基于单片机的智能充电器毕业设计论文

基于单片机的智能充电器

毕业设计论文

This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020

长江学院毕业论文（设计）

题目基于单片机的智能充电器

院（系）机械与电子工程系

专业自动化

学生姓名王海

成绩

指导教师张胜群老师

2015年06月

摘要

便携式应用的发展与普及提高了对充电电池性能的要求，而锂离子电池凭借其独特的有点，如能量密度高、使用寿命长、放电电压高和无记忆效应等，成为了便携式电子产品的首选电池。然而，锂离子电池相对脆弱的特性，如过充电和高温可能对电池造成极大的破坏，对其充电电路提出了严格的要求，作为便携式产品的充电器，高集成度，高效率和准确的控制都是必须的特点。

针对锂离子电池的充电管理问题，本文采取了一种基于单片机控制的智能充电方法，通过单片机与充电管理IC的配合，设计并实现了锂离子电池充电保护电路，从而达到了提高充电效率，延长电池寿命和节能的效果。

关键词：锂离子电池；智能充电器；单片机；节能

Abstract

The development and prevalence of portable applications require better performance of rechargeable batteries, while the Li-Ion battery becomes the best choice of portable electronic products because of its unique advantages, such as high energy density, long circle life, high voltage and absence of memory effects. However, the comparative fragility of Li-Ion battery, for example, to overcharging and high temperature, imposes stringent charge requirements on chargers. As portable applications, the chargers should be compact, high efficient and accurate.

In order to manage the charge process of Li-Ion battery, the design and implementation of a Li-Ion battery charge protection integrated circuit based on intelligent control approach was presented by MCU assort with

charge management IC. So as to achieve improved charging efficiency and prolong battery life and energy-saving effect.

Keywords：Li-Ion；Intelligent charger；MCU；Energy-saving

目录

第一章绪论

锂离子电池具有较高的重量比、无记忆效应、可重复充电多次、使用寿命长、价格低等优点。因此，在便携式产品向更小更轻方向发展的今天，选用单节锂离子电池供电已成为产品设计者的首要选择。

锂离子电池因易受到过充电、深放电以及短路的危害，单体的锂离子电池的充电电压必须严格控制。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1A的电流对500mAh的电池充电，充电速率就是2C；同样地，用1A的电流对1Ah的电池充电，充电速率就是1C）通常不超过1C，最低放电电压为~，如果再继续放电则会损害电池。

锂电池的充电过程一般包括预充电、恒流充电（CC）和恒压充电（CV）三个过程。预充电以小电流对电池进行涓流充电，当电池电压上升到预充电阈值以上时，以大电流对电池进行恒流充电；当电池电压接近浮充电压阈值（），充电器逐渐转变为恒压模式充电，充电电流逐渐减小；当电流减小到终止电流时，充电过程结束。

在深入了解了锂离子电池的充电原理和充电控制方法后，我发现锂离子电池的充电设备需要解决一下几个问题：

（1）能进行充点前处理，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）改善因充电控制不合理而造成电池过充、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，并且达到节能的效果。

本论文主要针对锂离子电池充电器的研究，设计了一款单节锂离子电池智能充电器，并且可以从USB接口充电。该充电器可以实时采集电池的电压和电流，并对充电过程进行智能控制，可在无过热危险的情况下实现电池充电速率的最大化，并且系统中的管理电路还具有保护功能，可防止电池的过充和过放电对电池造成损

坏。同时，系统采用了充满电后自动断电措施，有效的防止了多数情况下在充满电后充电器始终连在电源上造成的电能浪费。

1.1单片机技术的特点及应用

随着大规模和超大规模集成电路技术的发展和计算机微型化的需要，将微型计算机的基本部件：中央处理器（CPU）、存储器、输入输出（I/O）接口、定时器/计时器等多种资源集成在一个半导体芯片上，使得一块集成电路芯片就能构成一个完整的微型计算机。这种集成电路芯片被称为单片微型计算机（Single Chip Microcomputer），简称单片机。单片机在结构设计上，它的软、硬件系统及I/O 接口控制能力等方面都有独到之处，具有强而有效的功能。从其组成、逻辑功能上来看，单片机具备了微型计算机系统的基本部件。

目前，各种类型单片机在应用产品中占主导地位，产品众多，已有几十个系列、几百种型号，除了通用单片机以外，集成更多资源，如A/D转换器、D/A转换器、“看门狗”（Watchdog）电路、LCD控制器、网路控制模块等，将单片机嵌入式系统好Internet连接起来已是一种趋势。还有专用单片机产品，如专门用于数据处理（图像和语言处理等）的单片机（DSP）。总之，单片机正在向微型化、低功耗、高速、高集成度、多资源、网络化、专用型方向发展。

1.1.1单片机的特点

（1）高集成度，体积小，高可靠性

单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小的。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗工业噪音性能优于一般通用的CPU。单片机程序指令，常数及表格等固化在ROM中不易破坏，许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。

（2）控制功能强

为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件：分支转移能力，I/O口的逻辑操作和位处理能力，非常适用于专门的控制功能。

（3）低电压，低功耗，便于生产便携式产品