂离子手机电池充电器的设计方案。
该充电器可以实时检测电池的充电状态，并根据实际情况调整充电电流和电压，以确保电池的充电过程稳定、安全。
同时，该充电器还具有短路保护、过充保护、过流保护等多项安全措施。
实验结果表明，该充电器稳定可靠，具有较高的充电效率和保护性能，可广泛应用于锂离子手机电池的充电领域。
关键词：AT89C51单片机；锂离子手机电池；充电器Introduction随着移动通信技术的不断发展，人们对手机的需求越来越高，而手机电池的续航能力也被放在了极为重要的位置。
为了保证手机的正常使用，必须有一个高效、稳定、安全的充电器来提供电力支撑。
目前市场上的手机充电器类型繁多，但大多数充电器无法满足用户的需求。
为解决这一问题，本文提出了一种基于AT89C51单片机的锂离子手机电池充电器的设计方案。
Design1. 硬件设计本设计由独立的充电控制电路和电源供电电路组成，其中AT89C51单片机被用作主控制芯片。
电源供电电路采用稳压器，可以使输入电压稳定在4.2V，以保证充电电压的稳定性。
充电控制电路主要由AT89C51单片机和一些传感器和电路组成。
传感器可以检测充电器的输入、输出电流、电压以及充电状态，AT89C51单片机可以根据传感器的检测结果来判断当前的充电状态，并通过PWM调整充电电流和电压，以确保电池充电过程的稳定、安全。
2. 软件设计本设计选用Keil C51软件来编写AT89C51 单片机控制程序，通过编写软件程序实现了充电控制系统的各项功能。
主要需要实现的功能有：充电过程的控制；电池电压的检测和显示；充电电流和电压的调整；充电器状态的保护与提示。
其中，充电过程的控制是最重要的一项任务。
在充电过程中，AT89C51单片机通过PWM调整充电电流和电压，以确保电池的充电过程稳定、安全。
同时，在充电过程中需要实时检测充电状态并进行显示，直到电池达到饱和状态，充电完成后自动停止充电。
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的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2013010873设计题目基于单片机的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的电池生产国和最大的电池消耗国。
随着科技的发展，人们对身边电子产品的数字化、自动化和效率的要求越来越高。
便携式电池成为用户的首选,随着各式各样的电池出现，用户在选用电池时，在考虑到电池的环保、性价比的同时,更加注重电池的便携性。
正因为锂离子电池具有高的体积比能量和环保性能，符合当前世界电池技术的发展趋势,逐渐成为市场的主流[1]。
我国锂电池行业的年增长率已超过20％,2016年电池总体需求量达到50亿块左右。
可见，在当前和今后相当一段时间，锂电池将成为我国电池工业的龙头。
虽然我国已是仅次于日本的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。
随着手机用户的日益增多，如何保养手机也成为了众多手机使用者面临的一个实际问题，而手机电池作为手机的一个重要组成部分，直接影响了使用寿命和性能.智能手机的屏幕越来越大，功能越来越多，现有的锂离子电池产品越来越难以满足需求，选择合适的充电器，可以延长我们的手机锂离子电池的使用寿命。
现阶段消费者除了通过原厂配备的充电器给便携式设备充电之外，普遍采用的是通过移动电源来补充电池的电量。
根据日本矢野经济研究所的预测,锂离子电池正以53.33％的年增长率快速取代传统的镍铬镍氢电池市场。
目前国内移动电源市场上主要的品牌有小米、爱国者、品胜、华为等，国外市场比较知名的品牌有BOOSTCASE、MALA 等。
移动电源市场在近几年得到了很大的发展，市场中出现了各式各样的品牌。
与此同时，在移动电源产品中也存在很多需要解决的问题.比如:自身充电所需时间过长,USB输出电压不稳定,电能转化效率不高，输出保护较为单一,输出大电流时散热性能不好等。
基于单片机的锂离子电池充电器设计
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锂电池是一种高能量密度、长寿命、轻巧的电池，被广泛应用于便携式电子设备、电动工具、无人机等领域。
为了正确而安全地充电锂电池，我们可以设计一个基于单片机的锂电池充电器。
本文将详细介绍此设计。
首先，我们需要明确设计的目标和要求。
一个理想的锂电池充电器应具备以下特点：充电电流可调；充电电流稳定性好；电池充电过程可实时监测；充电接口友好；具备过充保护、过放保护等安全保护机制。
基于这些要求，我们可以开始设计锂电池充电器。
一、电路设计1.电源电路设计：我们可以采用交流-直流变换的方式，将交流电源转换为直流电源供给锂电池充电器。
这里我们选择了一个标准的变压器、整流桥和滤波电容组成的整流电源模块。
变压器将交流电压转换为较低的交流电压，整流桥将交流电压整流为直流，滤波电容将直流电压进行平滑。
2.充电控制电路设计：充电控制电路是整个充电器的核心部分。
我们选择使用单片机作为控制器，采用PWM控制方式调节充电电流。
单片机内置了计数器和定时器功能，可以根据设定的参数控制PWM输出，实现电流的调节。
通过监控电池电压和充电电流，单片机还可以进行实时监测和保护控制。
3.充电保护电路设计：为了确保充电过程的安全，我们需要设计过充保护电路和过放保护电路。
过充保护电路主要用于监测电池电压，当电池电压超过设定的阈值时，会切断充电电路，以避免过充。
过放保护电路主要用于监测电池电压，当电池电压低于设定的阈值时，会切断充电电路，以避免过放。
这些保护电路一般使用功率MOS管来实现。
二、软件设计为了实现充电器的功能，我们需要编写相应的软件程序。
软件程序主要包括以下几个方面的功能：1.充电控制功能：根据选择的充电电流设置，通过PWM控制充电电流，并实时监测电池电压和充电电流。
2.充电保护功能：在充电过程中，实时监测电池电压，一旦电池电压超过设定的阈值，立即切断充电电路，避免过充。
一旦电池电压低于设定的阈值，立即切断充电电路，避免过放。
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
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』＝ — 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。
基于单片机的锂电池快速充电电路
基于单片机的锂电池快速充电电路
基于单片机的锂电池快速充电电路
常见的可充电电池包括镍氢电池、镍镉电池、锂电池和聚合物电池等。
其中，锂电池以其高的能量密度、稳定的放电特性、无记忆效应和使用寿命长等优点得到广泛的应用。
目前绝大多数的手机、数码相机等均使用锂电池。
电池的使用寿命和单次循环使用时间与充电器维护过程和使用情况密切相关。
一部好的充电器不但能在短时间内将电量充足，而且还可以对电池起到一定的维护作用，修复由于使用不当而造成的记忆效应，即电池活性衰退现象。
单片机电路
单片机芯片为Atmel公司的AT89C52单片机，B1为蜂鸣器，单片机的P2.0口输出控制光耦器件，可以在需要时及时关断充电电源。
充电电路控制模块
充电状态输出引脚/CHG经反相器74LS04后与单片机的P3.2口连接，触发外部中断。
PNP为P沟道的场效应管或三极管。
D1为绿色发光二极管，处于通电状态时亮；D2为红色放光二极管，电源接通时亮。
R1设置充电电流的电阻，阻值为2.8千欧，设置最大充电电流为500mA;C2为设置充电时间的电容，容值为100μF，设置最大充电时间为3小时。
锂电池智能充电器的功能
需要完成预充、快充、满充、断电和报警等功能。
这些功能主要依靠智能充电管理芯片MAX1898内置的充电状态控制和外围的单片机AT89C52控制下共同实现。
预充：在安装好电池后接通输入直流电源，当充电器检测到电池时则将。
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。
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济南大学泉城学院毕业设计方案题目基于单片机的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2013010873设计题目基于单片机的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的电池生产国和最大的电池消耗国。
随着科技的发展，人们对身边电子产品的数字化、自动化和效率的要求越来越高。
便携式电池成为用户的首选，随着各式各样的电池出现，用户在选用电池时，在考虑到电池的环保、性价比的同时，更加注重电池的便携性。
正因为锂离子电池具有高的体积比能量和环保性能，符合当前世界电池技术的发展趋势，逐渐成为市场的主流[1]。
我国锂电池行业的年增长率已超过20%，2016年电池总体需求量达到50亿块左右。
可见，在当前和今后相当一段时间，锂电池将成为我国电池工业的龙头。
虽然我国已是仅次于日本的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。
随着手机用户的日益增多，如何保养手机也成为了众多手机使用者面临的一个实际问题，而手机电池作为手机的一个重要组成部分，直接影响了使用寿命和性能。
智能手机的屏幕越来越大，功能越来越多，现有的锂离子电池产品越来越难以满足需求，选择合适的充电器，可以延长我们的手机锂离子电池的使用寿命。
现阶段消费者除了通过原厂配备的充电器给便携式设备充电之外，普遍采用的是通过移动电源来补充电池的电量。
根据日本矢野经济研究所的预测，锂离子电池正以53.33%的年增长率快速取代传统的镍铬镍氢电池市场。
目前国内移动电源市场上主要的品牌有小米、爱国者、品胜、华为等，国外市场比较知名的品牌有BOOSTCASE、MALA 等。
移动电源市场在近几年得到了很大的发展，市场中出现了各式各样的品牌。
与此同时，在移动电源产品中也存在很多需要解决的问题。
比如：自身充电所需时间过长，USB输出电压不稳定，电能转化效率不高，输出保护较为单一，输出大电流时散热性能不好等。
相较于国外而言，国内的锂电池智能充电系统性能欠佳，还需要加大研究力度[2]。
2. 选题的目的及意义近几年来，便携式电子产品的迅猛发展促进了电池技术的更新换代。
其中锂离子电池以其重量轻、储能大、功率大、无记忆效应、无污染、自放电系数小、循环寿命长等优点，脱颖而出，迅速成为市场的主流。
锂电池是20世纪末才出现的绿色高效能可充电电池，目前随着锂离子电池的推广及大量应用，锂离子电池深受社会和用户的欢迎[3]。
目前已广泛应用于手机、笔记本电脑、数码相机及众多的便携式设备，其中笔记本电脑占23%，手机占50%，为最大领域。
电子、信息及通讯等3C产品均朝向无线化、可携带化方向发展，对于产品的各项高性能组件也往“轻、薄、短、小”的目标迈进，而锂离子电池是最佳的电源供应来源。
锂电池也被称之为“最有应用前途的化学电源”，甚至被称为“极限电池”或“最后一代电池”。
锂离子电池作为一种绿色环保电源，正以其独特的魅力，影响着我们的世界。
同时，其作为新兴的能源材料，正处于蓬勃发展时期，进一步研究和开发锂离子电池对发展与能源密切相关的各项产业都具有非常重要的意义。
随着锂离子电池性能的不断提高和成本的不断降低，该系列电池也逐步应用于交通工具、航空航天、军事、医疗等其它方面的领域，将成为最具发展前景的可充电电池[4]。
我们相信，未来的锂离子电池在我们手中将会取得更加丰硕的成果。
二、设计内容本文以AT89C51单片机为核心元件，是针对手机锂离子电池的智能调节充电系统设计[5]。
系统主要包括锂离子电池充电系统硬件方案设计、硬件系统所涉及到的元器件参数计算及型号选择、锂离子电池单片机系统软件流程图设计及程序实现、整体系统调试、校验以及优化调整。
设计内容主要分为硬件设计和软件设计，包含AT89C51单片机控制模块、电路保护模块、信号采集模块、LCD液晶显示模块和声光报警模块[6]。
各模块功能如下：AT89C51单片机控制模块：核心控制部分，作为整个设计的主控制模块。
电路保护模块：具有输入过压保护、输出过流保护和过充电保护等。
充电时保护电路因过流或短路造成的内部电路问题。
信号采集模块：对电流、电压和温度进行采集，通过传感器将信号传递给单片机。
LCD液晶显示模块：显示充电电量百分比以及不同电量时所使用的充电方式。
声光报警模块：通过硬件电路实现保护，给单片机中断管脚发出脉冲信号，引发中断程序实现保护，并引发蜂鸣器报警。
涉及到的硬件包括：AT89C51，MAX1898芯片，A/D转换器，蜂鸣器，传感器，热敏电阻等。
单片机负责控制整个系统的运行，包括充电机参考电压电流值的给定，充电完毕或者保护状态时充电机的关闭，根据电池电压、充电电流、温度等各种参数来智能监测电池充电状态和实现对电池的一系列保护功能，针对不同充电电量用不同的充电方式对电池进行充电，延长锂离子电池的使用寿命，实现对电源系统的能化管理[7]。
本次软件设计采用AT89C51单片机结合MAX1898锂离子电池充电芯片，C51高级语言编程软件设计，AD软件绘PCB电路原理图。
充电状态输出引脚经过74LS04反向后与单片机INT0相连触发外部中断，设置最大充电时间为3小时。
监测MAX1898的输出信号CHG，当MAX1898将要完成充电时，该引脚会发出周期为4s的脉冲，单片机的INT0引脚接收中断后，产生中断，并使用单片机的T0计数器开始计数，当下一个脉冲到来时，在定时器程序中判断单片机的计数值是否在4s左右，如果是，则通过P1.2和P1,.3引脚关断电源，并引发蜂鸣器报警[8]。
其软件设计实现的功能如下：不同电量时使用不同的充电方式（恒流、恒压、涓流），延长锂电池的使用寿命，实现锂离子电池的充电控制功能；插上电池，绿灯亮，开始进行充电。
充满后充电器自动关断，红灯亮，蜂鸣器报警；LCD液晶显示，充电时显示电流、电压、电量百分比以及充电方式；对电流、电压及温度进行检测，实现锂离子电池充电控制过温过压保护功能，保证安全充电；当系统出现异常情况时，蜂鸣器发出警报。
本文研究了当前国内外锂离子电池充电监控系统的现状，由于是基于单片机的系统设计，保证了采集、传输以及处理过程中的可靠性，设计了一套锂离子电池充电监控报警系统，完成了软硬件的设计[9]。
通过软硬件测试，该充电系统均衡及保护电路简捷、灵敏、可靠。
通过实验测试，该系统具备低功耗、高精度、高稳定性、反应灵敏、操作简便等优点[10]。
单片机负责控制整个系统的运行，包括充电机参考电压电流值的给定，充电完毕或者保护状态时充电机的关闭，根据电池电压、充电电流、温度等各种参数来智能监测电池充电状态和实现对电池的一系列保护功能[11]。
本设计中所采用的AT89C51单片机和充电集成电路进行充电器的设计，不但能够实现对锂电池进行充电，而且还能够实现相应的过压和温度保护，从而可以充分发挥锂电池的性能，并避免了充电器在充电时可能对电池造成损害的情况发生，具有一定的智能功能。
该方案有效地保护了电池、缩短了充电时间并尽量延长锂电池的使用寿命，符合目前的环境保护潮流。
三、设计方案本次设计介绍了基于AT89C51单片机的锂离子电池智能充电系统。
用单片机对充电过程进行智能控制，对于锂电池的产品质量和检测系统提出了更高的要求，提高了手机电池的使用效率，能够延长电池的使用寿命。
在电池充电过程中，系统采用恒压恒流的充电状态，给过放电的电池使用涓流充电，保证了锂离子电池安全充电[12]。
该设计包括硬件电路和单片机软件模块。
硬件设计由A/D转换电路、保护电路、复位电路、信号采集电路和检测电路等几部分组成。
电路设计如图1.1所示：图3.1 硬件电路设计图(1)A/D转换电路ADC0832是8位的逐次逼近型模数转换器，有两个可多路选择的输入通道，使系统可以同时对电压、电流以及温度信号进行采集，而不需要再扩展A/D芯片[13]。
该A/D转换器内部包含有采样保持电路，另外，其内部自带参考电压。
A/D转换器是通过其AVCC 引脚供电。
片内自带5V 的基准电压VREF+，当进行电压、电流和温度等信号采集时，可以在VREF+引脚上加上电容进行解耦，这样可以对噪声更好的抑制。
(2)保护电路根据设计要求，保护电路主要有短路保护电路和过流保护电路。
短路保护电路主要由负责端电压取样电路、比较电路和1V的基准电压电路组成，其实质是由外部中断通知单片机电池需要进行短路保护，单片机在中断程序中启动短路保护，切断主回路[14]。
过充保护电路的基本思路是：当通过电压检测电路检测到电池电压达到4.25V±0.05V时，MCU的控制信号CHARGE输出低电平使三极管Q18截止，使充电回路关断，起到过充电保护作用；相反，当电池电压低于4.0V时，控制信号CHARGE输出高电平使三极管Q18导通，使充电回路导通。
(3)复位电路采用STC809R作为复位芯片，该芯片是专用复位芯片，具有很多优点：在上电时，当时钟振荡稳定而且电压值大于用户设定值，单片机才开始工作；掉电时，当电压值低于用户设定值，单片机才能复位；电池电压下降到一定值，单片机始终处于复位状态，且此时处于超低功耗，避免电池出现过放；具有掉电检测电路，在掉电过程中有充分的时间保存数据[15]。
(4)信号采集电路信号采集电路包括电流采集电路、电压采集电路和温度采集电路[16]。
其中电流采集电路选用MAX4081作为检测芯片。
该芯片输入电压范围4.5V至76V，非常适合于需要严密监视高压电流的系统，因此可以直接用电池组的最高电压作为其供电电源。
另外，芯片的参考电压由系统提供，参考电压值为1.5V。
该芯片的引脚OUT输出电压与参考电压、RS-和RS+三个引脚的电压状态有关。
当RS-端电压高于RS+端电压，OUT引脚输出电压低于参考电压；当RS-端电压低于RS+端电压，OUT引脚输出电压高于参考电压。
电压采集电路包含电池电压输入接口电路、高8路电压取样网络、低8路电压取样网络、高8路信号多路选通电路、低8路信号多路选通电路、放大电路。
温度检测确保了安全充电步骤的执行。
由于本系统对温度信号的精度要求不高，因此系统采用100K的热敏电阻和1%精度的电阻分压进行温度检测，共设计了四路温度采集电路，每路的电压信号直接进入单片机的AD通道进行转换。
(5)检测电路在充电过程中，充电系统需要实时检测电池电压、温度、充电电流，根据检测到的充电状态进行电池充电的实时控制[17]。
状态检测电路直接影响到检测到的参数是否准确，充电控制是否得当，是智能充电系统的重要组成部分。
充电状态检测电路主要完成的功能有电池电压的检测、充电电流的检测和电池温度的检测。