智能型充电器的设计

绪论

1项目研究背景

随着电子技术的不断发展，便携式设备不断涌现，丰富和方便了人们的生活。现在，移动电话、笔记本电脑、数码相机等便携式设备已经成为人们生活的一部分，而且有着更为广阔的市场前景和发展空间。今后，还会有更多的便携式设备出现。便携式设备的发展，对电池产业提出了更高的要求。低成本、高能量密度、高电压、轻型化、使用温度宽、循环寿命长、安全性好的全新的绿色电池，特别是可重复使用的可充电电池备受关注[1]。

目前，市场上的电池品种繁多，按电池的应用范围可分为专用电池（如各种手机锂电池，笔记本电脑锂电池）和通用电池（如各种电动玩具所用的镍氢电池），也可按电池是否循环使用分为不可充电电池（如各种酸性锰锌化学电池）和可充电电池（如镍镉，镍氢电池以及铅蓄电池）。不可充电电池，（特别是含有重金属汞的电池），由于对环境的污染而遭到普遍的批评，各电池生产厂商把业务的重点转移到可充电电池上，这样可充电电池的充电问题就成了当前各生产厂商首先要解决的问题。然而大多数设备中的电池,只能使用专用的充电器,而且普通的充电器大多充电时间长,无法判断其充电参数和剩余的充电时间。

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式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，较多使用的电池有镍镉（Ni- Cd）电池、镍氢（Ni-Mh）电池、锂离子（Li-Ion）及铅酸电池（Lead-acid）。它们的各自特点决定了它们将在相当长的时期内共存发展。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诸多不便。现在，我国市场上的充电器普遍存在以下问题:

(1)不具备对智能电池的充电功能，扩展性差;

(2)故障率高，而且维修困难，影响便携式设备的正常工作;

(3)对同类电池充电缺乏自适应性，充电控制策略落伍，导致了电池的寿命短、效率低和可维护性差;

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。

毕业设计论文

智能型充电器电源的设计

系 别:机电工程系

专业名称:自动化

学 号:26100101012

学生姓名:

指导教师:

完成时间:2010年5月5日

题目名称 智能型充电器电源的设计

设计（撰写）内容 基本要求：

1、自行设计电路，包括主要芯片TL43；

2、供电电源输出电压范围5到6Ｖ，基准参考电压2.8V ,能对2节镍氢电池充电；

3、列出元件清单，购买元件进行焊接，调试和改进；

4、调试完后，要求该充电器具有充满自停功能，电源供应/充电/充满都有相应状态显示，状显示使用发光二极管显。

预期目标

本文所设计智能型充电电源的供电电压输出范围为5到6Ｖ，充电压为2.8V,用TL431完成，主要由电源电路、恒流充电电路、充满自停电路三部分组成。要求该电路能对2～6节镍氢电池充电，能实现充满自停和220V电源停电时，保证充入电池的电量不会反向流入充电电路。电路简单、工作可靠、无需调整、元器件容易购买。

成果形式 1、毕业论文一份；

2、智能型充电器电源的设计硬件一个。

设计（撰写）地点

起止时间 2009年 12月 10日 至 2010年5月 5日

指导单位

指导教师 年 月 日

审核意见

审核签名 年 月 日

设计（撰写）过程 评语：

指导教师：

年 月 日

成绩

论文评阅 评语：

评阅教师：

年 月 日 成绩

论文答辩 评语：

答辩组长：

年 月 日 成绩

总分 审核人： 年 月 日 I 智能型充电器电源的设计

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学生姓名 专业 班级 0701电气技术 学号

题 目 锂电池充电器的设计

指导教师 职称 学 位

题目类别 □ 工程设计 □ 基础研究 □ 应用研究 □ 其它

【课题的内容与要求】

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89C51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。

【前言】

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（PDA）、笔记型电脑等3C (Computer, Communication, Consumer Electronics)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。

【方案的比较与评价】

锂离子电池具有以下优点：

（1）能量密度高，其体积能量密度和质量能量密度分别可达360W•h/dm3和150W•h/kg，而且还在不断提高。

（2）工作电压高，通常单节锂离子电池的电压为3.7 V，单体电池即可为3 V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。

（3）自放电小，每月10%以下，不到镍镉电池的一半。

（4）可快速充放电，1次充电时容量可达标称容量的80%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。

（5）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1000 次以上，远远高于各类电池。