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智能锂离子电池充电器的设计与实现

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Electronic Technology • 电子技术

Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程

• 87【关键词】智能充电器 单片机控制 MAX1898 过充 欠充锂电池可以分为一次性电池和可充电电池，其中可充电电池又分为锂离子电池和聚合物电池。锂离子电池具有放电电压平稳、使用寿命长、适用范围大的特点，因而在便携式电子产品中得到广泛使用。目前，市场上低成本的锂离子电池充电器良莠不齐，一些产品在额定电，放电性能，安全性保护性能方面存在质量问题，这些质量问题会影响到电子产品的正常使用，严重时还可能给消费者带来人身伤害。为此，有必要设计安全性能高，使用方便的智能锂离子电池充电器。1 方案设计根据要求，基于MAX1898电源管理芯片和STC89C52单片机设计了可以自动监测充电过程的智能充电器。系统框图如图1所示。其中MAX1898完成充电功能，单片机和外围电路完成充电监测和控制功能。2 系统实现2.1 MAX1898智能充电电路设计MAX1898是 MAXIM公司生产的线性锂电池充电芯片，充电芯片MAX1898内部电路包括输入电流调节器电压检测器、充电电流检测器、定时器、温度检测器和主控制器。外部接晶体管PNP或PMOS组成一个锂离子充电器，可精确地恒流/恒压充电，电池电压精度可达±0.75%。由该款芯片构成的典型充电电智能锂离子电池充电器的设计与实现文/王道平 何敏 王秋妍为了解决普通锂电池充电器容易造成过充、欠充及充电速率过慢的问题，本文设计了一款基于单片机和MAX1898的智能锂离子电池充电器。通过STC89C52单片机控制充电控制芯片MAX1898可以实现预充、恒流充电和恒压充电，本设计可以对充电过程中电池的各个状态进行监视，安全性高、充电效果好、对电池损坏小，系统简单、经济实用。摘 要路如图2所示。通过外接的场效应管提供锂电池的充电接口。通过外接的电容CCT来设置充电时间TCHG。这里的充电时间指的是快充时的最大充电时间，它和定时电容CCT的关系如下式所示：CCT=34.33×TCHG (TCHG的单位小时，CCT的单位为nF)大多数情况下快充时最大充电时间不超过3小时，因此常取CCT为100nF。MAX1898能够自动检测充电电源，没有电源时自动关断以减少电池的漏电，启动快充后，打开外接的P型场效应管，当检测到电池电压到达设定的门限时进入脉冲充电方式，P型场效应管打开时JI时间会越来越短。2.2 充电控制电路设计由STC89C52单片机、LM393电压比较器、蜂鸣器及发光二极管等组成充电监测和控制电路，主要作用是实时显示充电状态，对预充电、恒流充电、恒压充电以及未接电池、电池接反等不同情况进行显示。MAX1898监测电池的充电状态，输出信号通过LM393电压比较器触发单片机的外部终端，对电池反接及充满电等状态做出判断，并对通过蜂鸣器产生报警信号。3 系统测试系统经过制版、焊接、调试后进行最终功能测试。在充电过程中将万用表并联于电池两极，测试电池正负极电压，记录实验记录数据，并用matlab绘制出充电时间曲线如图3所示。从实验结果可以看出，该曲线与理论充放电曲线基本一致，说明该设计的软硬件都没有问题。4 结论基于单片机和MAX1898设计的智能充电器，不但能够对锂电池进行充电，还能够实现相应的充电监测，避免简易充电器在充电时可能对电池造成损害的情况发生，是一款实用的充电器。参考文献[1]潘靖.锂电池智能管理系统[C].浙江大学硕士论文,2004. [2]郑如定.锂离子电池和锂聚合物电池概述[J].通信电源技术,2002(05). [3]王涛,屈高龙,殷蘖均.等基于单片机的智能手机充电器的设计[J].电子测试,2014.19:33-37.[4]MAXIM.Datasheet：Linear Charger for Single-Cell

Li+

Battery,http://www.

maxim-ic.com/2001.作者简介王道平，男，硕士研究生学历。火箭军工程大学讲师。主要研究方向为电子与通信系统设计。作者单位火箭军工程大学基础部 陕西省西安市 710025图1：智能充电器原理框图

图3：实测充电过程电压变化曲线图2：MAX1898充电电路

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毕业设计_基于MAX1898的智能充电器设计

毕业设计_基于MAX1898的智能充电器设计

基于MAX1898的智能充电器设计

在人们日常工作和生活中，充电器的使用越来越广泛。从随身听到数码相机，从手机到笔记本电脑，几乎所有用到电池的电器设备都需要用到充电器。充电器为人们的外出旅行和出差办公提供了极大的方便。

单片机在电池充电器领域也有着广泛的应用，利用它的处理控制能力可以实现充电器的智能化。充电器各类繁多， 但从严格意义上讲， 只有单片机参与处理和控制的充电器才能称为智能充电器。

1 实例说明

随着手机在世界范围内的普及使用，手机电池充电器的使用也越来越广泛。

本章将通过一个典型实例介绍 51 单片机在实现手机电池充电器方面的应用。实例所实现的充电器是一种智能充电器，它在单片机的控制下，具有预充、 充电保护、 自动断电和充电完成报警提示功能。

实例的功能模块如下 。

● 单片机模块：实现充电器的智能化控制，比如自动断电、 充电完成报警提示等。

● 充电过程控制模块：采用专用的电池充电芯片实现对充电过程的控制。

● 充电电压提供模块：采用电压转换芯片将外部+12V 电压转换为需要的+5V 电压，

该电压在送给充电控制模块之前还需经过一个光耦模块。

● C51 程序：单片机控制电池充电芯片实现充电过程的自动化，并根据充电的状态给

出有关的输出指示。

2 设计思路分析

要实现智能化充电器，需要从下面两个方面着手。

（1）充电的实现。它包括两部分：一是充电过程的控制；二是需要提供基本的充电电压。

（2）智能化的实现。在充电器电路中引入单片机的控制。

2.1 为何需要实现充电器的智能化

充电器实现的方式不同会导致充电效果的不同。

由于充电器多采用大电流的快速充电法，在电池充满后如果不及时停止会使电池发烫，过度的充电会严重损害电池的寿命。 一些低成本的充电器采用电压比较法，为了防止过充，一般充电到90%就停止大电流快充，而采用小电流涓流补充充电。

基于单片机的锂离子电池充电器(含程序和电路图)

基于单片机的锂离子电池充电器(含程序和电路图)

聚合物锂离子电池的充电闭环设计

摘要：本课题是利用手机电池的充电曲线以及电池的实际情况为依据的闭环充电过程。利用检测电路实时检测电池的端电压、温度，采用开路电压法进行估算电池容量，然后将测得参数显示在PC机上，最后利用控制电路控制充电方式。实现电池不同容量对应不同充电方式的闭环充电过程。

关键字：手机电池，闭环充电，开路电压法

1 聚合物里电池的充电闭环控制结构图

聚合物锂电池的结构原理：利用检测电路实时检测电池的端电压、温度，并将端电压和容量值显示在PC机上，再利用控制电路选择哪种充电方式：(1)当电池端电压为2.8V～3.3V时，对电池进行大电流充电；(2)当电池端电压为3.3V～3.7V时，对电池进行涓流充电；(3)当电池端电压大于3.7V时，停止对电池充电。结构图如图1所示。

图1闭环结构图

U为电池端电压、T为电池温度

I为充电电流大小。不同大小的I对应不同充电方式

2电压检测电路的设计

电压检测电路包括差模放大电路、滤波电路和A/D转换电路。

2.1差模测量法

差模测量法测量对象为电池组。出于扩展功能考虑，本课题采用差模测量法

对单体电池进行测量。

扩展方向：选取电池组中单体电池进行充电。

原理：差模测量法是通过控制芯片输出控制信号来控制继电器来选通某个电池单体来对其进行测量，因此不存在工地的问题。控制芯片通过数字I/O口发送数字信号控制选通电路，选通电路控制相应的继电器闭合，从而把对应的电池单体接入电压采集电路，通过A/D口读入控制芯片。

本课题采用差模测量法设计电压采样电路。采用集成运放和精密电阻组成差模电压电路，抵消测量端的共模电压，实现直接测量单节电池的端电压。根据接入电池的电压大小，选择适当的当大倍数。

2.2差模放大滤波电路

单体差模放大滤波电路如图2所示。

集成运算放大器采用LM358，LM358内部包括两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。

基于单片机的锂离子电池充电器设计

基于单片机的锂离子电池充电器设计

基于单片机的锂离子电池充电器设计

摘要:锂离子电池充电器应用非常广泛,它用到了单片机模数转换采样技术。除此之外,锂离子电池充电器在电路设计上用到了保护机制与应急处理机制,基准电压发生器和多充电模式设计方法。

关键词:充电 充电器 单片机

随着笔记本电脑、移动电话机以及小体积高功率电器的广泛应用,锂离子电池也被广泛地用作供电电源。本人利用单片机设计锂离子电子电池充电器,由于充电器的规格和功能不同,其结构和电路布线也会存在很大的不同。锂离子电池充电器的设计分为硬件设计、软件设计两个部分。本文重点介绍充电器的硬件设计。

1 充电器功能的描述

按照目前市面上常用的手机电池,设计了一款通用的锂离子充电器。只要用户手机电池的特性参数和充、放电曲线与充电器的设计参数相同,就可以利用它来进行充电。

按照锂子电池的特性参数和充放电曲线完成充电器设计,经产品测试后,可以完成的功能如下:(1)电池充电功能。完成基本的功能,能按电池的充电曲线,完成恒流/恒压充电。(2)LED指示。电池正在充电,充电器的LED指示灯显示为红色;充电后,LED指示灯为绿色。(3)保护机制。当电池和充电器的工作温度超出设定的范围,或者充电电压出现异常时,系统的红色LED指示灯间隔0.5s闪烁一次。此外,对于过压和过流状况采取相应的保护措施,保证充电的正常进行。(4)异常处理。系统能在排除异常后,重新恢复充电。

2 充电器硬件设计

2.1 系统设计框架及技术参数

设计系统框架时,应考虑系统的可靠性和安全性。为了保证充电不对电池造成永久性的损坏,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。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(实际设计中并没有严格按照这种顶层的模块划分)。

2.2 系统主控单元

锂电池智能充电器硬件的设计

锂电池智能充电器硬件的设计

锂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，并通过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

所有电池都是通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（C）例如，一节容量为1000mAh的电池在充电电流为1000mA时，可以充电1C(电池容量的1倍)也可以用1/50C(20mA)或更低的电流给电池充电。尽管如此，这只是一个普通的低电流充电方式，不适用于要求短充电时间的快速充电方案。

现在使用的大多数充电器在给电池充电时都是既使用低电流充电方式又使用额定充电电流的方法，即容积充电，低充电电流通常使用在充电的初始阶段。在这一阶段，需要将会导致充电过程终止的芯片初期的自热效应减小到最低程度，容积充电通常用在充电的中级阶段，电池的大部分能量都是在这一阶段存储的。在电池充电的最后阶段，通常充电时间的绝大部分都是消耗在这一阶段，可以通过监测电流、电压或两者的值来决定何时结束充电。同样，结束方案依赖于电池的化学特性，例如：大多数锂离子电池充电器都是将电池电压保持在恒定值，同时检测最低电流。镍镉、NiCd电池用电压或温度的变化率来决定充电的结束时间。