锂电池和镍氢电池自适应充电器的设计
1曹阳，2周浩，1张楠，1杨伟
1中国矿业大学信电学院，江苏徐州（221008）
2健雄职业技术学院，江苏苏州（215411）
E-mail ：mengnancaoyang@https://www.doczj.com/doc/2c1290055.html,
摘 要：本文介绍了一种智能充电器的工作原理、设计特点和2种充电模式,详细讨论了系统的硬件构成及软件实现方法，并针对通用充电器的工作特点，设计了一种以PIC877单片机为核心、结合MAX846A 充电芯片的镍氢和锂电池自适应充电器，该充电器可以在没有确定化学类型的时候不改变硬件结构而通过软件实现自适应充电，并利用了热敏电阻对电池在充电时产生的热量进行监控，防止电池过冲。由于采用了高性能的微控制器及高分辨率的A/D 转换电路,保证了充电器具有很高的精度，较好地解决锂离子电池和镍氢/镍镉电池的充电问题。
关键词：自适应；锂电池；镍氢电池；A/D 转换
中图分类号：TM910.6
1. 引言
生活中我们接触到很多类型的充电电池，有镍氢电池，锂电池等等。镍氢电池以其相对低廉的价格和允许大电流放电的特性使其普及率很高，锂电池则由其高能量密度小巧的外形普遍用于移动电话等小型设备中。但是，类型不一样的电池充电方法不一样，常常要配备好几个充电器，这给我们的生活带来很大的不便。多类型自适应电池充电器可以在不知道电池类型的情况下自动识别电池并充电，简化了充电步骤。
2. 自适应充电方法
2.1 锂电池和镍氢电池的电气特性
对于不知道化学性质的电池进行充电，充电器需要完成对所充电池的识别，然后再充电。由表1可以看出锂电池和镍氢电池在电压上的区别很明显。在单片机中设置电压门限q V 为2V ，开始充电前对电池电压抽样检测，当Vq V 时判定为锂电池。然后针对不同电池采取不同的充电方法。
表1 锂电池、镍氢电池的电气特征
Tab.1 Lithium batteries, Ni-MH battery electrical characteristics 镍氢电池 锂电池
工作电压
1.2V 3.6V 放电截止电压
0.9~1V 3V 充电端电压
1.4V 4.2V 充电电流
0.2C 0.5C 放电电流 0.1C~2C 0.25C
2.2 锂电池和镍氢电池充电方法
镍氢电池采用恒流充电的方法进行充电，充电结束标志为-?V ，即电池端电压下降，且-?V=(6~15) mV/节，同时需要控制电池温度上升率d θ/dt ≥1℃/]
1[节，由于温度的变化容易受
环境影响,因而实际用于判别充电各阶段的变量主要为-?V 、θmax,其中对-?V 的检测需要有足够的A/D 分辨率和较高的电流稳定度。
由于锂电池的无耐过充特性，所以采用预充-恒流-恒压法进行充电，端电压达到4.2V 的时候恒压充电，充电结束标志为充电电流下降到C/10。为了防止过放电电池开始充电时电流过大影响电池寿命，充电器应在充电之前检查电池电压是否大于3V ，如果小于，则应用涓流预充到3V 后在进行快速充电。涓流大小是正常恒流充电的1/10。
3. 充电器设计
充电器电路图如图1 ,图中MAX846A ，PIC877单片机共同组成了充电器的核心。
MAX846A 是一种低功耗多化学电池充电芯片，它可以在独立的对锂电池充电，也可以和单片机配合对锂基和镍基电池充电，根据电池类型，通过OFFV 脚的高低电平选择充电方式（有浮充或无浮充）。MAX846A 还提供可调充电电流功能，不同的占空比决定了不同的充电电]2[流。
通用充电器采用PIC877单片机进行设计，设计中单片机的主要功能是检测电池电流电压信号并改变充电模式，所以我们选择了性价比较高的PIC877单片机作为控制单元。
在镍氢电池或锂电池的充电过程中，为了充电过程的安全，必须在电池所给的最佳温度范围内给电池快速充电，因此，在整个充电过程中必须始终监视被充电电池的温度。在充电过程中，电池温度会慢慢上升，温度达到设定最高点时应终结快速充电。为了准确的监测电池的温度，热敏电阻应该尽量靠近电]3[池。
对整个系统而言，单片机的10位ADC 端口用来采集电池端电压BATT V ，系统充电电流I ，电池温度T 。其分辨]4[率为Q=1
2?N FS V =4.9mV 满足单节电池下降15mV 的精度要求。2个PWM 端口与MAX846A 的VSET 以及ISET 相连，通过不断调整PWM 的占空比控制MOS 管的导通和关断时间，来控制充电电流和充电电压的大小。由于系统是对单节电池充电的所以，CELL2引脚置0。当充电结束时，将与MAX846A 相连的I/O 口置0使充电结束。
图1 充电器电路图
Fig1 circuit diagram of Charger
4. 系统软件设计
系统软件流程]
3[图如图2。系统上电时，检测电池端电压BATT V ，如果BATT V <2V 判定为镍氢电池，如果BATT V >2V 判定为锂电池，随即开始充电。对于镍氢电池，恒压充电禁止。设置恒流充电占空比，同时通过中断检测电池端电压的下降幅度和电池的温度，当电池端电压降低幅度高于15mV 或电池温度高于45C o 时，系统结束充电。对于锂电池，恒流充电时其充电电流Li I 较镍氢电池大，所以PWM 占空比要提高，进入恒压充电后，当单片机上ADC 检测到充电电流下降到Li I /10或电池温度高于45C o 时，系统结束充电。
图2 系统软件流程图
Fig2System software flow chart
5. 总结
在电路的设计过程中充分利用了MAX846A芯片外接电路简单、镍氢电池和锂电池公用
机。使控制部分既简单又实用。同时一个应用电路的优势，结合高性价比的PIC877单片]5[
经过实验电路的实际测试,由电源变压器、整流电路、滤波电路及稳压电路构成AC/DC变换电路,在PIC与MAX846A的配合控制下可以方便的对单节电池电池进行充电。但是此设计只能对单节电池自适应识别，对于多节电池还没有一个有效地识别方法，这是接下来需要完善
的地方。
参考文献
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[5] 张明峰. PIC单片机入门与实战 [M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2004
Lithium battery and Ni-MH battery adaptive charger design
1
YangWei
ZhangNan,1
ZhouHao,1
CaoYang,2
1 School of Information and Electrical Engineering ,China University of Mine and Technology,
XuZou, PRC (221008)
2 chien-shiung institute of technology, SuZhou, PRC (215411)
Abstract
This paper charge principle, two kinds of charge model and design features of an intelligent charger , the hardware and software implementation methods is discussed in detail.for the characteristics of charger ,this paper provides a adaptive charger base on PIC877 single chip computer as the core, combined with general-purpose charge chip MAX846A, the charger can software adaptively charge for battery when we do not know it’s chemical and need not change the type of hardware structure. It take advantage of the thermal resistance to monitor the heat of battery and prevent the battery overcharge. Because a result of high-performance micro-controllers and high-resolution A / D conversion circuit is used, this charger has a higher degree of accuracy, a better solution for lithium-ion batteries and Ni-MH / Ni-Cd battery
Keywords:adaptively; Li battery; Ni-MH battery;A/D conversion
作者简介：曹阳，男，1985年生，硕士研究生，主要研究方向是通信与信息系统，电子电路。
锂离子电池智能充电器硬件方案
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，并经过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 所有电池都是经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
铅酸蓄电池充电器设计开题报告 铅酸蓄电池充电器设计开题报告 1、目的及意义 中国是全球铅酸蓄电池的产销大国，铅酸蓄电池已有200多年的历史，是一种应用广泛的动力电源。具有原材料易得、价格低廉、可靠性好等优点，目前约有95,的市场占有率。铅酸蓄电池作为稳定电源和主要的直流电源，需求广泛，用量巨大，与我们的社会生活息息相关。由于铅酸蓄电池维护简单、价格低廉、供电可靠、使用寿命长，广泛作为汽车、飞机、轮船等机动车辆或发电机组的启动电源，也在各类需要不间断供电的电子设备和便携式仪器仪表中用作一些电器及控制回路的工作电源。 蓄电池放电后的充电问题一直是有争议的问题，目前很多充电机由于性能技术不完善，常常导致蓄电池提前损坏的现象。随着经济的发展，大容量蓄电池的应用迅速增加，人们希望能快捷、安全地对蓄电池进行充电。因此，为了适应市场的需求，我们需要设计一种恒流-恒压-恒流铅酸蓄电池智能充电器。 2、基本内容和技术方案 此次设计利用单片机的软、硬件技术，设计一台具有恒压-恒流特性的牵引式铅酸蓄电池智能充电装置，该装置能够实现对蓄电池的电压进行检测、判别，按U-I特性曲线进行充电，对充电过程进行自动监控。基本内容有: 1、有关铅蓄电池的电化学原理和充放电原理。 2、关于充电器对铅蓄电池充电的原理及其电路设计。 3、涓电流对电池充电的原理及其特点。 4、充电器对充电过程的检测及其自动转换。 5、充电器在充电过程中对电池的保护功能。 6、电路设计及其元件的选择调试等。
本次设计采用的方案是分阶段充电方法，充电曲线图如下: I(A)、U(V) 1C U(t) I(t) 0.09C 0t(h) t1t2t3快充慢充涓流充 在快充阶段(0,t1)，充电器以恒定电流1C对蓄电池充电，由单片机控制快充时间， 避免过量充电;在慢充阶段(t1,t2)，单片机输出PWM控制信号，控制斩波开关通断，以恒定电压对蓄电池进行充电，此时充电电流按指数规律下降，当电池电压上升到规定值时，结束慢充，进入涓流充阶段;在涓流充阶段(t2,t3)，单片机输出的PWM控制信号，使充电器以约0.09C的充电电流对蓄电池充电，在这种状态下，可长时间对蓄电池充电，从而能最大限度地延长蓄电池寿命。 系统的结构框图如下: 220V交铅酸蓄电斩波电 流电源池路 电源变隔离，驱 换电路动电路 辅助电单片机 源 3、进度安排 1)第1周:选题，下达设计任务书，理解相应的设计内容;
镍氢电池充电器电路图及原理分析 镍氢电池充电器原理图:由LM324组成，用TL431设置电压基准，用S8550作为调整管，把输入电压降压，对电池进电行充电，电路附图所示.其工作原理是: 1.基准电压Vref形成 外接电源经插座X、二极管VD1后由电容C1滤波。VD1起保护作用，防止外接电源极性反接时损坏TL431。R3、R4、R5和TL431组成基准电压Vref，根据图中参数Vref= 2.5×(100+820)／820=2.80(v)，这个数据主要是针对镍氢充电电池而设计(单节镍氢充电电池充满后电压约 为1.40V)。 2.大电流充电 (1)工作原理 接入电源，电源指示灯LED(VD2)点亮。装入电池(参考图片，实际上是用导线引出到电池盒，电池装在电池盒中)，当电池电压低于Vref时，IC1-1输出低电平，VT1导通，输出大电流给电池充电。此时，VT1处于放大状态-这是因为电池电压和-VD4压降的和约为3.2V(假设开始充 电时电池电压约为2.5V)，而经VD1后的电压大约5.OV，所以，VT1的发射极－集电极压差远大于0.2V，当充电电流为300mA时，VT1发热比较严重，所以最好用PT=625mW的S8550，或者适当增大基极电阻以减小充电电流(注：由于LM324低电平驱动能力较小，实测IC1-2，IC1-4输出低电平并不是0V，而是约为0.8V)。 (2)充电的指示 首先看IC1-3的工作情况：其同相端1O脚通过R13接Vref,R14接成正反馈，反相端9脚外接电容，并有一负反馈通路，所以，它实际上构成了滞回比较器。刚开始时C2上端没有电压，则IC1-3输出高电平。这个高电平有两个放电通路，一个通路是通过R14反馈到10脚，另一通路是经电阻R15对电容C2充电，当充电的电压高于10脚电压V+ 时，比较器翻转输出低电平；与此同时，由于R14的反馈作用，10脚电压立即下跳到V-，这时，电容C2通过电阻R15放电，当放电的电压小于10脚电压V-时，比较器再次翻转输出高电平，由于R14的反馈作用，10脚电压立即上跳到V+，此后电路一直重复上述过程，因此，IC1-3的输出为频率固定的方波信号。 其次看IC1-4的工作情况：电池电压经R2、R16分压，接IC1-4的12脚，因为R2< 毕业设计课题名称：锂电池充电器的设计 总目录 第一部分任务书 第二部分开题报告 第三部分毕业设计正文 第一部分 任 务 书 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期： 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日 // 铅酸蓄电池的制造成本低、容量大、价格低廉，使用十分广泛。由于其固有的特性，若使用不当，寿命将大大缩短。影响铅酸蓄电池寿命的因素很多，采用正确的充电方式，能有效延长蓄电池的使用寿命。因此，设计一种全新的智能型铅酸蓄电池充电器是十分必要的。 1常规充电方式 铅酸蓄电池的常规充电方式有两种:浮充(又称恒压充电)和循环充电。 浮充时要严格掌握充电电压，如额定电压为12V的蓄电池，其充电电压应在13.5～13.8V 之间。浮充电压过低，蓄电池会充不满，过高则会造成过量充电。电压的调定，应以初期充电电流不超过0.3C(C为蓄电池的额定容量)为原则。 循环充电，其初期充电电流也不宜超过0.3C，充电的安培小时数要略大于放电安培小时数。也可先以0.1C的充电速率恒流充电数小时，当充电安培小时数达到放电安培小时数的90%时，再改用浮充电压充电，直至充满。 以上为目前常用的铅酸蓄电池充电方式，但这两种方式存在着一些不足之处。在充电过程中，电池电压逐渐增高，充电电流逐渐降低。由于恒压充电不管电池电压的实际状态，充电电压总是恒定的，充电电流刚开始比较大，然后按指数规律下降;采用快速充电可能使蓄电池过量充电，易导致电池损坏。对于循环充电而言，采用较小电流充电，充电效果较好。但对于大容量的蓄电池，充电时间就会拖得很长，时效低，造成诸多不便。 2智能型充电器的充电过程分析 通过对上述两种充电方式的分析比较，综合其优点设计出具有快充和慢充的智能型铅酸蓄电池充电器。该充电器采用单片机控制，充电过程分为快充、慢充及涓流充三个阶段，充电效果更佳。图1所示为该充电器的充电电流、电压曲线。 从图1可以看出:在快充阶段(0～t1)，充电器以恒定电流1C对蓄电池充电，由单片机控制快充时间，避免过量充电;在慢充阶段(t1～t2)，单片机输出PWM控制信号，控制斩波开关通断，以恒定电压对蓄电池进行充电，此时充电电流按指数规律下降，当电池电压上升到规定值时，结束慢充，进入涓流充阶段;在涓流充阶段(t2～t3)，单片机输出的PWM控制信号，使充电器以约0.09C的充电电流对蓄电池充电，在这种状态下，可长时间对蓄电池充电，从而能最大限度地延长蓄电池寿命。 3智能型充电器的工作原理 根据上述分析而设计的智能型铅酸蓄电池充电器，主要由开关稳压电源、斩波开关、控制器和辅助电源等四个部分组成，并具有过流保护、过压保护和超温保护功能。图2为充电器原理框图，图3为充电器电路原理图。 3.1开关稳压电源 常用几种充电电池基本常识 作者：d2010ch来源：本站原创发布时间：2009-11-220:35:03[收藏][评论] 常用几种充电电池基本常识 一、充电电池简介 充电电池的种类 镍镉电池（Ni-Cd） 电压：1.2V 使用寿命为：500次 放电温度为：-20度～60度 充电温度为：0度～45度 备注：耐过充能力较强。 镍氢电池（Ni-Mh） 电压：1.2V 使用寿命为：1000次 放电温度为：-10度～45度 充电温度为：10度～45度 备注：目前最高容量是2100mAh左右。 锂离子电池（Li-lon） 电压：3.6V 使用寿命为：500次 放电温度为：-20度～60度 充电温度为：0度～45度 备注：重量比镍氢电池轻30%～40%，容量高出镍氢电池60%以上。但是不耐过充，如果过充会造成温度过高而破坏结构=>爆炸。 锂聚合物电池（Li-polymer） 电压：3.7V 使用寿命为：500次 放电温度为：-20度～60度 充电温度为：0度～45度 备注：锂电的改良型，没有电池液，而改用聚合物电解质，可以做成各种形状，比锂电池稳定。 铅酸电池（Sealed） 电压：2V 使用寿命为：200～300次 放电温度为：0度～45度 充电温度为：0度～45度 备注：就是一般车用电瓶（它是以6个2V串联成12V的），免加水的电池使用寿命长达10年，但体积和最量是最大的。 二、电池充电的名词解释 充电率(C-rate) C是Capacity的第一个字母，用来表示电池充放电时电流的大小数值。 例如：充电电池的额定容量为1100mAh时，即表示以1100mAh（1C）放电时间可持续1小时，如以2 00mA（0.2C）放电时间可 持续5小时，充电也可按此对照计算。 终止电压（Cut-off discharge voltage） 指电池放电时，电压下降到电池不宜再继续放电的最低工作电压值。 根据不同的电池类型及不同的放电条件，对电池的容量和寿命的要求也不同，因此规定的电池放电的终止电压也不相同。 开路电压（Open circuit voltage OCV） 电池不放电时，电池两极之间的电位差被称为开路电压。 电池的开路电压，会依电池正、负极与电解液的材料而异，如果电池正、负极的材料完全一样，那么不管电池的体积有多大，几何结构如何变化，起开路电压都一样的。 放电深度（Depth of discharge DOD） 在电池使用过程中，电池放出的容量占其额定容量的百分比，称为放电深度。 放电深度的高低和二次电池的充电寿命有很深的关系，当二次电池的放电深度越深，其充电寿命就越短，因此在使用时应尽量避免深度放电。 过放电（Over discharge） 电池若是在放电过程中，超过电池放电的终止电压值，还继续放电时就可能会造成电池内压升高，正、负极活性物质的可逆性遭到损坏，使电池的容量产生明显减少。 过充电（Over charge） 电池在充电时，在达到充满状态后，若还继续充电，可能导致电池内压升高、电池变形、漏夜等情况发生，电池的性能也会显著降低和损坏。 能量密度（Energy density） 电池的平均单位体积或质量所释放出的电能。 一般在相同体积下，锂离子电池的能量密度是镍镉电池的2.5倍，是镍氢电池的1.8倍，因此在电池容量相等的情况下，锂离子电池就会比镍镉、镍氢电池的体积更小，重量更轻。 自我放电（Self discharge） 电池不管在有无被使用的状态下，由于各种原因，都会引起其电量损失的现象。 若是以一个月为单位来计算的话，锂离子电池自我放电约是1%-2%、镍氢电池自我放电约3%-5%。 充电循环寿命（Cycle life） 充电电池在反复充放电使用下，电池容量回逐渐下降到初期容量的60%-80%。 摘要：本文介绍美国TI 公司生产的先进锂电池充电管理芯片BQ2057，利用BQ2057系列芯片及简单外围电路可设计低成本的单/双节锂电池充电器，非常适用于便携式电子仪器的紧凑设计。本文将在介绍BQ2057芯片的特点、功能的基础上，给出典型充电电路的设计方法及应用该充电芯片设计便携式仪器的体会。 关键词：锂电池 充电器 BQ2057 1 引言 BQ2057系列是美国TI 公司生产的先进锂电池充电管理芯片，BQ2057系列芯片适合单节(4.1V 或4.2V)或双节(8.2V 或8.4V)锂离子(Li-Ion)和锂聚合物(Li-Pol)电池的充电需要，同时根据不同的应用提供了MSOP 、TSSOP 和SOIC 的可选封装形式，利用该芯片设计的充电器外围电路及其简单，非常适合便携式电子产品的紧凑设计需要。BQ2057可以动态补偿锂电池组的内阻以减少充电时间，带有可选的电池温度监测，利用电池组温度传感器连续检测电池温度，当电池温度超出设定范围时BQ2057关闭对电池充电。内部集成的恒压恒流器带有高/低边电流感测和可编程充电电流，充电状态识别可由输出的LED 指示灯或与主控器接口实现，具有自动重新充电、最小电流终止充电、低功耗睡眠等特性。 2.功能及特性 2.1 器件封装及型号选择 BQ2057系列充电芯片为满足设计需要，提供了多种可选封装及型号，其封装形式如图2－1所示，有MSOP 、TSSOP 和SOIC 三种封装形式。其型号如表2－1所示，有BQ2057、BQ2057C 、BQ2057T 和BQ2057W 四种信号，分别适合4.1V 、4.2V 、8.2V 和8.4V 的充电需要。 BQ2057的引脚功能描述如下： VCC (引脚1):工作电源输入； TS (引脚2):温度感测输入，用于检测电池组的温度； STA T(引脚3):充电状态输出，包括:充电中、充电完成和温度故障三个状态； VSS (引脚4):工作电源地输入； CC (引脚5):充电控制输出； COMP(引脚6):充电速率补偿输入； SNS (引脚7):充电电流感测输入； BAT (引脚8):锂电池电压输入； 2.2 充电状态流程 BQ2057的充电状态流程如图2－3所示，其充电曲线如图2－2所示，BQ2057的充电分为三个阶段：预充状态、恒流充电和恒压充电阶段。 元件型号 充电电压 BQ2057 4.1V BQ2057C 4.2V BQ2057T 8.2V BQ2057W 8.4V 镍氢电池正确的使用方法: 1、新电池一般经过三到五次充放电循环容量才可达到最高值。 2、原则上采取:充满---用完---充满。 3、电池的正负级保持干净，有利于正常使用和充电。 4、请勿将新旧电池、充电状态不同、容量、种类、品牌不同的电池放在一起充电。 1、充电电池能使用多久?一般能反复充电多少次？答：充电电池使用时间视电池容量和所使用对象的耗电功率而定，在不知道耗电功率的情况下很难估算使用时间。反复充电次数与充电器质量、充电电池质量、充电是否正确有关，理论上充电电池可反复充电1000次，但由于其他原因，一般好质量的充电电池使用700-800次的样子，一般质量的300-500次，不良品或者充电不正确一般在300次以下。 2、会对MP 3、数码相机有损坏吗？答：充电电池的电流是以毫安计算，使用过程中不会对MP3、数码相机产品造成任何损坏。 3、新买的镍氢充电电池需要先充电吗？答：是否需先充视情况而定，最简单的方法就是放进用电器中试一下，如有电就先使用完。新电池头3-5次使用时，最好用慢充充电，并且充电时间可以略微长10%，这样对激活电池有利。 4、如何长时间保存镍氢电池？答：对于想长期不用的镍氢电池，要从电器中取出，然后充满电再存放。方便的话最好每1-2个月使用一次。 5、充电器都是通用的吗？答：基本上都是通用的，但如果你使用的是快充或者极速充的话就请注意（充电电流300MA以上为快充，500MA以上为极速充），这是因为新电池（或者长期未使用的电池）的充电特性曲线和正常使用的电池的充电特性曲线不同，这种不同快充和极速充判断电池是否充满往往会出现失误，经常会出现以下两种现象，一是电池已经充满，但充电器认为电池没有充满而继续充电，会对电池造成部分损坏。二是电池没有充满的时候，快充就认为电池已经充满了，而停止充电了，对电池的激活（到达最大容量）不利，所以快充的说明书上面都说，对新电池的充电可以在充满后仍然充电2-3次就是这个原因。实际使用时我们也可以发现，将用快充充满的新电池，再充电的时候，电池仍然可以充电很长的时间，而用经常使用的电池，再充满后，再充电，一般几十分钟左右充电器就停止充电了，也是这个道理。 电池充电器设计总结 日常生活中，我们常常能见到各行各业的电子产品中都含有电池，如手机，数码相机，MP3，甚至卫星等等。电池作为一种储电设备，应用已十分广泛，电池的性能与寿命都关系到产品的性能与寿命，因此提高电池的性能与寿命就很关键，其中关系最直接的就是给电池充电的充电器。充电器的设计至关重要，在设计充电器之前就有必要了解电池的相关知识。本文将介绍我们最常见，也最常用的电池相关的知识，主要包括电池相关的概念、电池的性能特点及参数，对充电器的要求、智能充电器的设计要求等等。 一、电池相关的概念 1、安全性能 影响最大的是爆炸和漏液，主要与电池的内压、结构和工艺设计有关（比如安全阀失效、锂离子电池没有保护电路等。 2、容量 按照IEC标准和国标规定，镍氢和镍镉电池是指在25±5℃的条件下，以0.1C充电16小时，以0.2C放电至1.0V时放出的容量。 锂离子电池是指在常温的条件下，以恒流(1C)、恒压（4.2V）充电3小时，以0.2C放电至2.75V时放出的容量。 容量单位：安时（Ah）或毫安时（mAh） 3、内阻 是指电流流过电池内部所受到的阻力。充电电池的内阻很小，一般要用专门仪器测试。充电态内阻和放电态内阻有差异，放电态内阻稍大，而且不太稳定。内阻越大，消耗的能量越大，充电发热越大。随着电池使用次数的增多，电解液消耗及活性物质减少，内阻会增大，质量越差，内阻增大越快。 4、循环寿命 电池可重复充放电的次数。寿命与容量成反比，与充放电条件密切相关，一般充电电流越大，寿命越短。 5、荷电保持能力 指自放电率。与电池材料、生产工艺和储存条件有关，一般温度越高，自放电率越高。 6、大电流放电能力 主要与电池材料、生产工艺有关，一般用于动力电池。 7、充电电池的可靠性测试项目 （1）循环寿命（2）不同倍率放电特性（3）不同温度放电特性（4）充电特性（5）自放电特性（6）不同温度自放电特性（7）储存特性（8）过放电特性（9）不同温度内阻特性（10）高温测试（11）温度循环测试（12）跌落测试（13）振动测试（14）容量分布测试（15）内阻分布测试（16）静态放电测试ESD 。 48V 铅酸储电池充电器设计方案 第一章 总体设计方案 1 系统设计 根据课题的要求，系统采用开关电源，通过脉冲电流的方式来实现充电的目的。由市电送来的220V 交流电经变压器降压、桥式整流、可控硅调频后送给蓄电池进行充电。 2 方案策略 用单结晶体管触发电路实现触发信号频率的调制方案。蓄电池充电时，先通过变压器将220V 市电降压为56V 交流电，然后通过桥式整流得到全波直流电、最后通过可控硅调频后的脉冲电流为蓄电池供电。脉冲电流的频率主要取决于单节晶体管触发电路发出的触发信号的频率，通过调节RC 电路的R 值，使电容器的充电时间发生改变，单节晶体管的关断时间发生改变，从而改变了输出触发信号的占空比，这个触发信号送给可控硅，从而便调节可控硅在一个周期内关断和导通的时间，从而实现控制可控硅输出脉冲电流大小。这种方法技术简单、成熟、有多年的实用经验、所需的元器件少、成本低，安全可靠，适应市电输入范围宽都是其主要的优点。如下图1.1方框图 图1.1 总体方框图 第二章 蓄电池的选择 蓄电池是电瓶式扫地车上主要能源装置，其作用包括:向驱动系统、滚扫系统和仪表供电。 1 蓄电池的种类、特点 蓄电池的种类一般可分为铅酸电池、铅酸免维护电池及镍镉电池等，它们各自的特点如下: 铅酸电池:也称为汽车用电池(需加水维护)，充放电时会产生氢气，安置地点必须设置在通风处以免造成危险;电解液呈酸性，会腐蚀金属;价格低廉。 铅酸免维护电池:密封式充电不会产生任何有害气体，摆设容易，不需考虑安置地点通风问题，免保养，免维护;放电率高，特性稳定，价格较高。 镍镉电池:用于特殊场合及特殊设备上，水为介质，充放电不会产生.有害气体;失水率低，但需要固定时间加水及保养;放电特性最佳;可放置于任何恶劣环境。 2 蓄电池的选择 电机是电瓶式扫地车主要消耗源，其次是继电器和仪表车，根据驱动组和电器控制组提供的资料，电机总功率为1600W ，额定电压为48V;继电器和仪表总功率为5W,额定电压为48V 。所以蓄电池需提供的工作电流为 8004040518.548P I A U +++=== 式中P ——电机功率； U ——电瓶电压。 选60AH 的电瓶,则可续行3.3小时。这是电瓶式扫地车用最高速行驶时的情况，如果降低车速续行时间有望达到或超过5小时。 综上所述，本设计选择48V 60AH 的铅酸免维护电池，如图2.1所示： 镍氢电池快速充电器V1.1 一、充电器的特点 1、本充电器由一个充电器和一个低压直流电源组成，低压直流电源可以使 用普通变压器、开关电源或汽车12V电源。当使用开关电源时，也可以和充电器做在同一块PCB上从而使快速充电器的组成更加简洁。 2、适用于1到4节AA/AAA电流的充电。 3、安全可靠的防过充和防过热保护。 4、高速PWM技术、全贴片元件，从而成本更低、体积更小。 5、特有的补电模式，保护放电过度的电池。 6、四组完全独立的充电控制： 智能选择合适充电电流，适应不同容量电池的充电。 可适应不同厂家的镍氢电池 四组电池可以任意组合 采用负电压斜率（-ΔV）检测 过热检测和计时两种方式的防过充双重保护 二、参数说明 1、最大快充电流1.8A 2、各种模式下充电电流 充电方式充电电流 涓流模式 60mA 补电模式 450mA 快充模式 450-1800mA 3、支持1-4节电池的任意组合 4、支持不同容量的电池任意组合快充 5、支持电池在任意时间加入或离开充电队列。 6、理论充电时间 种类型号容量(mAh) 理论时间 Ni-MH AA 1300 43min Ni-MH AA 1600 53min Ni-MH AA 2100 70min 说明： (1)、对1600mAh以下容量的电池，如果只支持1C充电，则充电时间为60 分钟左右，本充电器可以自动选择合适的充电电流。 (2)、充电时间还受电池的放电深度影响，如果电池放电程度过深，充电时间 也会变长。 三、测试数据 1、不同容量电池混合充电测试数据 种类型号容量(mAh) 实际时间 Ni-MH AA 1300 52min Ni-MH AA 1600 55min Ni-MH AA 2100 77min 说明： (1)、由于市场上购买的1300mAh电池只支持1C充电，充电器自动调整充电 电流，因此充电时间在一小时左右。 2、容量电池（1600mAh、2100mAh）充电测试数据 型号标称容量 (mAh) 快充时间 (min) 电池温度 (℃) 放电容量 (mAh) 充饱程度 AA 1300 49 60 1108 85.23% AA 1800 71 60 1470 81.67% AA 2000 74 60 1616 80.8% 说明： (1)、放电容量测试方法：以1.0A恒流放电，放电到电池端电压为1.0V 时停止放电所测量出的放电容量。 (2)、上面的数据只是比较快充的效果，因此没有做快充后的涓流充电。 四、附录 a) 原理图 b) PCB零件布置 锂电池和镍氢电池自适应充电器的设计 1曹阳，2周浩，1张楠，1杨伟 1中国矿业大学信电学院，江苏徐州（221008） 2健雄职业技术学院，江苏苏州（215411） E-mail ：mengnancaoyang@https://www.doczj.com/doc/2c1290055.html, 摘 要：本文介绍了一种智能充电器的工作原理、设计特点和2种充电模式,详细讨论了系统的硬件构成及软件实现方法，并针对通用充电器的工作特点，设计了一种以PIC877单片机为核心、结合MAX846A 充电芯片的镍氢和锂电池自适应充电器，该充电器可以在没有确定化学类型的时候不改变硬件结构而通过软件实现自适应充电，并利用了热敏电阻对电池在充电时产生的热量进行监控，防止电池过冲。由于采用了高性能的微控制器及高分辨率的A/D 转换电路,保证了充电器具有很高的精度，较好地解决锂离子电池和镍氢/镍镉电池的充电问题。 关键词：自适应；锂电池；镍氢电池；A/D 转换 中图分类号：TM910.6 1. 引言 生活中我们接触到很多类型的充电电池，有镍氢电池，锂电池等等。镍氢电池以其相对低廉的价格和允许大电流放电的特性使其普及率很高，锂电池则由其高能量密度小巧的外形普遍用于移动电话等小型设备中。但是，类型不一样的电池充电方法不一样，常常要配备好几个充电器，这给我们的生活带来很大的不便。多类型自适应电池充电器可以在不知道电池类型的情况下自动识别电池并充电，简化了充电步骤。 2. 自适应充电方法 2.1 锂电池和镍氢电池的电气特性 对于不知道化学性质的电池进行充电，充电器需要完成对所充电池的识别，然后再充电。由表1可以看出锂电池和镍氢电池在电压上的区别很明显。在单片机中设置电压门限q V 为2V ，开始充电前对电池电压抽样检测，当V 题目1—直流/直流升压电路分析与设计 电动汽车蓄电池充电器设计 一、技术指标 输入电压：12-24V，输出电压42V，输出电压纹波<200mV，负载电阻10Ω，开关频率50kHz。 二、设计要求 1). 选择主电路的类型和相应的功率器件，并对功率器件进行设计； 2). 设计电压单闭环反馈补偿器； 3). 给出输出电压的仿真结果来验证你的设计： a)电阻由10Ω跳变到5Ω； b)输入电压由12V跳变到24V。 三、设计方案分析 3.1、DC-DC升压变换器的工作原理 DC-DC功率变换器的种类很多。按照输入/输出电路是否隔离来分，可分为非隔离型和隔离型两大类。非隔离型的DC-DC变换器又可分为降压式、升压式、极性反转式等几种；隔离型的DC-DC变换器又可分为单端正激式、单端反激式、双端半桥、双端全桥等几种。下面主要讨论非隔离型升压式DC-DC变换器的工作原理。 图1（a）是升压式DC-DC变换器的主电路，它主要由功率开关管VT、储能电感L、滤波电容C和续流二极管VD组成。电路的工作原理是，当控制信号Vi为高电平时，开关管VT导通，能量从输入电源流入，储存于 电感L 中，由于VT 导通时其饱和压降很小，所以二极管D 反偏而截止，此时存储在滤波电容C 中的能量释放给负载。当控制信号Vi 为低电平时，开关管VT 截止，由于电感L 中的电流不能突变，它所产生的感应电势将阻止电流的减小，感应电势的极性是左负右正，使二极管D 导通，此时存储在电感L 中的能量经二极管D 对滤波电容C 充电，同时提供给负载。电路各点的工作波形如图1（b ）。 图1DC-DC 升压式变换器电路及工作波形 3.2、DC-DC 升压变换器输入、输出电压的关系 假定储能电感L 充电回路的电阻很小，即时间常数很大，当开关管VT 导通时，忽略管子的导通压降，通过电感L 的电流近似是线性增加的。即：t L U I i I ?+=LV L ，其中ILV 是流过储能电感电流的最小值。在开关管VT 导通结束时，流过电感L 的电流为： ON LV LP T L U I I I ?+=，iL 的增量为ON I T L U ?。在开关管VT 关断时，续流二极管D 导通，储能电感L 两端的电压为dt di L U U u L I L =-=0，所以流过储能电感L 的电流为：t L U U I i I LP L ?--=0，当开关管VT 截止结束时，流过电感L 的电流为OFF I LP LV L T L U U I I i ?--==0， iL 的减少量为OFF I T L U U ?-0。在电路进入稳态后，储能电感L 中的电流在开关管导通期间的增量应等于在开关管截止期间的减量，即 OFF I ON I T L U U T L U ?-=?0，所以：I I ON I OFF U q U T T T U T T U ?-=?-=?=110，其中 自制镍氢电池充电器 本文介绍的自制充电器用LM324的4个运算放大器作为比较器，用TL431设置电压基准，用S8550作为调整管，把输入电压降压，对电池进行充电，其原理电路见图1。其特点是电路简单、工作可靠、无需调整、元器件容易购买等，下面分几个部分进行介绍。 1.基准电压Vref形成 外接电源经插座X、二极管VD1后由电容C1滤波。VD1起保护作用，防止外接电源极性反接时损坏TL431。R3、R4、R5和TL431组成基准电压Vref，根据图中参数Vref= 2.5×(100+820)／820=2.80(v)，这个数据主要是针对镍氢充电电池而设计(单节镍氢充电电池充满后电压约 为1.40V)。 2.大电流充电 (1)工作原理 接入电源，电源指示灯LED(VD2)点亮。装入电池(参考图片，实际上是用导线引出到电池盒，电池装在电池盒中)，当电池电压低于Vref时，IC1-1输出低电平，VT1导通，输出大电流给电池充电。此时，VT1处于放大状态-这是因为电池电压和-VD4压降的和约为3.2V(假设开始充 电时电池电压约为2.5V)，而经VD1后的电压大约5.OV，所以，VT1的发射极－集电极压差远大于0.2V，当充电电流为300mA 时，VT1发热比较严重，所以最好用PT=625mW的S8550，或者适当增大基极电阻以减小充电电流(注：由于LM324低电平驱动能力较小，实测IC1-2，IC1-4输出低电平并不是0V，而是约为0.8V)。 (2)充电的指示 首先看IC1-3的工作情况：其同相端1O脚通过R13接Vref,R14接成正反馈，反相端9脚外接电容，并有一负反馈通路，所以，它实际上构成了滞回比较器。刚开始时C2上端没有电压，则IC1-3输出高电平。这个高电平有两个放电通路，一个通路是通过R14反馈到10脚，另一通路是经电阻R15对电容C2充电，当充电的电压高于10脚电压V+ 时，比较器翻转输出低电平；与此同时，由于R14的反馈作用，10脚电压立即下跳到V-，这时，电容C2通过电阻R15放电，当放电的电压小于10脚电压V-时，比较器再次翻转输出高电平，由于R14的反馈作用，10脚电压立即上跳到V+，此后电路一直重复上述过程，因此，IC1-3的输出为频率固定的方波信号。 其次看IC1-4的工作情况：电池电压经R2、R16分压，接IC1-4的12脚，因为R2< 11.1V锂电池充电器设计 【摘要】本文介绍了锂电池充电的控制方法，讨论了充电器的电路结构和软件设计思想。该设计以ATmega8作为控制核心，对充电过程进行全面管理，通过对充电电流、电压的自动检测与调整，完成对不同充电阶段的精确控制及充满后的自动停充，实现了智能化充电。 【关键词】锂电池充电器；ATmega8；脉宽调制 1.引言 11.1V锂电池常用于涵道机、固定翼、直升机等航模中，具有放电稳定，工作温度宽；允许较大的充电电流、充电速度快，仅需1～2个小时就可以充满；无记忆效应；自放电率低，储存寿命长；能量高、储存能量密度大；输出电压高（单节锂电池的额定电压一般为3.6V，而单节镍氢和镍镉电池的电压只有1.2V）等优点。但锂电池在使用过程中也存在娇气的一面。在对锂电池进行充电时要防止过度充电，如果充电电压高于规定电压或充电电流大于规定电流，就会损坏锂电池或者使之报废。在过充电的情况下，能量过剩锂电池温度上升，电解液将分解产生气体，使之内压上升而导致自燃或破裂的危险。通常单节锂电池的终止充电电压为4.2V，精度控制在±1%之内，充电电流不大于1C（C代表充放电速率，1C代表电池正好在1小时内，充满电或放完电所要求的速率）。锂电池在使用时也要防止过度放电，过度放电会导致电池特性及耐久性变差，可充电次数降低。通常要求放电电流不大于2C，终止放电电压控制在2.4～2.7V左右。 2.锂电池的充电方法 锂电池在充电过程中需要控制它的充电电压和充电电流并精确测量电池电压，根据锂电池电压将充电过程分为四个阶段。每个阶段的需要用不同的电压和电流进行充电，下面以单节锂电池为例分别说明每个阶段的状态。阶段一为预充电，先用0.1C的小电流对锂电池进行预充电，当电池电压≥2.5V时转到下一阶段。阶段二为恒流充电，用1C的恒定电流对锂电池快速充电，点电池电压≥4.2V 时转到下一阶段。阶段三为恒压充电，逐渐减小充电电流，保证电池电压恒定=4.2V，当充电电流≤0.1C时转到下一阶段。阶段四为涓流充电，恒压充电结束后，电池已经基本充满，为了维持电池电压，可以用0.1C甚至更小的电流对电池进行补充充电，到此锂电池充电过程结束。 3.充电器的硬件电路设计 本系统主要有微控制器、电压检测电路、电流检测电路、电池状态指示电路和充电控制电路组成，电路原理图如图1所示。 3.1 主控芯片 【大学毕业设计论文】 铅酸蓄电池自动充电器 目录 1引言 (1) 2方案比较 (2) 2.1方案一：采用单片机脉冲宽度调制控制 (2) 2.1.1单片机控制的系统框图 (2) 2.1.2该系统的缺点 (2) 2.2方案二：涓流自动充电器 (2) 2.2.1 充电器原理与结构 (2) 2.2.2充电器方案说明 (3) 3各部分电路设计 (5) 3.1控制电路 (5) 3.2充放电电路 (9) 3.2.1电路组成 (9) 3.2.2充放电工作原理 (10) 3.3电源电路 (12) 3.3.1电源降压电路 (13) 3.3.2整流电路 (13) 3.3.3滤波电路 (14) 3.3.4稳压电路 (14) 4电路工作原理 (18) 5元件清单 (19) 6安装调试 (21) 结语 (22) 参考文献 (23) 致谢 (24) 附录1：电路原理图 (25) 附录2：印刷电路板图 (26) 附录3：电路仿真 (27) 摘要 本设计是一种能用于涓流充电的铅酸蓄电池充电器。该充电器是以模拟电路和数字电路为基础，基于集成电路的自动充电器。该充电器可以自动实时采集和计算电池的电压参数，同基准电压相比较，避免了过量充电，实现了自动控制。在环境参数测试仪中的应用表明：该充电器简单实用，工作稳定，性能可靠。 关键词：涓流充电；铅酸蓄电池；自动控制 Abstract This design introduced one kind can the trickling charge lead-acid battery charger principle of design, be take the analogous circuit and the digital circuit as a foundation, based on integrated circuit automatic battery charger. This battery charger may automatic real-time gathering and calculates the battery the voltage parameter, and compared with it same datum voltage teaches, to avoid charged enough, realization automatic control. Indicated in the environment parameter reflect oscope reflector application that, This battery charger simple practical, work stable, the performance is reliable. Key words: battery; lead-acid Charger; Auto-controlled锂电池充电器的设计毕业设计
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48V铅酸储电池充电器设计方案
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锂电池和镍氢电池自适应充电器的设计
q V 时判定为锂电池。然后针对不同电池采取不同的充电方法。 表1 锂电池、镍氢电池的电气特征 Tab.1 Lithium batteries, Ni-MH battery electrical characteristics 镍氢电池 锂电池 工作电压 1.2V 3.6V 放电截止电压 0.9~1V 3V 充电端电压 1.4V 4.2V 充电电流 0.2C 0.5C 放电电流 0.1C~2C 0.25C 2.2 锂电池和镍氢电池充电方法 镍氢电池采用恒流充电的方法进行充电，充电结束标志为-?V ，即电池端电压下降，且-?V=(6~15) mV/节，同时需要控制电池温度上升率d θ/dt ≥1℃/] 1[节，由于温度的变化容易受
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