毕业论文：锂离子电池的充电器设计

目前些大的厂家生产的充电器都具有以下特点具备限流保护，电流短路与反充保护线路设计自动快速充电充满电后自动关断等等。

有的还具有充电状态显示低噪声模拟微电脑控制系统等特点。

由于锂离子的特点使得其对充电器的要求比较苛刻。

其要求的充电方式是恒流恒压方式，为有效利用电池容量，需将锂离子电池充电至最大电压，但是过压充电会造成电池损坏，这就要求较高的控制精度精度高于。

另外，对于电压过低的电池除了需要进行预充充电终止检测电压检测外，还需采用其他的辅助方法，作为防止过充的后备措施，如检测电池温度限制充电时间，为电池提供附加保护，由此可见实现安全高效的充电控制已成为锂离子电池推广应用的目标。

按照锂离子电池的特性参数和充放电曲线完成充电器设计，可以完成如下的功能。

电池充电功能完成基本的充电功能，能按电池的充电曲线，完成恒流恒压充电。

指示电池正在充电，充电器的指示灯显示为红色充电后，指示灯显示为绿色。

保护机制当电池和充电器的工作温度超过设定范围，或者充电电压出现异常时，系统的红色指示灯闪烁，期间隔为。

此外，对于过压和过流状况采取相应的保护措施，保证充电的正常运行。

异常处理系统能在排除异常后，重新恢复充电。

系统设计框架与技术参数系统设计框架锂离子电池在充放电使用中必须注意保护。

用个形象的肥皂泡沫做比喻，锂离子电池如同堆肥皂泡沫，泡内存储的就是电能。

充电时，气泡会随着充电时间的加长而不断增大，当超过其极限值时气泡就会破裂，此时即损坏了锂电晶型，造成永久性损坏若过度放电，则会造成气泡塌陷消失，这样下次充电时气泡就充不起来，导致锂电池失效。

设计系统框架时，除了技术参数外，系统的可靠性和安全性也是至关重要的。

为了保证充电不对电池造成永久性损坏，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。

图所示时系统的设计框架，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。

温度电压采样充电功能模块保护机制主控制单元开关控制图系统框架设计保护机制该模块将系统的工作状态实时显示出来，并根据事先编写的软件响应监控信号。

在实现时，该模块电路被分散在其他个模块的实现电路中。

开关控制该模块利用采样检测充电恒流，在非法工作时关断系统电源。

充电功能模块该模块的主要功能是产生精确的基准电压，完成电池充电，并实时采样系统状态。

温度电压采样该模块完成充电器电源电压和环境温度的采样，并根据采样值决定系统的工作状态。

锂离子电池特性锂离子电池在现实生活中使用的非常频繁，而锂离子电池充电器的设计与采用以往充电技术的充电器不样。

锂离子电池可以分成两大类不可充电型和可充电型，其最大特点是比能量高。

比能量指的是单位重量或单位体积的能量，用或表示。

锂离子电池参数特性充电温度般情况下，锂离子电池的充电温度为。

放电温度般情况下锂离子电池的放电温度为。

循环寿命的数据放电深度时，大于次，放电深度时，大于次。

存储特性在充满电状态的锂离子电池在下保存天的容量保存率平均为，恢复率是以上。

延长锂离子电池使用寿命的方法锂离子电池在经历了个充放电周期之后便会因容量退化而失效。

而且，由于锂离子电池的自然老化现象，其平均使用寿命仅为年。

锂离子电池的老化速度受到诸多因素的影响，例如环境温度及其充电状态。

为了减缓其老化过程，需要将锂离子电池存放在低温处并对其进行部分充电。

锂离子电池的放电特性锂离子电池在使用中不可过充过放，否则将损坏电池，使之报废。

因此，电池上般有保护元器件或保护电路以防止昂贵的电池损坏。

正确使用锂离子电池对延长电池寿命是十分重要的。

锂离子电池是目前应用最为广泛的锂电池，它根据不同的电子产品的要求可以做成扁平长方形圆柱形及扣式，而且有由几个电池串联在起组成的电池组。

锂离子电池的额定电压为个别产品为。

锂离子电池对充电要求很高，必须保证充电终止精度在之内。

充电完成时的终止充电电压与电池阳极材料有关阳极材料为石磨材料的电池为阳极材料为焦炭的电池为，不同阳极材料的内阻也不同，焦炭阳极的内阻略大，其放电曲线也略有差别，如图所示。

图常规锂离子电池的放电曲线锂离子电池的充电特性锂离子电池易受到过充电深放电以及短路所造成的损害，其充电电压必须严格限制。

充电速度通常不超过，最低放电电压为，如再继续放电则会损坏电池。

锂离子电池以恒流转恒压方式进行充电。

采用恒流充电至或时，充电器应立即转入恒压充电，充电电流逐渐减少，当计算电池电压平均值同进行比较大于则表示充好，退出清异常标志电压正常计算温度采样平均值温度高于度小于，即大于度则返回计算电池电压平均值同进行比较大于则表明充好，退出红色的指示灯数据绿色的指示灯数据电池电压无电池清除指示绿色清除电池电于大于快充结束时间没到，重新充电若没有电池，退出系统控制高电平，电池恒流调整个通道轮流采样进入状态采集电阻电压选择转换通道，采集电源电压充电取样充电延时，采样停止采样保存个给出低电平个通道轮流采样停止采样完成了个充电状态的操作后，系统将进入秒钟延时判断，进行延时。

给低电平送数，查表开始延时秒钟延时到后，系统将进步的判断处理。

低电平时间秒延时取电池电压选择转换通道，采集电源电压取样充电停止采样计算电源电压的平均值，同比较电源正常，进入下步骤计算温度状态的平均值，处在正常范围温度高于小于，即大于度返回计算采样平均值电池电压平均值与做比较电池电压大于，充好退出红色指示绿色比较电池电压，小于则表明电池被取出，显示状态无电池清除显示大于，进步处理如果电池电压小于充电时间是否已到未到，继续快速充电充电时间已到时间没到电池电压大于，且时间到，认为充好了没有电池，退出控制高水平，电池恒流调整个通道轮流采样进入状态采集电阻上的电压选择转换通道，采集电源电压充电取样充电延时，采样停止采样给低电平送数开始延时低电平时间继续延时取电池电压计算电源电压的平均值，同比较判断状态值温度正常计算温度平均值判定温度是否正常温度正常温度高于度电池电压判断计算电压平均值若电压大于电池电压大于，出现异常清标志指示无电池清除指示，河南科技学院届本科毕业论文设计论文题目锂离子电池的充电器设计学生姓名毕明迪所在院系机电学院所学专业应用电子技术教育导师姓名张伟完成时间年月日摘要本设计以单片机为控制核心，系统由指示灯电路电源电压与环境温度采样电路精确基准电压产生电路和开关控制电路组成。

实现了电池充电指示保护机制及异常处理等充电器所需要的基本功能。

本文对锂离子电池的参数特性充电原理与充电方法进行了详尽的描述，并提出了充电器的设计思想和系统结构。

该电路具有安全快速充电功能，可以广泛应用于室内外单节锂离子电池的充电，如手机数码产品电池等。

关键词锂离子电池，充电器，硬件电路，软件设计目录引言课题研究背景充电器功能描述系统设计框架与技术参数系统设计框架锂离子电池特性锂离子电池参数特性锂离子电池的放电特性锂离子电池的充电特性锂电池充电方法恒流充电恒压充电恒流恒压充电脉冲充电系统技术参数充电器硬件设计系统指示灯电路电源电压与环境温度采样电路精确基准电源产生电路开关控制电路充电器软件设计系统软件总体设计思路系统主流程充电流程设计程序设计总结致谢参考文献附录系统整体电路图附录二程序清单引言课题研究背景近年来，各种携带式的电子产品成为市场上的热门，如手机数位相机个人数字助理笔记型电脑等等等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元件也往轻薄短小的目标迈进，因此对于体积小重量轻能量密度高的二次电池需求相当迫切。

因此，电池厂商也研发出各种不同用途的电池，来适应电子装备的需求。

使电子产品具有携带更方便，使用时间长等特点。

小型二次电池包括镍镉电池镍氢电池及锂电池，在防止镉污染的环保需求下，镍镉电池慢慢被取代已成趋势。

镍氢电池虽无环保问题，但是能量密度低，高温特性差及少许记忆效应等缺点，在产品应用上，已经逐渐被锂离子电池所取代。

锂离子电池具有工作电压高能量密度大重量轻寿命长及环保性佳等优点，皆以锂离子电池做为其能量来源，因为电子产品的使用量迅速成长，各种可携带式电子产品的研发不得不更轻薄短小以使产品能更具有竞争力，电池的角色显得更加重要，其品质的良莠甚至决定了产品的成功与否，特別是可充电二次电池，在市场中成长快速利润高，目前已成为许多先进国家竞相发展的研究项目，其未来需求及发展前景是相当看好的。

总的来说，锂离子电池具有以下优点能量密度高，其体积能量密度和质量能量密度分别可达和，而且还在不断提高。

工作电压高，通常单节锂离子电池的电压为，单体电池即可为的逻辑电路供电。

对于要求较高供电电压的电子设备，电池组所需串联电池数也可大大减少。

自放电小，每月以下，不到镍镉电池的半。

可快速充放电，次充电时容量可达标称容量的以上。

锂离子电池负极用特殊的碳电极代替金属锂电极，因此允许快速充电。

在特定情况下可在短时间内充足电，而且安全性能大大提高。

寿命长，锂离子电池采用碳负极，在充放电过程中，碳负极不会生成金属锂，从而可以避免电池因内部金属锂短路而损坏。

目前，锂离子电池的寿命可达次以上，远远高于各类电池。

允许温度范围宽，锂离子电池具有优良的高低温放电性能，可在之间工作。

高温放电性能优于其它各类电池。

此外，锂离子电池还具有体积小输出功率大无记忆效应和无环境污染等优点。

综合性能优于铅酸镍镉镍氢和金属锂电池，被称为性能最好的电池，尽管锂离子电池具有上述诸多优点，但还是存在有如下的缺点。

与干电池无互换性锂离子电池虽然有电压高的好处，但也有很难和干电池互换的缺点，当蓄电池放完电时，般的想法是用干电池暂时取代但由于这两者电压不同，不能直接代换。

无法急速充电锂离子电池不能像镍镉电池那样，用分钟急速充足电。

锂离子电池的充电方法是，最初以恒定电池充电，最后则以恒定电压完成充电，较快速度充电时间约需小时。

内部阻抗高因为锂离子电池的电解液为有机溶液，其电导率比镍镉电池镍氢电池的水溶液电解液小得多。

所以，锂离子电池的内部阻抗比镍镉电池或镍氢电池约大倍左右。

工作电压变化较大电池放电到额定容量的时，镍镉电池的电压变化很小约，锂