基于单片机的锂离子电池充电器设计

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AVR单片机的多用智能移动电子设备充电装置的设计

摘要：基于avr单片机的智能充电系统可以对电池的充电过程进行动态、全面的监控与管理，能够自适应的检测出不同型号的电池，有效地控制电池的充电过程，对充电电源、电压进行自动检测调整，充电后自动转为恒压浮充状态，对待充电的电池进行保护，防止过电压和温度过高对电池的损坏，达到既保护电池、又能使电池充满的要求。采用智能充电方式，提高了电池的使用寿命，并且加快了电池的充电的速率，实现了智能充电目的。

关键词：单片机；智能充电系统

随着科技水平的不断进步，社会对高性能、小尺寸、重量轻的电池充电器的需求也越来越大，但一个现实的问题是，大量的电子设备电池在在使用传统的充电器一段时间后，电池的性能大幅度下降，容量较最初相比下降很多，电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全的充电。本设计装置能够智能识别各种不同移动电子产品的充电参数，在充电过程中对电池充、放电电流、充电电压、温度等各项指标进行精确地监控，最大限度的延长电池的使用寿命。人性化的人机交互界面可显示出充电完成充电所需剩余时间等各种充电参数。

1.结构方案

系统可以分为三个部分：控制部分、信号检测部分和充电部分。控制部分包括单片机模块、电源通断控制模块、开关管驱动模块等。

信号检测部分包括充电电流、电压检测以及电池温度检测等模块，其中电流检测用以测量电池充电时的充电电流以及计算电池充电量的计算，电压检测模块用于测量电池充电时的实时电压。这两个实时动态信号反馈给单片机控制单元，由单片机处理后，控制pwm波占空比，驱动充电主体电路从而控制充电电压和电流的大小实现智能充电。

2.实现流程

a.预充

在安装好电池之后，接通输入直流电源，当充电其检测到电池时将定时器复位，从而进入预充过程，在此期间充电器以快充电流的10%给电池充电，使电压、温度恢复到正常状体。预充电时间由ct口外接电容确定，如果在预充时间内电池电压达到2.5v，且电池温度正常，则进入快充过程；如果超过预充时间后，电池电压低于2.5v，则认为电池不可充电，充电器显示电池故障，由单片机发出故障指令，led指示灯闪烁。

收稿日期:2000-11 作者简介:李国厚(1968—),男,河南职业技术师范学院讲师,主要从事工业自动控制的应用研究和教学工作。基于单片机的智能充电器的设计李国厚,冯启高(河南职业技术师范学院,河南新乡　453003)

摘要:介绍常用充电电池的特点与充电方式,详细讨论了采用单片机控制的能够对镍铬、镍氢和锂离子电池进行充电的通用型智能充电器的软件和硬件设计。关键词:充电电池;充电方式;单片机TheDesignofIntelligentChargerBasedonMonolithicMicrocomputerLIGuo2hou,FENGQi2gao(HenanVocational2technicalTeachersCollege,Xinxiang453003,China) Abstract:Thefeaturesandchargingpatternsofgeneral2purposerechargeablebatteriesareintroducedinthispaper,thesoftwareandhardwaredesignsofall2purposeintelligentchargercontrolledbymonolithicmicrocomputerarealsoexpounded.RechargeablebatteryofNiCd,NiMHandLi+canbechargedbymeansofthistypeofcharger.Keywords:rechargeablebattery;chargepattern;monolithicmicrocomputer

1　蓄电池的特点目前常用的四种化学电池是铅酸电池(PbSO4)、锂离子电池(Li+)、镍铬电池(NiCd)和镍氢电池(NiMH)。由于环保问题和对电池的要求越来越高等综合因素,推动了新电池技术的发展。111　镍铬电池和镍氢电池镍铬电池的容量比镍氢电池或锂离子电池低,具有低阻抗特性,对于需要短时间大电流的应用场合很具吸引力。但镍铬电池如果未经充分放电又进行充电,或者长时间处于小电流放电状态,就会产生枝状晶体,引起“记忆效应”,从而导致电池内阻变大,容量变小,缩短了电池寿命。如果在充电前进行完全放电,使每节电池的电压降到110V左右,就能消除引起“记忆效应”的枝状晶体,恢复电池的性能。镍氢电池具有较高的容量,但其自放电率也较高,约为镍铬电池的二倍。在初始阶段其放电率尤高(每天放掉1%)。所以镍氢电池不宜用于需要长时间保持电池容量的场合。就充电方式而言,两种电池非常相似,都是以恒流的方式进行充电,可采用快速、标准或者涓流的方式进行充电。它们都能以超过2C(C为电池容量,单位为安培)的速率进行充电(但一般采用C/2速率)。由于存在内部损耗,充电效率一般小于100%,所以,在采用C/2的速率充电时,通常需要两个多小时才能把电池充满。充电过程中的损耗随着充电速率和电池的不同而不同。在恒流充电时,电池电压会缓慢达到峰值(ΔV/Δt变为0),镍氢电池需在这个峰值点终止快速充电,镍铬电池的充电须在峰值点后当电池电压开始下降时(ΔV/Δt变为负)即终止快速充电,否则会导致电池内压力和温度上升而损坏电池。当充电速率大于C/2时,则要监测电池的电压和温度,因为当电池快充满时,电池的温度会急剧上升。对于镍铬电池和镍氢电池,还可以采用比较简便的涓流充电,这时只会造成极小的温升,不会损坏电池,也就无需终止涓流充电或者监测电池的电压。允许的最大涓流随着电池类型和环境温度的不同而不同,典型条件下C/15较为安全。112　锂离子电池过去几年中,电池技术领域最突出的创新就是锂离子电池。相对于镍基电池而言,锂离子电池具有更高的容量。从容量/体积比来衡量,锂离子电池比镍氢电池高出10%～30%,从容量/质量比来看,锂离子电池比镍氢电池高出近两倍。但锂离子电池对于过充电和欠充电很敏感。要达到最大容量就必须充电到最高电压,而过高的电压和过大的充电或放电电流又会造成电池的永久性损坏。如果多次放电至过低的电压则会造成容量损失,所以,充电和放电时都须限制其电压和电流,以保护电池不受损坏。锂离子电池的充电方式不同于镍基材料的化学电池,充电时需用一个电压—电流源来进行充电。为了获得最大的充电量而又不损坏电池,须使电压保持在1%的精度内。快速充电开始时,电池的电压比较低,充电电流即为电流极限。随着充电的进行,电池电压缓慢上升,最终当每节电池达到浮空电压412V

２００８年第５期　总第８８期　《福建师范大学福清分校学报》　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＦＵＱＩＮＧ　ＢＲＡＮＣＨ　ＯＦ　ＦＵＪｌＡＮ　ＮＯＲＭＡＬ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　Ｓｕｍ　Ｎｏ．８８　

基于单片机控制的锂离子电池组的设计　

马碧芳，张荣刚，何华　

（福建师范大学福清分校电子与信息工程系，福建福清３５０３００）　

摘要：为了延长锂离子电池组的使用寿命，本文提出一种基于单片机控制解决锂离子电池组使用寿　

命的设计方案，并给出具体的电路原理和软件流程图。　

关键词：单片机；锂离子电池；电路设计　

中图分类号：ＴＭ９１２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００８—３４２１（２００８）０５—００３０—０４　

１引　言　

近年来，越来越多的产品采用锂离子电池做为电源，主要是由于锂离子电池具有体积小，单位体积、单位重量的　比能量高，无记忆效应，自放电率低等优点；但同时锂离子电池对充放电要求很高，当过充、过放、过流及短路等情况　

发生时，锂离子电池内的压力与热量大量增加，容易产生爆炸危险，因此，锂离子电池都加有保护电路。另外，当一组　

锂离子电池工作时，常常因某一节电池出现故障，导致电池组的寿命远小于单节电池的寿命，电池组的串联数越多，　

其寿命就越短。　

对于这个问题，目前还没有较好的办法，我们采用备份技术设计锂离子电池组的控制电路。当电池组的所有电　池都没问题时，单片机让它们轮换工作。当某节电池出现故障时，用单片机进行判定，把该节电池跳开。当某节电池　

剩余容量较多时，就让该节电池多工作一会儿，最终达到均衡放电的目的。这样延长了电池包的寿命。　

２系统设计　

整体系统设计框架如图１所示。　

２．１　系统结构简单描述及工作过程　

系统备份电池可以多个，但是　

为了说明问题和简单起见，我们以５　

节电池为例，任一节电池作为备份　

电池。系统可同时对５节电池独立　完成检测、保护、显示和剔除功能，保　

证每节电池的工作的可靠性和整个　

电池组的使用寿命。　

系统电路原理如图２所示。三