电池充放电保护系统软件设计

西安欧亚学院

本科毕业论文（设计）开题报告

题目：电池充放电保护系统软件设计

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一、选题背景及意义

随着现代化技术的发展，电池产业作为一个朝阳产业，拥有着广阔的市场前景。当今全球电子信息产业中，移动通信、手提电脑、数码相机已经成为发展最快的三个行业（例如，手机电池，移动电源，笔记本电源等），同时伴随着这些高端产品的出现，很多的问题也就出现了，很多电池因为自身的材质和性能的原因，出现了寿命短，易充坏，大耗量的电池体积笨重，不宜携带，人们对此也比较头疼。

国外的Battery University网站近日放出一篇关于如何延长锂电池寿命的文章，对电池的使用方法提出了新的结论。他们声称，经过实验结果证实，锂离子电池的最佳保养方式是轻度使用、快放快充，这与机械设备使用方法类似，用的频率越大、次数越多，电池的损耗就会越快。此外他们还指出，使用环境的温度对电池寿命也有影响，过高（30℃）或过低的温度都会对电池寿命形成损耗。比如经常连接适配器电源使用的笔记本电脑，最好把电池拆下来，实际上这并不是充电会对电池形成损害，因为电池满电之后就不再充电，但是笔记本电脑在使用时不注意底部的通风情况会让温度过热，这才是影响电池寿命的真凶。当然，如果有一个比较好的使用环境或者散热底座，电池可以在停电的时候避免未保存的资料丢失。相比国外，国内一般对电池的保护方法让电池保持在较低温度下，过热对电池不利。在将电池保存起来时给它充电到 40-50%，然后放到阴凉处。新电池一般拿回来对电池进行三次的充足充放电时间，一般为12小时左右，当然这是传统的镍氢电池的充电法。对于现在锂电池的充电，很多人都认为应当和镍氢电池的充电方法一样，这样的说法确实错误的，正确的方法是：关机状态下线充，充满时即刻拔下电源，再开机使用。

锂电池特性和充电方法，为了避免锂电池的过充电或和过放电所产生的不安全问题，并防止锂电池特性劣化，应对锂电池进行充放电保护。因此，研究这项课题是对现今电池行业有巨大的意义及推进。

二、原理概述

对于充电电池在充电电流方面，锂电池的充电率（充电电流）应根据电池生产厂的建议选用。虽然某些电池充电率可达 2C（C 为电池的容量），但常用的充电率为 0.5～1C。在采用大电流对锂离子电池充电时，因充电过程中电池内部的电化学反应会产生热，因此有一定的能量损失，同时必须检测电池的温度以防过热损坏电池或产生爆炸。此外对锂电池充电，若全部用恒定电流充电，虽然可以在一定程度上缩短充电时间，但很难保证电池充满，如果对充电结束控制不当还会造成过充现象。

放电方面，锂电池的最大放电电流一般被限制在 2～3C 左右。更大的放电

电流会使电池发热严重，对电池的组成物质造成损坏，影响电池的使用寿命。同时，由于大电流放电时，电池的部分能量转变成热能，因此电池的放电容量将会降低。在造成过放电时，还会造成电池的失效。对于过放电的锂电池，在充电前需要进行预处理，即使用小电流充电，使电池内部被过放电的单元被激活。

据调查，电池循环使用次数可达五百次，而电池组循环使用次数却通常不到一百次，即电池组使用一段时间，就会产生这样或那样的差异。一致性会变差，所谓一致性就是对一组电池的容量，内阻，电压，放电曲线等的参数要求尽量相同。使用一段时间产生差异后，采用整体电压保护控制的方式是难以适用于动力电池的，如一个36V 的电池堆，必须用 10 只电池串联。整体的充电控制电压是 42V，而放电控制电压是 26V。用整体电压控制方式，初始使用阶段由于电池一致性特别好，也许不会出现什么问题。在使用一段时间以后电池内阻和电压产生波动，形成不一致的状态，这种时候仍然使用整体电压控制是不能达到其目地的。例如，锂电池几次过放就等于报废。由于锂电池的特殊结构决定了它不能过充电(超过 4.2v)，过放电(低于 2.5v)，一旦出现过充电或者是过放电就会造成严重损坏或者是爆炸。电池组有区别于单体电池的额外特性，基于目前的动力电池设计与制造技术水平，单体之间的性能差异在其整个生命周期里客观存在，要想避免单体由于过充、过放导致提前失效，使电池组的功能和性能指标达到或者接近单体的平均水平，对电池组中单体之间控制和管理保护是必由之路。

三、毕业设计内容

1、首先对电池保护系统的软、硬件整体方案设计进行简单的描述。

2、对硬件电路方案设计、电路仿真及参数定型设计。

3、进行软件结构设计，绘制电路流程图。

4、软件编程、调试，整机联调。

5、毕业设计论撰写，外文资料翻译。

6、答辩准备。

四、进程安排

第1-3周：查资料，系统方案设计。

第4-5周：电路方案设计、仿真分析、参数定型。

第6-8周：软件结构设计，绘流程图、编程。

第9-10周：整机联调。

第12-16周：论文撰写、审核、答辩准备。

五、参考文献

[1] 陈赜主编．ARM9嵌入式技术及Linux高级实践教程．北京航空航天大学出版社．2005年

[2] 许海燕，付炎著．嵌入式系统技术与应用．机械工业出版社．2002年

[3] 陈章龙唐志强涂时亮.嵌入式技术与系统--Intel XScale结构与开发.北京航空航天大学出版社，2004-02

[4]田泽主编．嵌入式系统开发与应用教稃．北京航空航天大学出版社．2005年．

[5]周立功主编．ARM嵌入式系统基础教程．北京航空航天人学出版社．2005年

[6] 张丽敏，周润景.Altium Designer原理图与PCB设计[M].北京:电子工业出版社，2009.06

[7] 刘岩.电流控制型开关电源[J].现代电子技术，2001（10）:60-62.

[8] 莫慧芳.高频开关电源发展概述[R].广州：科技贸易职业学院，2007.

[9] 赵同贺，刘军.开关电源设计技术与应用实例[M].北京：人民邮电出版社，2007.

指导教师意见：