锂离子电池的循环寿命是其重要的性能指标之一，无论是对正极材料还是负极材料的研究，都需在实验室中对应用材料组装的电池进行循环性能测试，本文对实验仪器及方法都进行了详解。
扣式电池充放电模式包括恒流充电、恒压充电、恒流放电、恒阻放电、混合式充放电以及阶跃式等不同模式的充放电。实验室中常采用恒流充电(CC)、恒流-恒压充电(CC-CV)、恒压充电(CV)、恒流放电(DC)对电池充放电行为进行测试分析，而阶跃式充放电模式则多用于直流内阻、极化和扩散阻抗性能的测试。考虑到活性材料的含量以及极片尺寸对测试电流的影响，恒流充电中常以电流密度形式出现，如mA/g(单位活性物质质量的电流)、mA/cm2(单位极片面积的电流)。充放电电流的大小常采用充放电倍率来表示，即:充放电倍率(C)=充放电电流(mA)/额定容量(mA˙h)，如额定容量为1000 mA˙h的电池以500 mA的电流充放电，则充放电倍率为0.5 C。目前电动汽车用锂离子电池已发布使用的行业标准QCT/743-2006中指出锂离子通用的充放电电流为C/3，因此含C/3 的充放电行为测试也常出现在实验室锂离子电池充放电测试中。
倍率性能测试有3 种形式，包括采用相同倍率恒流恒压充电，并以不同倍
率恒流放电测试，表征和评估锂离子电池在不同放电倍率时的性能;或者采用相同的倍率进行恒流放电，并以不同倍率恒流充电测试，表征电池在不同倍率下的充电性能;以及充放电采用相同倍率进行充放电测试。常采用的充放电倍率有0.02 C，0.05 C，0.1 C，C/3，0.5 C，1 C，2 C，3 C，5 C 和10 C 等。
对电池的循环性能进行测试时，主要需确定电池的充放电模式，周期性循环至电池容量下降到某一规定值时(通常为额定容量的80%)，电池所经历的充放电次数，或者对比循环相同周次后电池的剩余容量，以此表征测试电池循环性能。此外，电池的测试环境对其充放电性能有一定的影响。
下文将详细介绍充放电测试所用的仪器和方法。
实验仪器介绍
锂电池的充放电测试一般采用恒流-恒压充电、恒流放电模式，记录该过程中的测试时间、电压和电流等数据，通过分析该过程中数据的变化来表征电池或材料的容量、库仑效率、充放电平台以及电池内部参数变化等电化学性能参数。
在实验室锂电池的测试过程中，还经常要用到防爆箱和恒温箱。实验室用电池防爆箱多用于大容量电池的测试，在研究扣式电池的一些特殊性能测试的时候也会用到，如高倍率、高温性能测试等。实验室用恒温箱温控多为25 ℃，且实际温度与设定温度间的温差精度不超过1 ℃。在电池的高低温性能测试中，最低温度可达到-70 ℃，最高温度可达150 ℃。考虑到宽温度范围的恒温箱价格
较贵，且应用较为集中，因此建议多台恒温箱设定不同温度集中测试使用，即同一种验证材料组装多支扣式电池分别测试常温及高低温性能，实验室测试常用温度为25 ℃、55 ℃和80 ℃。在选择恒温箱时，尽量采用专门用于电池测试的恒温箱，此类恒温箱含有专业的绝缘绝热口用于连接电池测试导线。电池在连接测试夹具时，需使用绝缘镊子，且测试电池需整齐置于防爆箱或恒温箱内，设定测试温度，待温度达到设定温度后开启电池测试程序，测试过程中建议贴标签注释测试信息。
杭州固恒能源科技有限公司从事于新能源汽车后市场领域，是一家专注于动力电池的应用以及循环利用等方面的研发、生产、销售，并提供全套检测维护解决方案的企业。研发了一系列动力电池，机电，机电控制维保领域的相关产品，有效的降低了服务商的运营维护成本，延长了电池的使用寿命，我们致力于打造新能源汽车后市场领域的工具链及数据链，全力打造一个完善的新能源汽车核心动力检测维护系统。
蓄电池放电容量测试仪产品功能 ●测试电压范围宽，覆盖10V-300V电压范围电池组放电测试，最大放电电流达到120A，用户只需要一台RTKR-8400蓄电池放电容量测试仪就可以满足多种电压等级的电池组测试，大大节约购买仪表资金，而且方便实用 ●支持恒流、恒功率、恒阻值三种放电测试模式，能满足多种测试要求。当需要检测蓄电池容量时，可以选择恒流放电模式，准确测试蓄电池组的实际容量；当需要检测蓄电池带载能力时，可以选择恒功率测试模式，准确模拟蓄电池组真实负载时的后备供电时间。恒阻值放电模式多用于直流电流输出性能检测 ●5.7英寸超大触摸屏：采用大尺寸触摸屏，可直接在屏上进行点击操作，简单明了。放电过程中可查看所有的放电参数，并且可显示单体电压柱状图 ●采用蓝牙无线单体监测模块：兼容2V/6V/12V单体电压监测
●每个无线监测模块可同时监测4个单体：相比每个模块监测一只单体电压方法，需要配置的模块数量只是其1/4（48V只需6个监测模块），让无线模块接线操作更加简便 ●在线补偿式放电功能：在线放电时，主机显示电流=电池组放电电流=主机内部假负载电流+实际负载电流，由于在线放电时实际负载电流会随着在线电压的变化而变化，主机内部假负载电池也会自动进行调整，以保证蓄电池组一直以真正的恒流方式放电 ●单体电压停机门限可设置多节：如此可在一次连续不中断的放电测试中发现多节落后单体电池 ●功耗部分采用航空合金电热元件：电热转换效率高，安全系数高，体积小、重量轻 ●放电电流自动计算功能：内置各小时率放电系数，可放电根据被测电池的标称容量和需要的放电率来自动计算需要设置的放电电流 ●测试过程中，各单体电压实时检测和显示：并在主机屏幕上呈现出各单体电压柱状图的变化轨迹，还能自动实时呈现出电压最高与最低的单体，帮助您快速分析单体变化的趋势●放电参数预设功能：允许预先内置多达8种常用的放电参数设置，很多情况下无须重新设置放电参数，方便使用者放电操作，加快测试速度。使用者也可以对内置的预放参数进行修改 蓄电池放电容量测试仪技术参数
充放电测试仪，是动力锂电池最常用的测试设备。新电池需要做配组，进行一致性筛选；电池包设计定型过程中，多个环节的测试需要进行充放电；考察电池包性能，进行工况测试需要充放电测试仪的辅助；旧电池，充放电测试健康状况；一些认证、抽查和应甲方要求进行的测试，都需要进行充放电。 1 锂电池主要参数 充放电测试设备，需要能够在充放电过程中，实时监测电池单体、模块和电池包的相关参数，这些参数包括如下内容。 容量，电池从满电状态放电至放电截止条件，总共放出来的电量，单位Ah。容量受到放电电流、环境温度等的影响比较大，因此，提起容量，必得说什么温度和什么放电电流下的容量。 荷电状态（SOC），电池当前电量与总体可用容量的比值，用百分数表示。 放电深度（DOD），电池从满电开始截止到当前，已经放出的电量与总体可用容量的比值，也用百分号表示，与SOC的关系是DOD=1-SOC； 开路电压（VOC），断开外部电路测量得到的电池两极间电压，数值上等于电池的电动势； 工作电压，接通外部回路以后，测量电池两极之间的电压，数值上等于电池电势减去电池内阻占压（以放电过程为例）； 充电截止电压，电池管理系统设置的充电过程能够达到的最高电压，到达这
个电压以后，电池管理系统要求充电过程结束。充电截止电压一般略低于电池允许的最高开路电压； 放电截止电压，放电过程允许的电池的最低电压，当放电过程触及这个数值超过一定延时时间，电池管理系统要求断开放电回路。 内阻，电池自身电化学反应的固有特性，以回路阻抗的形式表现在充放电过程中。主要由两部分构成，欧姆内阻和极化内阻。在充放电曲线上，电流加载瞬间，电池端电压的瞬间跌落是欧姆内阻带来的影响；充电截止，电流消失到端电压平稳一段时间内电压的回升则是极化电阻的影响力的体现。 2 一般充放电测试仪的功能有哪些？ 1）具有恒流恒压充放电功能，可以实现自动寿命循环，自动进行标准工况或者人为设定工况的测试；循环测试，可是实现循环的嵌套； 2）具有记录实时电流、电压、温度、荷电量等相关测试数据和故障数据的功能； 3）可以设置不同充放电终止条件，总电压、单体电压、电池荷电状态等； 4）安全监控功能，处理对过流、过压、过温、欠压、欠流、短路、掉电保
锂电池充电电路图 锂电池是继镍镉、镍氢电池之后，可充电电池家族中的佼佼者．锂离子电池以其优良的特性，被广泛应用于: 手机、摄录像机、笔记本电脑、无绳电话、电动工具、遥控或电动玩具、照相机等便携式电子设备中。 一、锂电池与镍镉、镍氢可充电池： 锂离子电池的负极为石墨晶体，正极通常为二氧化锂。充电时锂离子由正极向负极运动而嵌入石墨层中。放电时，锂离子从石墨晶体内负极表面脱离移向正极。所以，在该电池充放电过程中锂总是以锂离子形态出现，而不是以金属锂的形态出现。因而这种电池叫做锂离子电池，简称锂电池。 锂电池具有：体积小、容量大、重量轻、无污染、单节电压高、自放电率低、电池循环次数多等优点，但价格较贵。镍镉电池因容量低，自放电严重，且对环境有污染，正逐步被淘汰。镍氢电池具有较高的性能价格比，且不污染环境，但单体电压只有1.2V，因而在使用范围上受到限制。 二、锂电池的特点： 1、具有更高的重量能量比、体积能量比； 2、电压高，单节锂电池电压为3.6V，等于3只镍镉或镍氢充电电池的串联电压； 3、自放电小可长时间存放，这是该电池最突出的优越性； 4、无记忆效应。锂电池不存在镍镉电池的所谓记忆效应，所以锂电池充电前无需放电； 5、寿命长。正常工作条件下，锂电池充/放电循环次数远大于500次； 6、可以快速充电。锂电池通常可以采用0.5～1倍容量的电流充电，使充电时间缩短至1～2小时； 7、可以随意并联使用； 8、由于电池中不含镉、铅、汞等重金属元素，对环境无污染，是当代最先进的绿色电池； 9、成本高。与其它可充电池相比，锂电池价格较贵。 三、锂电池的内部结构： 锂电池通常有两种外型：圆柱型和长方型。 电池内部采用螺旋绕制结构，用一种非常精细而渗透性很强的聚乙烯薄膜隔离材料在正、负极间间隔而成。正极包括由锂和二氧化钴组成的锂离子收集极及由铝薄膜组成的电流收集极。负极由片状碳材料组成的锂离子收集极和铜薄膜组成的电流收集极组成。电池内充有有机电解质溶液。另外还装有安全阀和PTC元件，以便电池在不正常状态及输出短路时保护电池不受损坏。 单节锂电池的电压为3.6V，容量也不可能无限大，因此，常常将单节锂电池进行串、并联处理，以满足不同场合的要求。字串5 四、锂电池的充放电要求； 1、锂电池的充电：根据锂电池的结构特性，最高充电终止电压应为4.2V，不能过充，否则会因正极的锂离子拿走太多，而使电池报废。其充放电要求较高，可采用专用的恒流、恒压充电器进行充电。通常恒流充电至4.2V/节后转入恒压充电，当恒压充电电流降至100mA 以内时，应停止充电。 充电电流（mA）=0.1～1.5倍电池容量（如1350mAh的电池，其充电电流可控制在135～2025mA之间）。常规充电电流可选择在0.5倍电池容量左右，充电时间约为2～3小时。 2、锂电池的放电：因锂电池的内部结构所致，放电时锂离子不能全部移向正极，必须保留一部分锂离子在负极，以保证在下次充电时锂离子能够畅通地嵌入通道。否则，电池寿命就相应缩短。为了保证石墨层中放电后留有部分锂离子，就要严格限制放电终止最低电压，也就是说锂电池不能过放电。放电终止电压通常为3.0V/节，最低不能低于2.5V/节。电池放
锂离子电池工作原理 正极反应：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。 负极反应：放电时锂离子脱插，充电时锂离子插入。 电池总反应 以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。在Li-ion的充放电过程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。Li-ion Batteries就像一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象运动员一样在摇椅来回奔跑。所以Li-ion Batteries又叫摇椅式电池。 一般锂电池充电电流设定在0.2C至1C之间，电流越大，充电越快，同时电池发热也越大。而且，过大的电流充电，容量不够满，因为电池内部的电化学反应需要时间。就跟倒啤酒一样，倒太快的话会产生泡沫，反而不满。 正极 正极材料：可选正极材料很多，目前主流产品多采用锂铁磷酸盐。 正极反应：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。 充电时：LiFePO?→ Li1-xFePO? + xLi + xe
放电时：Li1-xFePO?+ xLi + xe →LiFePO? 负极 负极材料：多采用石墨。新的研究发现钛酸盐可能是更好的材料。 负极反应：放电时锂离子脱插，充电时锂离子插入。 充电时：xLi + xe + 6C →LixC6 放电时：LixC6 → xLi + xe + 6C 锂离子电池是一种二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。 组成部分 钢壳/铝壳/圆柱/软包装系列： （1）正极——活性物质一般为锰酸锂或者钴酸锂，镍钴锰酸锂材料，电动自行车则普遍用镍钴锰酸锂（俗称三元）或者三元+少量锰酸锂，纯的锰酸锂和磷酸铁锂则由于体积大、性能不好或成本高而逐渐淡出。导电集流体使用厚度10--20微米的电解铝箔。 （2）隔膜——一种经特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔结构，可以让锂离子自由通过，而电子不能通过。 （3）负极——活性物质为石墨，或近似石墨结构的碳，导电集流体使用厚度7-15微米的电解铜箔。
锂离子脱嵌和充放电原理 从微观世界（原子级）来观察电池正负极的结构，各极活性物质的结晶结构为层叠状，这种结构使锂离子的嵌入（脱嵌）变得容易。锂离子在分子间作用力的作用下为固定状态。当对正负极施加电场时，锂离子只需要较低的能量就能发生迁移，进行嵌入。锂离子电池充放电的机制也可以用图1 来说明。图中方程式中的正极活性物质为锰酸锂。 图1 放电时电极周围的变化 图1 是放电时锂离子嵌入和迁移的示意图。在负极，碳层之间存在锂离子，负极比正极的能量高。外部存在负载时，负极的锂离子释放电子，向能量低的正极迁移。从负极脱嵌的锂离子，通过电解液和隔膜小孔向正极迁移，嵌入层状结构的正极活性物质中。同时，电子被接收，锂离子被固定而变得稳定。如果过放电，锂离子过多地聚集在正极，会使内阻增大，电池发热，导致急剧劣化。从图1 中可见，负载电流（电池容量）几乎是由可移动的锂离子数量决定的。电子从集流体活性物质中穿过，到达外部端子。正极的集流体为铝，负极的集流体为铜。这样做的理由是：在正负极各自的电势下，铝和铜是不会被锂离子
掺杂（渗透）的金属。 充电时电极周围的变化 图2 显示了充电时锂离子的嵌入和迁移过程。 图2 充电时，外部电压施加在外部端子上，强制产生与放电反应相反的反应。由此，正极的锂离子释放电子，在电场作用下通过电解液迁移到负极，嵌入负极的活性物质内部。同时，电子被接收，锂离子被负极活性物质固定。锂离子在电解液中快速迁移，在负极表面减速，在负极活性物质内部非常缓慢地扩散。这与汽车离开高速公路，进入普通公路，然后驶入自家附近街道的过程相似。充电时，锂离子在负极表面呈现拥堵状态。 充电时电池在劣化 作为电解液的有机溶剂在正极分解，在负极表面与锂离子发生反应，形成固体电解质界面膜（SEI）。因此，迁移的锂离子数量减少，导致电池容量下降。充电时，在负极表面刻意制造这个让化学反应容易发生的状态。这与后面讲到的电池劣化相关内容也有关联。另外，过充电使锂离子在负极过多聚集，内阻
本科毕业论文（设计、创作） 题目：锂电池的充放电系统 学生姓名：学号：1002149 所在院系：专业：电气工程及其自动化入学时间：2010 年9 月导师姓名：职称/学位：副教授/硕士导师所在单位： 完成时间：2014 年 5 月安徽三联学院教务处制
锂电池的充放电系统 摘要：随着时代的发展，便携化设备应用的越来越广泛，而锂电池则成为便携化设备的主要的电源支持。锂电池与其他二次电池不同的是更需更安全高效的充电控制要求，因为这些特点让锂电池在实际的使用中有很多不便。因此，基于特征的锂离子电池的充电和放电特性，锂离子电池充电的充电过程和控制单元的的发展趋势，本文设计出了一款智能充放电系统。本文设计的控制单元大部分是由基于MAX1898的充电电路和AT89C51的控制单元构造而成。以LM7805 为MAX1898与AT89C51提供电源支持。本文还提供了用于锂离子电池的充电和放电控制系统的程序框图和功能。 锂离子充电电池和锂离子电池，微控制器，发电，转换和电压隔离光耦部分，放电特性充电芯片，锂离子电池充电电路设计，锂离子电池的程序设计充电作为主要内容本文。 关键词：单片机、MAX1898、AT89C51
Li-ion battery charge and discharge system Abstract：With the progress of the times, portable device applications more widely, and lithium battery becomes more portable equipment's main power supply support. Lithium secondary batteries with other difference is safer and more efficient charging needs control requirements , because these features make lithium batteries have a lot of inconvenience in actual use . Therefore, The body on the characteristics of lithium ion rechargeable electric discharge pool,the development trend of lithium-ion battery charging process and control unit , the paper designed an intelligent charging and discharging system . This design of the control unit is constructed from long MAX1898 -based charging circuit and a control unit from AT89C51 . Provide power supply support for LM7805 MAX1898 with AT89C51. This article also provides a block diagram and function for lithium-ion battery charge and discharge control system. Lithium- ion battery characteristics , charge and discharge characteristics of lithium -ion batteries , the introduction of lithium-ion battery charging circuit design, rechargeable lithium-ion battery is designed to generate part of the program the microcontroller parts, power supply , voltage conversion and opto-isolated part of the charging chip , etc. as the main content of the paper . Key words: SCM,STC89c51, MAX1898
锂离子电池工作原理
正极反应：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。 负极反应：放电时锂离子脱插，充电时锂离子插入。 电池总反应 以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。在Li-ion的充放电过程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。Li-ion Batteries就像一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象运动员一样在摇椅来回奔跑。所以Li-ion Batteries又叫摇椅式电池。 一般锂电池充电电流设定在0.2C至1C之间，电流越大，充电越
快，同时电池发热也越大。而且，过大的电流充电，容量不够满，因为电池内部的电化学反应需要时间。就跟倒啤酒一样，倒太快的话会产生泡沫，反而不满。 正极 正极材料：可选正极材料很多，目前主流产品多采用锂铁磷酸盐。 正极反应：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。 充电时：LiFePO?→ Li1-xFePO? + xLi + xe 放电时：Li1-xFePO?+ xLi + xe →LiFePO? 负极 负极材料：多采用石墨。新的研究发现钛酸盐可能是更好的材料。 负极反应：放电时锂离子脱插，充电时锂离子插入。 充电时：xLi + xe + 6C →LixC6 放电时：LixC6 → xLi + xe + 6C
目录 1．前言 (2) 2．功能概述 (3) 3．仪器外观 (5) 4．接线方式 (6) 5．主功能菜单 (7) 6．电池静态参数测量模式 (8) 7．电池容量测量模式 (12) 8．单独充电模式 (14) 9．单独放电模式 (14) 10．程控电源模式 (14) 11．程控电子负载模式 (15) 12．电压与内阻表模式 (16) 13．仪器校准模式 (16) 14．读码功能（DS2502兼容码） (17) 15．仪器特性指标 (18)
前言 常见的可充电电池包含锂电池，镍镉电池，镍氢电池，以及密封铅酸蓄电池等。 其中，锂电池具有容量大，重量轻，循环次数高等特点，广泛应用于移动电话，PDA,数码相机，摄像机，笔记本电脑等领域，是目前最为先进的可充电电池。这里所指锂电池是成品锂电池包，由锂电芯（锂离子电芯或者锂聚合物电芯）加锂电池保护板组成。 镍镉电池是比较早应用的可充电电池，具有成本较低，低内阻，能够大电流放电的特点，至今在一些电动工具、电动车上面有广泛应用。 镍氢电池和镍镉电池类似，但是因为不含重金属，所以对环境的污染较小，目前在一些常见的消费类电子产品中应用广泛，已基本取代以前镍镉电池的应用领域。 小型密封铅酸电池，又称免维护铅酸电他，目前工艺成熟，目前主要应用在固定式后备电源场合，如不间断电源，应急照明灯等等场合。 针对这些可充电电池的生产检测需要，特研制了专用的可充电电池综合检测仪，本测试仪可以对电池的一些基本参数做一个定量的精确的测量，可以测量电池的开路电压，内阻，充电，放电性能，电池容量特别针对锂电池的功能还有过充电保护，过放电保护，过电流保护，短路保护等功能，并测出过相应的数值，极大的方便了电池的生产和售前售后服务工作。采用非常简单的几个步骤就可以直观的判断电池的性能和好坏，同时也具有快速筛选的功能，可以设定测量参数的上限和下限，可以容易的从一批电池成品中快速检测出不良电池，提高生产效率。另外，也附加了一些特别的功能，使之具有一些通用仪器设备的特征，扩大了设备的使用灵活性，以及具有应用范围广泛的特点。 此外，本测试仪可根据客户的需要提供软件升级服务，在基本型号的基础上，可以通过软件升级为可连接电脑的型号，可以通过电脑来设置和保存测试数据，自动记录测试结果。也可以通过电池条码来记录每块电池的测试数据，有利于生产质量的分析控制，产品追朔等等。另外，可以通过加装硬件升级模块来提高电压和内阻的测试精度上升一个数量级，来满足更苛刻的质量要求。
成组锂电池串联充电时，应保证每节电池均衡充电，否则使用过程中会影响整组电池的性能和寿命。常用的均衡充电技术有恒定分流电阻均衡充电、通断分流电阻均衡充电、平均电池电压均衡充电、开关电容均衡充电、降压型变换器均衡充电、电感均衡充电等。而现有的单节锂电池保护芯片均不含均衡充电控制功能;多节锂电池保护芯片均衡充电控制功能需要外接CPU，通过和保护芯片的串行通讯（如I2C总线）来实现，加大了保护电路的复杂程度和设计难度、降低了系统的效率和可靠性、增加了功耗。 本文针对动力锂电池成组使用，各节锂电池均要求充电过电压、放电欠电压、过流、短路的保护，充电过程中要实现整组电池均衡充电的问题，设计了采用单节锂电池保护芯片对任意串联数的成组锂电池进行保护的含均衡充电功能的电池组保护板。仿真结果和工业生产应用证明，该保护板保护功能完善，工作稳定，性价比高，均衡充电误差小于50mV。 锂电池组保护板均衡充电基本工作原理 采用单节锂电池保护芯片设计的具备均衡充电能力的锂电池组保护板示意图如图1所示。其中：1为单节锂离子电池;2为充电过电压分流放电支路电阻;3为分流放电支路控制用开关器件;4为过流检测保护电阻;5为省略的锂电池保护芯片及电路连接部分;6为单节锂电池保护芯片（一般包括充电控制引脚CO，放电控制引脚DO，放电过电流及短路检测引脚VM，电池正端VDD，电池负端VSS等）;7为充电过电压保护信号经光耦隔离后形成并联关系驱动主电路中充电控制用MOS管栅极;8为放电欠电压、过流、短路保护信号经光耦隔离后形成串联关系驱动主电路中放电控制用MOS管栅极;9为充电控制开关器件;10为放电控制开关器件;11为控制电路;12为主电路;13为分流放电支路。单节锂电池保护芯片数目依据锂电池组电池数目确定，串联使用，分别对所对应单节锂电池的充放电、过流、短路状态进行保护。该系统在充电保护的同时，通过保护芯片控制分流放电支路开关器件的通断实现均衡充电，该方案有别于传统的在充电器端实现均衡充电的做法，降低了锂电池组充电器设计应用的成本。
锂电池保护电路 锂电池过充电,过放电,过流及短路保护电路 下图为一个典型的锂离子电池保护电路原理图。该保护回路由两个 MOSFET(V1、V2)和一个控制IC(N1)外加一些阻容元件构成。控制IC负责监测电池电压与回路电流，并控制两个MOSFET的栅极，MOSFET在电路中起开关作用，分别控制着充电回路与放电回路的导通与关断，C3为延时电容，该电路具有过充电保护、过放电保护、过电流保护与短路保护功能. 锂电池保护工作原理: 1、正常状态 在正常状态下电路中N1的“CO”与“DO”脚都输出高电压，两个MOSFET都处于导通状态，电池可以自由地进行充电和放电，由于MOSFET的导通阻抗很小，通常小于30毫欧，因此其导通电阻对电路的性能影响很小。 此状态下保护电路的消耗电流为μA级，通常小于7μA。 2、过充电保护 锂离子电池要求的充电方式为恒流/恒压，在充电初期，为恒流充电，随着充电过程，电压会上升到4.2V(根据正极材料不同，有的电池要求恒压值为4.1V)，转为恒压充电，直至电流越来越小。
电池在被充电过程中，如果充电器电路失去控制，会使电池电压超过4.2V后继续恒流充电，此时电池电压仍会继续上升，当电池电压被充电至超过4.3V时，电池的化学副反应将加剧，会导致电池损坏或出现安全问题。 在带有保护电路的电池中，当控制IC检测到电池电压达到4.28V(该值由控制IC决定，不同的IC有不同的值)时，其“CO”脚将由高电压转变为零电压，使V2由导通转为关断，从而切断了充电回路，使充电器无法再对电池进行充电，起到过充电保护作用。而此时由于V2自带的体二极管VD2的存在，电池可以通过该二极管对外部负载进行放电。 在控制IC检测到电池电压超过4.28V至发出关断V2信号之间，还有一段延时时间，该延时时间的长短由C3决定，通常设为1秒左右，以避免因干扰而造成误判断。 3、过放电保护 电池在对外部负载放电过程中，其电压会随着放电过程逐渐降低，当电池电压降至2.5V时，其容量已被完全放光，此时如果让电池继续对负载放电，将造成电池的永久性损坏。 在电池放电过程中，当控制IC检测到电池电压低于2.3V(该值由控制IC决定，不同的IC有不同的值)时，其“DO”脚将由高电压转变为零电压，使V1由导通转为关断，从而切断了放电回路，使电池无法再对负载进行放电，起到过放电保护作用。而此时由于V1自带的体二极管VD1的存在，充电器可以通过该二极管对电池进行充电。 由于在过放电保护状态下电池电压不能再降低，因此要求保护电路的消耗电流极小，此时控制IC会进入低功耗状态，整个保护电路耗电会小于0.1μA。
随着信息化、自动化发展趋势所有的设备、系统运行都是以一种不间断的模式在开展，那么不间断供电就是最基础的运行环境保障，蓄电池作为一种最常用的备用电源其作用就显得尤为重要。那么如何使蓄电池随时保持良好的工作状态呢？我们就需要对电池的可备用时间、电池容量进行检测并根据电池系统的维护规程对电池组进行充放电测试，本文将主要介绍NSAT-9000蓄电池充放电自动测试系统。 一．系统概述 NSAT-9000电池充放电测试系统专门用于各种二次电池的性能测试，通过对单体电池的电压、内阻、温度等参数的实时监测，实现系统对单体电池的过压、欠压、过流、超温保护的均衡充放电。 NSAT-9000电池充放电测试系统由工业电脑、可编程直流电源、可编程直流电子负载、交流电阻测试仪、数据采集箱等设备搭配专业的电池测试软件所组成。系统突破了单一测试的局限性，提供专业的测试步骤，帮助用户大幅度的提高了测试效率。借助系统软件可对系统内各个设备进行同步远程控制。 ●软件界面操作简单，功能一目了然 ●模块化的设计，提供了最大化的拓展性 ●高精度高速率测量电压、电流、内阻等参数
●丰富的工步编辑功能可实现各种工况下电池的充放电测试●多种截止条件最大限度模拟真实情况 ●安全的测试数据管理，强大的数据搜索功能 ●快速的数据分析形成完善的报表，显示多种曲线图 二、系统功能介绍 基于硬件 NSAT-9000电池充放电测试系统所使用硬件如下： 1.可编程直流电源 图1可编程直流电源 2.可编程直流电子负载 图2可编程直流电子负载 3.交流电阻测试仪
图3交流电阻测试仪 4.数据采集箱 图4数据采集箱 系统图示 NSAT9000电池充放电测试系统由工业电脑、可编程直流电源、可编程直流电子负载、交流电阻测试仪、数据采集箱等设备搭配专业的电池测试软件所组成。 图5硬件与电脑的连接拓扑图
题目：锂电池充放电系统的设计 所在院系：信息与通信技术系专业：电气工程及其自动化
摘要 随着电子技术的快速发展使得各种各样的电子产品都朝着便携化和小型轻量化的方向发展，也使得更多的电气化产品采用基于电池的供电系统。目前为止，较多使用的电池有镍镉、镍氢、铅蓄电池和锂电池。由于不同类型电池的充电特性不同，通常对不同类型，甚至不同电压、容量等级的电池使用不同的充电器，但这在实际使用中有很多不便。 本设计是一种基于单片机的锂离子电池充电器，在设计上，选择了简洁、高效的硬件，设计稳定可靠的软件，说明了系统的硬件组成，包括单片机电路、充电控制电路、电压转换及光耦隔离电路，并对充电器的核心器件MAX1898充电芯片、AT89C2051单片机进行了较详细的介绍。阐述了系统的软硬件设计。以C 语言为开发工具，进行了设计和编码。保证了系统的可靠性、稳定性、安全性和经济性。 该充电器具有检测锂离子电池的状态；自动切换充电模式以满足充电电池的充电需求；充电器短路保护功能；充电状态显示的功能。在生活中更好的维护了充电电池，使电池更好被运用到生活中。 关键词：单片机、MAX1898、AT89C51
Abstract Electronic technology's fast development causes various electronic products develops toward portable and the small lightweight direction, It also causes the more electrification products to use based on battery's power supply system. At present, the many use's batteries have the nickel cadmium, the nickel hydrogen, the lead accumulator and the lithium battery. Their respective characteristic had decided they will coexist in a long time develop. Because the different type battery's charge characteristic is different, usually to different type, even different voltage, capacity rank battery use different battery charger, but this has many inconveniences in the actual use. This topic design is one kind lithium ion battery charger which is based on Single Chip, in the design, it has chosen succinctly, the highly effective hardware, the design stable reliable software, explained in detail system's hardware composition, including the monolithic integrated circuit electric circuit, the charge control electric circuit, the voltage transformation and the light pair isolating circuit, and to this battery charger's core component - MAX1898 charge chip, at89C2051 monolithic integrated circuit has carried on the detailed introduction. Elaborated system's software and hardware design. Take the C language as the development kit, has carried on the detailed design and the code. Has realized system's reliability, the stability, the security and the efficiency. The intelligence battery charger has the examination lithium ion battery's condition; The automatic cut over charge pattern meets when rechargeable battery's charge needs; Battery charger has short circuit protection function; The charge condition demonstration's function. The battery charger has made the better maintenance rechargeable battery in the life，and lengthened the rechargeable battery’s service life. Key words: SCM,STC89c51, MAX1898
锂离子电池保护电路原理分析 随着科技进步与社会发展，象手机、笔记本电脑、MP3播放器、PDA、掌上游戏机、数码摄像机等便携式设备已越来越普及，这类产品中有许多是采用锂离子电池供电，而由于锂离子电池的特性与其它可充电电池不同，内部通常都带有一块电路板，不少人对该电路的作用不了解，本文将对锂离子电池的特点及其保护电路工作原理进行阐述。 锂电池分为一次电池和二次电池两类，目前在部分耗电量较低的便携式电子产品中主要使用不可充电的一次锂电池，而在笔记本电脑、手机、PDA、数码相机等耗电量较大的电子产品中则使用可充电的二次电池，即锂离子电池。 与镍镉和镍氢电池相比，锂离子电池具备以下几个优点： 1.电压高，单节锂离子电池的电压可达到3.6V，远高于镍镉和镍氢电池的1.2V 电压。 2.容量密度大，其容量密度是镍氢电池或镍镉电池的1.5-2.5 倍。 3.荷电保持能力强（即自放电小），在放置很长时间后其容量损失也很小。 4.寿命长，正常使用其循环寿命可达到500 次以上。 5.没有记忆效应，在充电前不必将剩余电量放空，使用方便。 由于锂离子电池的化学特性，在正常使用过程中，其内部进行电能与化学能相互转化的化学正反应，但在某些条件下，如对其过充电、过放电和过电流将会导致电池内部发生化学副反应,该副反应加剧后，会严重影响电池的性能与使用寿命，并可能产生大量气体，使电池内部压力迅速增大后爆炸而导致安全问题，因此所有的锂离子电池都需要一个保护电路，用于对电池的充、放电状态进行有效监测，并在某些条件下关断充、放电回路以防止对电池发生损害。 下页中的电路图为一个典型的锂离子电池保护电路原理图。 如图中所示，该保护回路由两个MOSFET（V1、V2）和一个控制IC（N1）外加一些
锂离子电池充放电机理的探索 及“锂亚原子”模型的建立 贵州航天电源科技有限公司张忠林杨玉光 摘要：锂离子电池的研究和发展一直都是以“摇椅理论”为指导，由于受该理论的影响，很多现象很难用传统的电化学理论进行解释。作者在生产实践中通过对一些现象的观察，并做了大量的试验和研究，提出“锂亚原子”的模型，并在此模型的基础上，对锂离子电池的充放电反应机理和一些现象用电化学理论进行了解释。 主题词：锂离子电池、反应机理、锂亚原子 一、前言 锂离子电池是在锂金属电池基础上发展起来的。由于锂金属电池在充放电时出现锂枝晶，刺破隔膜造成短路，出现爆炸等现象，这一问题长期困扰锂金属电池的发展，目前仍很难投入到民用市场。锂离子电池研究始于20世纪80年代，1991年首先由日本索尼公司推出了批量民用产品，由于其具有比能量高、体积小、重量轻、工作电压高、无记忆效应、无污染、自放电小等优点，受到市场欢迎，并迅速占领市场，广泛用于移动通讯、笔记本电脑、移动DVD、摄像机、数码相机、蓝牙耳机等便携式电子产品。目前主要产地集中在日本、中国和韩国，预计2004年全球需求量将达到10亿只。 由于锂离子电池从开始研究到现在才20多年时间，真正投入应用也只有十多年的时间，基础理论的研究还不是十分成熟，对锂离子电池的生产和发展很难起到全面指导作用，特别是对电池充放电反应机理的认识还存在很大分歧，有些现象用目前的理论和机理还很难解释。本文对锂离子电池充放电反应机理提出了一些看法，并对生产中存在的现象进行了解释，希望与锂电池同行共同探讨。二、基本原理 目前锂离子电池公认的基本原理为“摇椅理论”，该理论认为锂离子电池充放电反应机理不是通过传统氧化还原反应来实现电子转移，而是通过锂离子在层状物质的晶格中嵌入和脱出，发生能量变化。
RTKC-II 便携式智能蓄电池充电机 一、产品概况： RTKC-II便携式智能充电机是采用当今最先进的边缘谐振软开关技术，可带电插拔，模块与模块之间采用自带二极管隔离设计，防止模块间相互影响。模块内部自带CPU，模块所有基准校准和控制功能，采用12位D/A完成，替代所有电位器，避免了电位器固有的温度系数和机械特性所引起的参数漂移。 二、产品主要特点及功能： ● 输出过压保护：输出电压过高对用电设备会造成灾难性事故，为杜绝此类 情况发生，本系列高频模块内设有过压保护电路，出现过压后模块自动锁死，相应模块故障指示灯亮，故障模块自动退出工作而不影响整个系统正常运行；过压保护点一般设为313V±2V（220V），过压报警点软件可设定。 ● 输出限流保护：模块输出电流最大限制为额定输出电流的倍（可设定），恒 流降压工作方式. ● 短路保护：整流模块输出特性如图3-1，输出短路时模块在瞬间把输出电压 拉低到几乎为零，限制短路电流在限流点之下，此时模块输出功率很小，以达到保护模块的目的。模块可长期工作在短路状态，不会损坏，排除故障后模块可自动恢复工作。 ● 模块并联保护：每个模块内部均有二极管并联保护电路，绝对保证故障模块 自动退出系统，而不影响其它正常模块工作。模块并机可直接在输出端相连。 ● 风扇启动：设有两档风扇启动功能，当输出电流大于25%30%额定值时，或当 模块内部温度高于60℃时，模块会启动强力风扇。 ● 过温保护：如环境温度过高、风机停转等情况下，模块检测散热器温度超过 85℃时自动关机保护，温度降低到76℃时模块自动启动。 ● 测量输出电压和输出电流以及模块的工作状态，并通过LCD中文显示，直观 方便。 ● 报警：在模块出现故障时模块会发出声光报警，同时LCD上显示故障信息， 用户能方便的对模块故障定位，便于及时排除故障。 项目技术指标 交流输入三相四线输入380V四线制；50Hz 电压变化范围323V-437V 频率变化范围50Hz±10% 直流输入直流输出额定电压220V, 80-286V 直流输出额定电流10A, 15A 输出限流范围（10%—100%）x额定电流稳压精度≤% 稳流精度≤% 纹波系数≤% 工作效率≥94% 动态响应≤200μS 绝缘绝缘电阻DC500V, ＞2MΩ 绝缘强度AC1500V/50Hz,1min,无闪络
该电路主要由锂电池保护专用集成电路ＤＷ０１，充、放电控制ＭＯＳＦＥＴ１（内含两只Ｎ沟道ＭＯＳＦＥＴ）等部分组成，单体锂电池接在Ｂ＋和Ｂ－之间，电池组从Ｐ＋和Ｐ－输出电压。充电时，充电器输出电压接在Ｐ＋和Ｐ－之间，电流从Ｐ＋到单体电池的Ｂ＋和Ｂ－，再经过充电控制ＭＯＳＦＥＴ到Ｐ－。在充电过程中，当单体电池的电压超过４．３５Ｖ时，专用集成电路ＤＷ０１的ＯＣ脚输出信号使充电控制ＭＯＳＦＥＴ关断，锂电池立即停止充电，从而防止锂电池因过充电而损坏。放电过程中，当单体电池的电压降到２．３０Ｖ时，ＤＷ０１的ＯＤ脚输出信号使放电控制ＭＯＳＦＥＴ关断，锂电池立即停止放电，从而防止锂电池因过放电而损坏，ＤＷ０１的ＣＳ脚为电流检测脚，输出短路时，充放电控制ＭＯＳＦＥＴ的导通压降剧增，ＣＳ脚电压迅速升高，ＤＷ０１输出信号使充放电控制ＭＯＳＦＥＴ迅速关断，从而实现过电流或短路保护。 二次锂电池的优势是什么? 1. 高的能量密度 2. 高的工作电压 3. 无记忆效应 4. 循环寿命长 5. 无污染 6. 重量轻 7. 自放电小 锂聚合物电池具有哪些优点? 1. 无电池漏液问题,其电池内部不含液态电解液,使用胶态的固体。 2. 可制成薄型电池：以 3.6V400mAh的容量，其厚度可薄至0.5mm。 3. 电池可设计成多种形状 4. 电池可弯曲变形：高分子电池最大可弯曲900左右 5. 可制成单颗高电压：液态电解质的电池仅能以数颗电池串联得到高电压，高分子电池由于本身无液体，可在单颗内做成多层组合来达到高电压。
7. 容量将比同样大小的锂离子电池高出一倍 IEC规定锂电池标准循环寿命测试为: 电池以0.2C放至3.0V/支后 1. 1C恒流恒压充电到4.2V截止电流20mA搁置1小时再以0.2C放电至3.0V(一个循环) 反复循环500次后容量应在初容量的60%以上 国家标准规定锂电池的标准荷电保持测试为(IEC无相关标准). 电池在25摄氏度条件下以0.2C放至3.0/支后,以1C恒流恒压充电到4.2V,截止电流10mA,在温度为20+_5下储存28天后,再以0.2C放电至2.75V计算放电容量 什么是二次电池的自放电不同类型电池的自放电率是多少？ 自放电又称荷电保持能力，它是指在开路状态下，电池储存的电量在一定环境条件下的保持能力。一般而言，自放电主要受制造工艺，材料，储存条件的影响自放电是衡量电池性能的主要参数之一。一般而言，电池储存温度越低，自放电率也越低，但也应注意温度过低或过高均有可能造成电池损坏无法使用，BYD 常规电池要求储存温度范围为-20~45。电池充满电开路搁置一段时间后，一定程度的自放电属于正常现象。IEC标准规定镍镉及镍氢电池充满电后，在温度为20度湿度为65%条件下，开路搁置28天，0.2C放电时间分别大于3小时和3小时15分即为达标。 与其它充电电池系统相比，含液体电解液太阳能电池的自放电率明显要低，在25下大约为10%/月。 什么是电池的内阻怎样测量? 电池的内阻是指电池在工作时,电流流过电池内部所受到的阻力,一般分为交流内阻和直流内阻,由于充电 电池内阻很小,测直流内阻时由于电极容量极化,产生极化内阻,故无法测出其真实值,而测其交流内阻可免除极化内阻的影响,得出真实的内值. 交流内阻测试方法为:利用电池等效于一个有源电阻的特点,给电池一个1000HZ,50mA的恒定电流,对其电 压采样整流滤波等一系列处理从而精确地测量其阻值. 什么是电池的内压电池正常内压一般为多少? 电池的内压是由于充放电过程中产生的气体所形成的压力.主要受电池材料制造工艺,结构等使用过程因素影响.一般电池内压均维持在正常水平,在过充或过放情况下,电池内压有可能会升高: 如果复合反应的速度低于分解反应的速度,产生的气体来不及被消耗掉,就会造成电池内压升高. 什么是内压测试? 锂电池内压测试为:(UL标准) 模拟电池在海拔高度为15240m的高空(低气压11.6kPa)下,检验电池是否漏液或发鼓. 具体步骤:将电池1C充电恒流恒压充电到4.2V,截止电流10mA ,然后将其放在气压为11.6Kpa,温度为 (20+_3)的低压箱中储存6小时,电池不会爆炸,起火,裂口,漏液. 环境温度对电池性能有何影响？ 在所有的环境因素中，温度对电池的充放电性能影响最大，在电极/电解液界面上的电化学反应与环境温度有关，电极/电解液界面被视为电池的心脏。如果温度下降，电极的反应率也下降，假设电池电压保持恒定，放电电流降低，电池的功率输出也会下降。如果温度上升则相反，即电池输出功率会上升，温度也影响电