锂离子电池的充电器设计

摘要

本設計以單片機為控制核心，系統由指示燈電路、電源電壓與環境溫度採樣電路、精確基準電壓產生電路和開關控制電路組成。實現了電池充電、LED指示、保護機制及異常處理等充電器所需要的基本功能。本文對鋰離子電池的參數特性、充電原理與充電方法進行了詳盡的描述，並提出了充電器的設計思想和系統結構。該電路具有安全快速充電功能，可以廣泛應用於室內外單節鋰離子電池的充電，如手機、數碼產品電池等。

關鍵字：鋰離子電池，充電器，硬體電路，軟體設計

The design of charger about lithium-battery

Abstract

This design uses SCM system for the control of core, it includes the pilot lamp circuit on system, sampling circuit about voltage and temperature, the causes about standard voltage and switch controls. The circuit achieves charging battery, LED instructions, the protection mechanism and exception handling, and other functions. This paper introduces the following things: parameters of lithium-battery, principles and methods on charge, design thinkings and system structure about charger, and it describes the functional mode of the charger in detail,moreover it proposes the thinking of plan and structure of a system.The circuit which be planed have functions of safety,rapid and so on. It can use in the charge of Lithium-ion battery that is only far-ranging,such as the battery of cellphone,digital product and so on.

Key words: Lithium-ion battery, Charger, Hardware circuit, Software design

目錄

1 引言 (2)

1.1 课题研究背景 (2)

1.2充电器功能描述 (3)

2 系统设计框架与技术参数 (4)

2.1 系统设计框架 (4)

2.2 锂离子电池特性 (5)

2.2.1 锂离子电池参数特性 (5)

2.2.2 锂离子电池的放电特性 (6)

2.2.3 锂离子电池的充电特性 (7)

2.3 锂电池充电方法 (8)

2.3.1 恒流充电（CC） (8)

2.3.2恒压充电（CV） (8)

2.3.3 恒流恒压充电（CC/CV） (9)

2.3.4 脉冲充电 (9)

2.4 系统技术参数 (10)

3 充电器硬件设计 (11)

3.1 系统指示灯电路 (12)

3.2 电源电压与环境温度采样电路 (12)

3.3 精确基准电源产生电路 (13)

3.4 开关控制电路 (14)

4 充电器软件设计 (15)

4.1 系统软件总体设计思路 (15)

4.2 系统主流程 (15)

4.3 充电流程设计 (17)

4.4 程序设计 (19)

5 总结 (19)

致谢 (19)

参考文献 (20)

附录一系统整体电路图 (22)

附录二程序清单 (23)

1 引言

1.1 課題研究背景

近年來，各種攜帶式的電子產品成為市場上的熱門，如手機、數位相機、個人數字助理（PDA）、筆記型電腦等3C (Computer, Communication,Consumer Electronics)等等產品均朝向無線化、可攜帶化方向發展，對於產品的各項高性能元件也往「輕、薄、短、小」的目標邁進，因此對於體積小、重量輕、能量密度高的二次電池需求相當迫切。因此,電池廠商也研發出各種不同用途的電池，來適應電子裝備的需求。使電子產品具有攜帶更方便，使用時間長等特點。

小型二次電池包括鎳鎘電池、鎳氫電池及鋰電池，在防止鎘污染的環保需求下，鎳鎘電池慢慢被取代已成趨勢。鎳氫電池雖無環保問題，但是能量密度低，高溫特性差及少許記憶效應等缺點，在3C產品應用上，已經逐漸被鋰離子電池所取代。鋰離子電池具有工作電壓高(3.7V)、能量密度大(150Wh/kg)、重量輕、壽命長及環保性佳等優點，皆以鋰離子電池做為其能量來源，因為電子產品的使用量迅速成長，各種可攜帶式電子產品的研發不得不更輕薄短小以使產品能更具有競爭力，“電池”的角色顯得更加重要，其品質的良莠甚至決定了產品的成功與否，特別是可充電二次電池，在市場中成長快速、利潤高，目前已成為許多先進國家競相發展的研究專案，其未來需求及發展前景是相當看好的。

總的來說，鋰離子電池具有以下優點：

（1）能量密度高，其體積能量密度和品質能量密度分別可達360W·h/dm3和150W·h/kg，而且還在不斷提高。

（2）工作電壓高，通常單節鋰離子電池的電壓為3.7 V，單體電池即可為3 V的邏輯電路供電。對於要求較高供電電壓的電子設備，電池組所需串聯電池數也可大大減少。

（3）自放電小，每月10%以下，不到鎳鎘電池的一半。

（4）可快速充放電，1次充電時容量可達標稱容量的80%以上。鋰離子電池負極用特殊的碳電極代替金屬鋰電極，因此允許快速充電。在特定情況下可在短時間內充足電，而且安全性能大大提高。

（5）壽命長，鋰離子電池採用碳負極，在充放電過程中，碳負極不會生成