基于锂电池充电器的设计与制作
基于MAX1898的锂电池快速充电器设计
本科毕业设计（论文）基于MAX1898的锂电池快速充电器设计学院信息工程学院专业年级班别学号学生姓名指导教师年月摘要在我们的日常生活中,手机已经变得越来越重要了。
我们经常需要使用手机，打电话、发短信、上网、看电影、听歌、玩游戏等等。
随着大屏幕和高主频的手机出现，锂离子电池就变得更加重要了，其锂离子电池充电器也受到广大消费者的重视。
该课题主要是设计一种基于单片机的锂离子电池充电器，在设计上，通过AT89C51和MAX1898可以控制实现预充，快速充电，及恒压充电。
该设计可以监控充电过程中的各个状态，实现电路简单，成本较低，而且充电效果很好，包括安全性高，耗时短，对电池损坏小，满足一般用户的要求。
本文还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。
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；充电状态显示的功能。
通过光耦6N137可以实现定时切断MAX1898的电源，减少能耗，同时也延长了它的使用寿命。
关键词: 锂电池，充电器，单片机，AT89C51, MAX1898AbstractIn our daily lives, mobile phones have become increasingly important. We often needto use the phone, making phone calls, text messaging, Internet, watching movies, listening to music, play games and so on. With the advent of large screen and high-frequency mobile phone, the lithium-ion batteries become more important, its lithium-ion battery charger by the consumers attention.The main topic is to design a micro control unit based lithium-ion battery charger designed to AT89C51 and MAX1898 can be controlled to achieve the pre-charge, fast charge and constant voltage charging. The design can monitor the charging process in each state, the circuit is simple, low cost, and charge a good effect, including the safe, time consuming short, small, battery damage and to meet the requirements of general users. The article also has a more detailed introduction to the core of the device MAX1898 charger charging chip,AT89C2051 micro control unit.The smart charger has a state of the detection of lithium-ion battery; automatically switch to charging mode to meet the charge of the rechargeable battery; charging status display function. through the 6N137 can be achieved from time to time to cut off the MAX1898 power supply, reducing energy consumption, but also extend its service life.Key words: Lithium battery, Charger, SCM, AT89C51, MAX1898目录1绪论 (1)1.1课题研究的背景 (1)1.1.1 二次电池的性能比较 (2)1.1.2 镍氢电池、镍镉电池与锂离子电池之间的差异 (2)1.2课题研究的意义 (3)1.3课题研究的主要工作 (3)2电池的充电方法与充电控制技术 (5)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)2.1.2 充电器的要求和结构 (9)2.1.3 单片机控制的充电器的优点 (10)2.2充电控制技术 (11)2.2.1 快速充电器介绍 (11)2.2.2 快速充电终止控制方法 (12)3锂电池充电器电路设计 (15)3.1系统整体框架 (15)3.2单片机STC89C52 (15)3.3电源产生芯片LM7805 (16)3.4充电管理芯片MAX1898 (17)3.4.1 芯片功能介绍 (17)3.4.2 引脚功能介绍 (17)3.4.3 详细描述 (18)3.4.4 应用电路 (21)3.4.5 充电过程解析 (21)3.5外部晶体管的选择 (22)3.6光电耦合器6N137 (23)4 锂电池充电器软件设计 (25)4.1程序功能 (25)4.2程序流程图 (25)5 总结与展望 (28)参考文献 (31)致谢 (32)附录A (33)附录B (36)附录C (37)附录D (38)1 绪论电池若仅定义为能量储存装置，则可包括飞轮和时钟发条等元件。
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。
基于锂电池充电器的设计与制作 附原理图和PCB
基于锂电池充电器的设计与制作附原理图和PCB| By: xdy12530 ]由于我的四轮驱动机器人上采用了16.5V的锂电池供电，而市场上又没有该电池的充电器，使得充电让我很纠结。
无奈之下便设计了一款便携式简单型锂电池充电器。
解决的充电的烦恼。
该充电器可以输出100mA-1A可调的充电电流，输入电压为VIN>18V，可用笔记本上的19V电压充电。
充电时间一般按照充电输出电流的大小决定。
下面见图哦下面讲解一下电路的工作原理。
因为我是给16.5V的锂电池充电的，所以输入的电压为18V电压，也可以大于18V。
用笔记本上的充电器很不错哦。
输入电压18V经过1.5A的保险丝，二极管保护后到PNP功率管的输入端。
默认状态功率管是出于导通状态，因为LM324的1脚输出高，Q3三极管导通，PNP功率管基极拉低，功率管导通。
其中RL1电阻为1欧姆，是用来限流的。
通过对该电阻上的电压采样，然后经过LM324对基准电压的比较后取出一个电压值，由这个电压值控制功率管的输出电流，始终在一个极限电流上，或者说是短路电流上，我设置的为500MA。
大家可以调节可调电阻来调节短路电流。
另外还有一个对锂电池电压的采样，当电池没插入时，末级保护二极管通过两个电阻乘以功率管输出的17.5v电压进行分压后的一个电压值给LM324与基准比较输出给三极管，此时绿灯亮，当电池没电时充电插入充电座后，采样电阻R6,R7所采样到的电压变低，同时给LM324与基准电压比较后，红灯亮。
当充满电后采样部分的电压等于基准电压，绿灯变亮，此时充电完成。
但充电过程仍会以小电流的充电方式充电。
下面见实物图哦这是充电器的实物正面图，左边为DC18V输入，右边为VOUT充电输出接口，左边一个电位器调节输出电流，右边一个电位器调节双色LED状态门槛值。
这是电路板的反面PCB图，由于换了一个功率管，使得跟当初设计时的功率管的管脚有区别，所以做了一下小改动。
这是正在给我的电池充电，呵呵，现在是红灯，等充满电后会跳绿灯，同时锂电池的保护芯片自动工作，切断输入。
智能锂离子电池充电器的设计与实现
Electronic Technology •电子技术Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 87【关键词】智能充电器 单片机控制 MAX1898过充 欠充锂电池可以分为一次性电池和可充电电池，其中可充电电池又分为锂离子电池和聚合物电池。
锂离子电池具有放电电压平稳、使用寿命长、适用范围大的特点，因而在便携式电子产品中得到广泛使用。
目前，市场上低成本的锂离子电池充电器良莠不齐，一些产品在额定电，放电性能，安全性保护性能方面存在质量问题，这些质量问题会影响到电子产品的正常使用，严重时还可能给消费者带来人身伤害。
为此，有必要设计安全性能高，使用方便的智能锂离子电池充电器。
1 方案设计根据要求，基于MAX1898电源管理芯片和STC89C52单片机设计了可以自动监测充电过程的智能充电器。
系统框图如图1所示。
其中MAX1898完成充电功能，单片机和外围电路完成充电监测和控制功能。
2 系统实现2.1 MAX1898智能充电电路设计MAX1898是 MAXIM 公司生产的线性锂电池充电芯片，充电芯片MAX1898内部电路包括输入电流调节器电压检测器、充电电流检测器、定时器、温度检测器和主控制器。
外部接晶体管PNP 或PMOS 组成一个锂离子充电器，可精确地恒流/恒压充电，电池电压精度可达±0.75%。
由该款芯片构成的典型充电电智能锂离子电池充电器的设计与实现文/王道平 何敏 王秋妍路如图2所示。
通过外接的场效应管提供锂电池的充电接口。
通过外接的电容C CT 来设置充电时间T CHG 。
这里的充电时间指的是快充时的最大充电时间，它和定时电容C CT 的关系如下式所示：C CT =34.33×T CHG (T CHG 的单位小时，C CT 的单位为nF)大多数情况下快充时最大充电时间不超过3小时，因此常取C CT 为100nF 。
电动摩托车锂电池充电器的设计与研究
电动摩托车锂电池充电器的设计与研究电动摩托车已经成为城市中最为流行的代步工具之一。
与传统的燃油车相比，其最大的优势就在于无排放、节能、低噪音等方面。
而在电动摩托车的每一个细节中，锂电池也是至关重要的一部分。
如何有效地为锂电池进行充电呢？本文将探讨电动摩托车锂电池充电器的设计与研究。
1. 摩托车锂电池的特点锂电池是一种新型的充电方式，被广泛用于电子产品的能源存储中。
与传统的铅酸电池相比，锂电池具有更高的能量密度、更长的使用寿命、更好的安全性和更便于维护的特点。
因此，在电动摩托车上使用锂电池已经成为了趋势。
与普通锂电池相比，摩托车锂电池有一些特殊的需求。
在高温环境或者虐待使用的情况下，锂电池的寿命会受到很大的影响。
在电动摩托车上，锂电池还需要满足以下要求：具有高的输出功率，能够提供足够的电量，良好的充放电平衡性和安全性等。
2. 电动摩托车锂电池充电器的设计电动摩托车的充电器设计需要考虑到如下因素：（1）充电电流充电器需要提供足够的充电电流，以满足摩托车锂电池的需求。
同时，为了保护锂电池，充电器还需要对充电电流进行控制，确保充电电流不会过大。
（2）充电电压摩托车锂电池需要在一定的电压范围内充电，否则会对电池的寿命造成损害。
充电器需要对充电电压进行控制，以确保充电电压在合适的范围内。
（3）保护电路在充电过程中，如果出现过流、过压等情况，会对电池造成巨大的危害。
因此，充电器需要加入保护电路，确保充电过程中的安全性。
（4）充电模式锂电池的充电有恒流充电和恒压充电两种方式。
在充电过程中，充电器需要根据电池的电量情况和充电电压情况，自动切换恒流充电和恒压充电模式。
3. 研究进展摩托车锂电池充电器的研究已经取得了一些进展。
一些厂家已经研制出了基于CAN总线控制的充电器。
该充电器具有远程控制和监测功能，可以对充电过程中的电流、电压等参数进行监测和控制。
同时，近年来随着无人机、电动汽车等新兴行业的快速发展，锂电池的应用场景越来越广泛，基于锂电池的充电器研究也得到了越来越多的关注。
新型高性能锂电池充电器的设计方案
新型高性能锂电池充电器的设计方案新型高性能锂电池充电器的设计方案摘要：新型高性能充电组合电路(充电器) 是由DS2770、 DS2720等芯片组合成设计而成,本文介绍该设计方案的功能和特点.关键词：充电控制与保护电量计量 1-Wire接口 Li+锂电池组前言Li+锂电池因具有体积小、重量轻与能量密度高等优势，所以在GSM/CDMA和数码相机、摄像机及PDA等高端便携式产品中被广泛应用.它们都需要在内建立一个高性能的锂离子电池充电器, 以保证Li+电池在使用中避免过充电、过放电等损害现象的发生，从而,随之带来的是要求锂电池充电器具有严格与完善的保护电路,才能真正实现各项安全保护特性。
为此,应用新型的DS2770和DS2720芯片可以设计一个具有充电控制、电源控制、电量计数、电池保护、计时和对电池组能识别等功能的高性能锂电池充电器组合方案.见图1所示.从而用它可替代目前市场上的现有的锂电池保护／充电控制电路---充电器。
下面就该高性能锂电池充电器组合设计的功能与特点作一说明.1充电组合电路---充电器的组成1.1 见图1所示.整个组合电路分别有DS2770是充电控制器／电量计、DS2720电池保护器、DS2415实时时钟(RTC)三个芯片组成. 它们均公用一个地(Vss或Gnd)、电源(Vdd)和通信线(DQ或DATA)。
而所有的电容(从C1到C10)和电阻(从R1到R12)的作用是对干扰信号滤波及对ESD的保护.图1 新型高性能锂电池充电器设计方案图该充电器的负载(即主设备)是通过PACK+和PACK-引脚获得电源，而充电器与主系统的数据通信是通过标准的l-Wire接口(标为DATA )进行. DS2720芯片的的PS引脚和主系统的开／关控制相连接, 且作充电器的使能输入(低电平有效). 图1中引脚Charge·source可连接到充电电源, 而充电电流能按照电池额定的充电条件加以限制,其充电电压最高至15V.整个充电器在工作模式下消耗不足100μA的典型电流，而处于静止状态(即锂电池不处于充电状)时典型消耗电流不到20μA。
锂电池充电器方案
锂电池是目前最为常用的可充电电池之一，其具有高能量密度、长循环寿命和较低的自放电率等优点，因此在移动电子设备、电动车辆和储能系统中广泛应用。
充电器是锂电池应用中不可或缺的设备，负责为锂电池提供合适的充电电流和电压，确保锂电池的安全充电和寿命。
本文将介绍锂电池充电器的方案，主要从充电器的工作原理、充电器的主要类型、充电器的设计要点和锂电池充电器市场的发展趋势等方面展开。
一、锂电池充电器的工作原理锂电池充电器的工作原理基于恒流充电和恒压充电两种工作模式。
在恒流充电模式下，充电器通过输出稳定的电流来充电锂电池，直到电池的电压达到预设的充电终止电压。
而在恒压充电模式下，充电器保持输出恒定的电压，直到电池的充电电流衰减到预设的充电终止电流。
通常，在锂电池的初期阶段采用恒流充电模式，然后转变为恒压充电模式。
二、锂电池充电器的主要类型根据充电方式的不同，锂电池充电器可以分为慢充器、快速充电器和智能充电器。
1.慢充器慢充器主要用于对锂电池进行低电流充电，具有充电速度较慢但对电池寿命的影响较小的特点。
慢充器主要适用于低功率应用场景，如手持设备和小型电子产品充电等。
2.快速充电器快速充电器是为了满足用户对充电速度的要求而设计的，能够以更高的电流充电锂电池。
快速充电器主要适用于大功率应用场景，如电动车辆和储能系统等。
3.智能充电器智能充电器结合了慢充器和快速充电器的优点，具有多种充电模式和可变充电电流的功能。
智能充电器能够根据不同的电池类型和充电需求进行智能识别和调整，提供最佳的充电方案，并能够监测电池的充电状态和保护电池的安全。
三、锂电池充电器的设计要点1.充电电流和电压控制在设计锂电池充电器时，需要考虑合适的充电电流和电压。
充电电流过大会导致电池的温度升高和寿命缩短，而充电电流过小则会延长充电时间。
充电电压过高或过低都对电池的安全和寿命产生影响。
因此，充电器需要具备恒流恒压控制功能，通过负反馈控制回路来调节充电电流和电压。
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)。
智能锂离子电池充电器的设计与实现
智能锂离子电池充电器的设计与实现目前，我国的经济发展迅速，智能化建设的发展也有了很大的改善。
锂离子充电器是给锂离子电池充电的设备，对n*3.6V（n=1，2，3，4）多规格的锂离子电池，不同手机等电子产品一般匹配多套充电设备，而且充电器不具兼容性、充电速度慢，缺乏充电监测功能，不能筛选已经失效的或者故障的电池，电池充电的各种状态以人的监控为主。
此类普通锂离子充电器兼容性差、稳定性低、极易对锂离子电池过充引起电池内部损耗、对损耗大的电池充电甚至有爆炸的潜在危险。
标签：智能锂离子;电池充电器;设计与实现引言锂电池可以分为一次性电池和可充电电池，其中可充电电池又分为锂离子电池和聚合物电池。
锂离子电池具有放电电压平稳、使用寿命长、适用范围大的特点，因而在便携式电子产品中得到广泛使用。
目前，市场上低成本的锂离子电池充电器良莠不齐，一些产品在额定电，放电性能，安全性保护性能方面存在质量问题，这些质量问题会影响到电子产品的正常使用，严重时还可能给消费者带来人身伤害。
为此，有必要设计安全性能高，使用方便的智能锂离子电池充电器。
1锂电池理论知识锂电池充电最经典的理论是马斯三定律，目前，针对各种类型的锂电池充电器的设计都以此为基础进行研究。
其中，1）对于任何给定的放电电流，蓄电池充电时的电流接受比a与电池放出的容量的平方根成反比;2）对于任何给定的放电量，蓄电池充电电流接受比a与放电电流Id的对数成正比;3）蓄电池在以不同的放电率放电后，其最终的允许充电电流It（接受能力）是各个放电率下的允许充电电流的总和。
2优化措施分析2.1充电曲线设计锂电池充电器的充电流程主要包含恒流充电、恒压充电及脉冲充电3部分，并在充电初始阶段进行电池评估，充电结束后进行电池性能判断及维护。
在充电过程中，充电电压及电流根据电池实时状态进行动态调整，以期维持电池性能动态平衡过程。
充电器的电压与电流输出是由硬件控制，但动态平衡调整则由软件来完成。
基于锂离子电池智能充电器硬件的设计
锂离子电池智能充电器硬件的设计锂离子电池具有较高的能量重量和能量体积比，无记忆效应，可重复充电次数多，使用寿命长，价格也越来越低。
一个良好的充电器可使电池具有较长的寿命。
利用C8051F310单片机设计的智能充电器，具有较高的测量精度，可很好的控制充电电流的大小，适时的调整，并可根据充电的状态判断充电的时间，及时终止充电，以避免电池的过充。
本文讨论使用C8051F310器件设计锂离子电池充电器的。
利用PWM脉宽调制产生可用软件控制的充电电源，以适应不同阶段的充电电流的要求。
温度传感器对电池温度进行监测，并通过AD转换和相关计算检测电池充电电压和电流，以判断电池到达哪个阶段。
使电池具有更长的使用寿命，更有效的充电方法。
设计过程1 充电原理电池的特性唯一地决定其安全性能和充电的效率。
电池的最佳充电方法是由电池的化学成分决定的（锂离子、镍氢、镍镉还是SLA电池等）。
尽管如此，大多数充电方案都包含下面的三个阶段：● 低电流调节阶段● 恒流阶段● 恒压阶段/充电终止所有电池都是通过向自身传输电能的方法进行充电的，一节电池的最大充电电流取决于电池的额定容量（C）例如，一节容量为1000mAh的电池在充电电流为1000mA时，可以充电1C(电池容量的1倍)也可以用1/50C(20mA)或更低的电流给电池充电。
尽管如此，这只是一个普通的低电流充电方式，不适用于要求短充电时间的快速充电方案。
现在使用的大多数充电器在给电池充电时都是既使用低电流充电方式又使用额定充电电流的方法，即容积充电，低充电电流通常使用在充电的初始阶段。
在这一阶段，需要将会导致充电过程终止的芯片初期的自热效应减小到最低程度，容积充电通常用在充电的中级阶段，电池的大部分能量都是在这一阶段存储的。
在电池充电的最后阶段，通常充电时间的绝大部分都是消耗在这一阶段，可以通过监测电流、电压或两者的值来决定何时结束充电。
同样，结束方案依赖于电池的化学特性，例如：大多数锂离子电池充电器都是将电池电压保持在恒定值，同时检测最低电流。
基于锂离子的电池和充电器设计研究
图3. APPM
图4. APPMLD6275开放两段的电池设定电压与充电电流的调整，可根据其需求动态调整，如为符合日本JEITA的规范要求根据电池之温度而调整充电器之设定，如下图5表示。
图5：TVSET, TISET调整由于LD6275本身耗电极小，仅1~2mA,几乎可以忽略，因此IC本身发热功率Pd可以由下列公式计算：Vin为输入电源电压，工作范围4.1V~6V.VBAT是电池电压，可以由0~4.2V,ICHG为设定充电电流，由外部电阻RCISET设定之。当电池电压低于3V时，会进入预充电模式，IC内部预设以ICHG的10%电流进行充电。假设使用5.5V电源供应器对单颗1200mAh锂离子电池进行充电，在0.7℃快速充电电流时，且电池电压为3V的条件下，可以预估IC运作的最大耗电量为，1.762W的耗电最大值，此一功耗会使得热阻抗60℃/W的3×3毫米QFN封装温度温升127℃，即便环境温度0℃时，也已经超过所允许的125℃硅芯片操作温度最大值。若设定充电电流为0.6A(0.5C)，则可降低IC温升为90度，可以操作于35度的环境温度中，因此是较佳的设定电流。由以上可以得知，快速充电稳流值和电源供应电压的操作范围，对于线性充电器相当重要。线性充电器的根本问题在于操作时芯片温度较高，使得设计时必须在充电电流和散热机构之间做取舍。但往往线性充电器的应用范围是需要轻薄要求的便携式产品，多使用导热性差的塑料外壳，亦不考虑金属散热片，最后产品设计者唯有降低充电电流并延长充电时间，来换取较低的操作温度。基于可携式Байду номын сангаас品使用者，希望能够在1~2小时中完成充电，因此线性充电器通常比较适合 1500mAh以下的低容量锂离子电池应用。若要应用于高输入/输出电压差或高容量电池的充电应用，此时可以考虑应用同步交换式充电器。图6所示为锂离子电池充电器的标准充电流程，首先充电IC侦测是否有输出短路或是过载的保护模式，若系统一切正常接着侦测电池初始电压是否达到 3V以上，高于3V者就直接以快充模式进行高电流充电，若电池低于3V者，进入预充电模式，以快充的10%进行充电，唤醒电池并避免电池损坏。在预充电阶段，仍随时侦测电池电压，达到3V后可随即切入快充模式。
基于PIC16F883的锂电池智能充电器的设计与实现
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基于 Ｐ Ｉ Ｃ １ ６ Ｆ ８ ８ ３的 锂 电 池 智 能 充 电器 的 设 计 与 实 现
何 薇薇 ， 徐 园 （ 中 山火 炬 职 业 技 术 学 院 ， 广东 中山 ５ ２ ８ ４ ３ ６ ）
摘要 ： 设计 了一 个具有充放 电功能 的锂 电池 充电器， 充 电电路 采用数字控制 的 Ｂ ｕ ｃ ｋ变换 器， 放 电电路 采 用高效率的
Ｔｈ ｅ Ｉ Ｘ；｜Ｉ Ｘ；ｔ ｏ ｐ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｓ ａ ｄ ｏ ｐ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｅ ｒ ．Ｔｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｄ ｏ ｐ ｔ ｅ ｄ ＰＩ Ｃ１ ６ Ｆ８ ８ ３ ｍｉ ｃ ｒ ｏ —
锂电池充电器的设计与制作
锂电池充电器的设计与制作【摘要】本电路专门为宜兴市2010年职业学校电子技能大赛设计，文章介绍一种基于89C2051单片机的锂电池充电器的设计与制作。
详细说明了充电器硬件设计与制作调试过程。
该充电器可以实时采集电池的电压、电流和电池过热保护，对充电过程进行智能控制。
【关键词】锂电池；89C2051单片机；充电控制；电池保护一、锂电池的性能特点锂电池是目前常用的二次电池，可以反复充电和放电，其对充电器的要求是：在电池电压较低时，应采用不大的电流进行充电，当电池电压在正常范围时，采用标准容量电流进行充电，当充电快结束时，充电电流限制在较小的电流上。
一般情况下，当电池电压小于3V时，充电电流应小于0.5C；当电池电压在3V-4.1V 之间时，充电电流大约1C（此处C指电池容量）；当电池电压接近4.2V时，充电电流为0.1C，进入涓流充电一段时间，就应停止充电。
当电池温度超出规定时，应停止充电以保护电池。
二、充电器的系统设计1.系统组成的设计作为技能大赛课题，电路系统设计时除了要考虑能良好实现上述锂电池充电的功能要求外，还要充分考虑技能大赛相关的知识和技能要求。
根据国家电子技能大赛的有关文件，其知识内容应涵盖：模拟电路、数字电路、单片机原理与接口电路、通信原理、传感器原理、电子测量技术、电子产品整机制造与装接工艺、Protel99 SE软件、C语言编程、电子装接工、调试工等应知内容；其技能内容应涵盖：元器件识读与检测、手工焊接、各种仪器仪表的使用与检测方法、单元电路装接与检测调试、电子电路读图方法、单片机电路装接与调试、检测等。
结合锂电池充电器的实际要求，本电路系统组成如图1所示。
（1）CPU控制采用89C2051单片机，考核单片机原理与接口电路相关知识；（2）稳压电源采用7805，考核稳压电源相关知识；（3）开关电源采用LM2576，体现新材料和和新知识；（4）电流控制与电压判别采用LM358，考核集成运放的基本应用。
自制手机锂离子电池充电器
自制手机锂离子电池充电器自制手机锂离子电池充电器自制手机锂离子电池充电器锂离子电池以其体积小、容量大、重量轻、无记忆效应、无污染、电池循环充放电次数多（寿命长）等优点，现已普遍地在手机上使用。
但在实际使用中有不少人会觉得锂离子电池的寿命很短，用不了多久就充不上电了，其实都是因为充电不当造成电池的损坏。
锂离子电池充电条件要求严格，充电控制要求精度高，对过充电的承受能力差，如果用一般的充电器对其充电，必定会因过充电而损坏。
因此，锂离子电池的充电器必须符合锂离子电池的充电特性要求。
锂离子电池的充电过程分两阶段进行，首先用恒流充电到４．２Ｖ＋０．０５Ｖ，即转入４．２Ｖ±０．０５Ｖ恒压的第二阶段充电，恒压充电电流会随着时间的推移而逐渐降低，待充电电流降到０．１ＣｍＡ时，表明电池已充到额定容量的９３％或９４％，此时即可认为基本充满，如果继续充下去，充电电流会慢慢降低到零，电池完全充满。
恒流充电率为０．１ＣｍＡ～１．５ＣｍＡ（ＣｍＡ：当电池额定容量为１０００ｍＡｈ时，则１．０ＣｍＡ充电率表示充电电流为１０００ｍＡ；１．５ＣｍＡ充电电流为１５００ｍＡ，依此类推）。
标准充电率为０．５ＣｍＡ，约需２小时可将电池电压（放电到３．０Ｖ的电池）充到４．２Ｖ，再转入恒压充１小时左右，即可结束充电。
整个充电过程约需３小时，当充电率为１．５ＣｍＡ时，第一阶段的充电时间只约需１／２小时。
笔者根据锂离子电池的充电特性，制作了一款充电器，电路图见图１，其效果很好。
该充电器主要由恒流源、恒压源和电池电压检测控制三部分组成。
其工作原理为：市电经电源变压器降压、整流、滤波，由ＩＣ１构成恒流源经继电器的常闭触点向电池进行第一阶段恒流充电；当电池的电压上升到由ＩＣ３组成的电压比较器所设定的４．２Ｖ时，电压比较器输出高电平，经Ｒ７、ＺＤ２触发可控硅ＳＣＲ导通，继电器Ｊ得电吸合，Ｊ－１的常闭点断开，常开点接通，转为由ＩＣ２组成的恒压源进行第二阶段的恒压充电。
基于HT46R47锂能锂电池充电器的设计
基于HT46R47智能锂电池充电器的设计冯贵锋(电子信息工程技术 06信息管理)摘要：基于精简指令形的单片机HT46R47的应用，用该芯片设计，使得电路容简单、成本低、程序简单，很容易就能实现充电器的功能。
关键词：充电器、HT46R47、锂电池引言：随着社会的进步，科学的提高，尤其是手机的普及，手机的更换速度加快，为了更好的使用它，维护它，所以需要给手机选择适合的充电器。
其中锂离子电池最普遍，锂电池是以金属锂或锂物质为负极、利用化学反应而产生能的电池。
在各类可充电电池中，锂离子电池相比于普通镍镉镍氢电池具有体小、重量轻、自放电率低、无记忆效应的优点，所以广泛被使用在很多新型移设备中。
锂离子电池的不足之处在于对充电器要求比较严密，需要保护电路。
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密度。
另外，充电器最好带有热保护和时间保护，为电池提供附加保护。
由此可见实安全高效能的充电控制成为锂离子电池推广应用的瓶颈。
一．充电器的特性：1．基本性能：•电池充饱电压4.2V±0.01V•最大充电电流：250mA•电池正负端错置警示•充电座电池正负端短路警示•充电时间到达6 小时，自动停止充电•电池置入，但是Power Fail 时，电池漏电流小于10μA•双色LED 显示充电状态• 4 个LED 显示充电百分比•充电时，温度异常则停止充电2．绝对最大额定值•输入电压：DC 6V•输入最大功率：1.5W• Li Battery 充电电压：DC 4.2V• Li Battery 最大充电电流：250mA3．D.C. 和 A.C.特性•最大充电电流：250mA ± 50mA•充饱电压：4.20 ± 0.01V•充电时间：6 小时•电池置入但是Power fail 时，电池漏电流小于10μA4．充电流程说明•电源未接上时，电路板上的LED 灯不亮•电源接上电路板，绿色LED 持续亮着，此时电路板等待锂电池置入•锂电池放入后，则开始充电，LED 变成橙色•当锂电池达到充饱的条件时，则停止充电， LED 变成橘色•锂电池充饱后，电池移走，LED 变成绿色，等重新置入锂电池充电•在充电过程中，会显示充电百分比5．双色 LED 显示充电状态及警示讯息•持续绿色：等待电池置入•持续黄色：充电中•持续橘色：电池已充饱充或已充6 小时•闪烁橘色：警示讯息(输出短路、正负极颠倒、温度异常)6．充电状态显示及温度保护•电池状态显示：4 个LED 显示电池充饱的百分比：25%以下、25%~50%、50%~75%、75%~90%、90%以上•充电时温度保护：温度大于45°C 或是小于–5°C 停止充电• 25%以下：LED1 闪烁、LED2 ~ LED4 不亮• 25%~50%：LED1 亮、LED2 闪烁、LED3 ~ LED4 不亮• 50%~75%：LED1 & LED2 亮、LED3 闪烁、LED4 不亮• 75%~90%：LED1 ~ LED3 亮、LED4 闪烁• 90%以上：LED1 ~ LED4 亮二．硬件电路的设计：1.关于HT46R47:•工作电压fSYS = 4MHz 2.2V~5.5VfSYS = 8MHz 3.3V~5.5V•最多可有13 个双向输入/输出口• 1 个与输入/输出口共用引脚的外部中断输入• 8 位可编程定时/计数器具有溢出中断和7级预分频器 (芯片外观)•内置晶体和RC 振荡电路•看门狗定时器• 2048×14 程序存储器ROM• 64×8 数据存储器RAM•具有PFD 功能可以用来发声• HALT 和唤醒功能可降低功耗•在VDD=5V 系统频率为8MHz 时指令周期为0.5μs• 6 层硬件堆栈• 4 通道9 位解析度(8 位精度)的A/D 转换器•一通道(6+2)位的PWM(脉宽可调)输出通道与输入/输出口共用引脚•位操作指令•查表指令表格内容字长14 位• 63 条指令•指令执行时间为1 或2 个指令周期•低电压复位功能• 18-pin SKDIP/SOP 封装2．元器件清单：2．电路原理图：3．实物图：等待电池装入状态：电池卡座USB电源线三．软件工具：1．本产品用到的开发工具是：HoltekHT-ICE/HT-IDE3000 ，该软件用到混合语言编程 (C & ASM)、程序/数据节区自由定位、以项目Project 为管理单位，支持多个源文件、程序库管理、具有VPM功能、具有 LCD 软件模拟功能、提供 OTP 烧录。
锂电池智能充电器的设计与实践[开题报告]
![锂电池智能充电器的设计与实践[开题报告]](https://img.taocdn.com/s3/m/274a72095022aaea988f0fca.png)
开题报告
电子信息工程
锂电池智能充电器的设计与实践
本系统总体指标及功能要求如下：
（1）制作一个5V,500MA的锂电池充电器；
（2）用单片机作为控制电路；
（3）用LCD显示充电电压和电流；
（4）能够定时开关和充完自动停充；
（5）原理图的绘制和PCB的制作。
本设计要求完成系统的软硬件部分并且能够进行实物作品演示。
三、课题研究的方法及措施
本课题是设计一个5V,500MA的锂电池智能充电器，能实现用LCD显示充电电压和电流，定时开关和充完自动停充等功能。
通过网络、书籍等各种途径，搜索与本课题相关的资料并进行理解和学习，对各种充电方式和原理、以及一些单片机的程序编写有充分的了解。
锂电池智能充电器由单片机电路、充电控制电路及充电电压、电流显示、定时开关和充完自动停充等相应模块组成。
还要对其进行硬件设计和软件设计，硬件设计是将各功能模块组装起来形成一个合理的方案，然后使用单片机进行个模块的编程，用PROTEL画图进行软件进行仿真和测试，并用专业的软件进行编写。
系统结构框图如图下：
四、课题研究进度计划
毕业设计期限：自2011年10月8日至2012年4月22日。
第一阶段（4周）：寻找跟该课题有关的资料，期刊，论文，并要进行整理，分析，总结出系统的设计方案，并且攥写开题报告，文献综述，外文翻译。
第二阶段（3周）：硬件电路设计，用Protel软件画原理图和PCB图，以及进行仿真测试。
第三阶段（3周）：画流程图，用专业软件程序软件编写，做好给类数据的记录。
第四阶段（1周）：设计作品的调试与完善，直到达到各类指标。
第五阶段（4周）：完成论文的撰写，论文的修改。
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AVR的锂电池智能充电器的设计与实现
基于AVR的锂电池智能充电器的设计与实现
1引言
锂电池闲其比能量高、自放电小等优点，成为便携式电子设备的理想电源。
近年来，随着笔记本电脑、PDA，无绳电话等大功耗大容量便携式电子产品的普及，其对电源系统的要求也日益提高。
为此，研发性能稳定、安全可靠、高效经济的锂电池充电器显得尤为重要。
本文在综合考虑电池安全充电的成本、设计散率及重要性的基础上，设计了一种基于ATtiny261单片机PWM控制的单片开关电源式锂电池充电器，有效地克服了一般充电器过充电、充电不足、效率低的缺点，实现了对锂电池组的智能充电，达到了预期效果。
该方案设计灵活，可满足多种型号的锂电池充电需求，且ATtiny261集成化的闪存使其便于软件调试与升级。
2锂电池充电特性
锂电池充电需要控制它的充电电压，限制其充电电流。
锂电池通常都采用三段充电法，即预充电、恒流宽电和恒压充电。
锂电池的充电电流通常应限制在1C(C为锂电池的容量)一下，单体充电电压一般为4.2V，否则可能由于电聪过高会造成键电池永久性损坏。
预充电主要是完成对过放的锂电池进行修复，若电池电压低于3V，则
必须进行预充电，否刚可省略该阶段。
这也是最普遍的情况。
在恒流阶段，充电器先给电池提供大的恒定电流，同时电池电压上升，当魄池电压达到饱和电压对，则转入憾压充电，充电电压波动应控制在50mV以内，同时充电电流降低，当电流逐渐减小到规定的值时，可结束充电过程。
电池的大部分电能在惯流及恒压阶段从充电器流入电池。
曲上可知，充电器实际上是一个精密电源，其电流电压都被限制在所要求的范围之内。
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这是充电器完整的PCB图，如果大家有兴趣做一个的话可以完全按照自己的意愿来排版元器件。
这里有一个给LM324工作的5V电源芯片可以省略，可以在18V上接一个限流电阻给LM324，但我考虑为了稳定就采用了5V独立供电。呵呵。
同时该电路也可以通过更改输入电压分别给不同电压的锂电池或镁氢电池充电。相当的方便。
下面见实物图哦
这是充电器的实物正面图，左边为DC18V输入，右边为VOUT充电输出接口，左边一个电位器调节输出电流，右边一个电位器调节双色LED状态门槛值。
由于我的四轮驱动机器人上采用了16.5V的锂电池供电，而市场上又没有该电池的充电器，使得充电让我很纠结。无奈之下便设计了一款便携式简单型锂电池充电器。解决的充电的烦恼。
输入电压18V经过1.5A的保险丝，二极管保护后到PNP功率管的输入端。默认状态功率管是出于导通状态，因为LM324的1脚输出高，Q3三极管导通，PNP功率管基极拉低，功率管导通。其中RL1电阻为1欧姆，是用来限流的。通过对该电阻上的电压采样，然后经过LM324对基准电压的比较后取出一个电压值，由这个电压值控制功率管的输出电流，始终在一个极限电流上，或者说是短路电流上，我设置的为500MA。大家可以调节可调电阻来调节短路电流。另外还有一个对锂电池电压的采样，当电池没插入时，末级保护二极管通过两个电阻乘以功率管输出的17.5v电压进行分压后的一个电压值给LM324与基准比较输出给三极管，此时绿灯亮，当电池没电时充电插入充电座后，采样电阻R6，R7所采样到的电压变低，同时给LM324与基准电压比较后，红灯亮。当充满电后采样部分的电压等于基准电压，绿灯变亮，此时充电完成。但充电过程仍会以小电流的充电方式充电。
基于锂电池充电器的设计与制作
由于我的四轮驱动机器人上采用了16.5V的锂电池供电，而市场上又没有该电池的充电器，使得充电让我很纠结。无奈之下便设计了一款便携式简单型锂电池充电器。解决的充电的烦恼。
该充电器可以输出100mA-1A可调的充电电流，输入电压为VIN》18V，可用笔记本上的19V电压充电。充电时间一般按照充电输出电流的大小决定。
下面见C18V输入，右边为VOUT充电输出接口，左边一个电位器调节输出电流，右边一个电位器调节双色LED状态门槛值。
这是电路板的反面PCB图，由于换了一个功率管，使得跟当初设计时的功率管的管脚有区别，所以做了一下小改动。
这是正在给我的电池充电，呵呵，现在是红灯，等充满电后会跳绿灯，同时锂电池的保护芯片自动工作，切断输入。
下面见图哦
下面讲解一下电路的工作原理。因为我是给16.5V的锂电池充电的，所以输入的电压为18V电压，也可以大于18V。用笔记本上的充电器很不错哦。
输入电压18V经过1.5A的保险丝，二极管保护后到PNP功率管的输入端。默认状态功率管是出于导通状态，因为LM324的1脚输出高，Q3三极管导通，PNP功率管基极拉低，功率管导通。其中RL1电阻为1欧姆，是用来限流的。通过对该电阻上的电压采样，然后经过LM324对基准电压的比较后取出一个电压值，由这个电压值控制功率管的输出电流，始终在一个极限电流上，或者说是短路电流上，我设置的为500MA。大家可以调节可调电阻来调节短路电流。另外还有一个对锂电池电压的采样，当电池没插入时，末级保护二极管通过两个电阻乘以功率管输出的17.5v电压进行分压后的一个电压值给LM324与基准比较输出给三极管，此时绿灯亮，当电池没电时充电插入充电座后，采样电阻R6，R7所采样到的电压变低，同时给LM324与基准电压比较后，红灯亮。当充满电后采样部分的电压等于基准电压，绿灯变亮，此时充电完成。但充电过程仍会以小电流的充电方式充电。
该充电器可以输出100mA-1A可调的充电电流，输入电压为VIN》18V，可用笔记本上的19V电压充电。充电时间一般按照充电输出电流的大小决定。
下面见图哦
下面讲解一下电路的工作原理。因为我是给16.5V的锂电池充电的，所以输入的电压为18V电压，也可以大于18V。用笔记本上的充电器很不错哦。