基于单片机的锂电池智能充电器的设计

基于单片机控制的锂电池充电器设计锂电池充电器是一种用于给锂电池进行充电的设备，可以帮助锂电池恢复电荷，延长其使用寿命。

在本文中，将设计一款基于单片机控制的锂电池充电器。

该充电器采用了单片机作为主控制器，能够对电池进行精确充电控制和状态监测，从而实现高效充电和安全使用。

首先，我们需要选择适合锂电池充电的充电电路。

在这里，我们选择了恒流恒压充电模式，这是一种最常见和最可靠的充电方式。

充电电路由电源、电流检测电阻、电流采样电路、电流反馈控制回路和电压反馈控制回路组成。

接下来，我们需要设计单片机控制电路。

为了实现对充电过程的精确控制，我们可以选择一款功能齐全且性能稳定的单片机，如STM32系列。

单片机将通过AD转换器读取电流和电压的值，并根据设定的充电算法计算出相应的控制参数，并通过PWM信号调节充电电路的输出。

同时，单片机还应该具备状态监测功能，以确保充电过程的安全性。

例如，单片机可以实时监测电压、电流和温度等参数，并根据预设的条件进行相应的保护措施，如断电、降功率或结束充电等。

此外，为了提高系统的可靠性和安全性，我们还可以添加一些辅助电路。

例如，过流保护电路可以通过检测输出电流是否超过一定的阈值来触发断电保护措施。

过热保护电路可以通过监测电池温度来触发降功率或断电保护。

短路保护电路可以通过监测电池和电路之间的电压差来触发断电保护。

最后，根据设计好的电路和程序，我们可以制作出实际的锂电池充电器原型。

在测试和调试的过程中，我们可以通过观察和记录充电电流、电压和温度等数据，来验证充电器的性能和可靠性。

综上所述，基于单片机控制的锂电池充电器设计是一个复杂而重要的工程。

通过合理的电路设计和程序编写，我们可以实现对锂电池的高效充电和安全使用，延长电池的寿命，为多种应用提供可靠的电源解决方案。

基于AT89C51单片机在锂离子手机电池充电器中的应用设计锂离子电池作为一种高能量密度、长寿命、无记忆效应的电池，已经广泛应用于手机、笔记本电脑等便携式电子设备中。

为了满足用户对于手机续航能力的需求，手机充电器的设计变得越来越重要。

本文将基于AT89C51单片机，探讨其在锂离子手机电池充电器中的应用设计。

首先，我们需要了解AT89C51单片机的基本特性。

AT89C51是一种高性能、低功耗的8位单片机，具有大容量存储器和多种外设接口。

其具备快速执行速度和低功耗特性，非常适合在充电器中使用。

在锂离子手机电池充电器中，我们需要实现以下几个主要功能：恒流充放大、过压保护、过流保护和温度保护。

首先是恒流充放大功能。

锂离子电池在充放大过程中需要控制其充放大速率以避免损坏。

我们可以通过AT89C51单片机来实现对恒流输出进行控制。

通过采集锂离子电池的当前状态和温度等信息，并根据预设的充放大曲线进行控制，可以保证充放大的速率在安全范围内。

其次是过压保护功能。

过压是指锂离子电池在充电过程中电压超过安全范围。

为了避免锂离子电池的损坏，我们可以在AT89C51单片机中设置一个过压检测模块。

当检测到锂离子电池的电压超过设定值时，单片机将自动停止充电，以保护锂离子电池的安全。

第三是过流保护功能。

过流是指锂离子电池在放大或者充大时产生的超出额定值的电流。

为了避免锂离子电池因为过流而损坏，我们可以通过AT89C51单片机来监测和控制输出的最大充放大电流。

当检测到输出电流超出设定值时，单片机将自动停止或者调整输出功率，以避免损坏。

最后是温度保护功能。

温度对于锂离子手机电池来说非常重要，在高温环境下使用可能导致其损坏甚至发生爆炸等危险情况。

因此，在手机充大器中，我们可以通过AT89C51单片机来监测和控制锂离子电池的温度。

当温度超过设定值时，单片机将自动停止充放大过程，以保护锂离子电池的安全。

综上所述，基于AT89C51单片机在锂离子手机电池充大器中的应用设计可以实现恒流充放大、过压保护、过流保护和温度保护等功能。

基于单片机技术的智能充电器设计1. 引言智能充电器是一种利用单片机技术实现智能控制的充电器，它能够根据充电设备的需求，自动调节充电电流和电压，实现高效、安全、快速的充电过程。

本文将详细介绍基于单片机技术的智能充电器设计，并探讨其在实际应用中的优势和挑战。

2. 智能充电器设计原理2.1 单片机控制基于单片机技术的智能充电器采用单片机作为控制核心，通过编程实现对充电过程中各种参数的监测和调节。

单片机具有高速、低功耗、易编程等优势，可以实现精确控制和智能化管理。

2.2 充放电管理智能充电器设计中重要一环是对锂离子等可再生储能设备进行精确管理。

通过监测储能设备的状态参数（如温度、容量等），可以根据设备需求自动调节输出功率，并确保安全快速地完成充放电过程。

3. 智能化算法设计3.1 全局最优算法为了最大限度地提高储能设备的利用率，智能充电器设计中应用了全局最优算法。

该算法通过对充电过程中的各种参数进行实时监测和分析，优化充电过程中的功率分配，使得充电器能够以最高效率完成充电任务。

3.2 自适应调节算法智能充电器设计中还应用了自适应调节算法，通过对设备需求的实时监测和分析，自动调节输出功率和电压。

该算法可以根据设备需求的变化进行动态调整，以提高充电效率和减少能量损耗。

4. 智能充电器设计实现4.1 硬件设计智能充电器硬件设计包括选择合适的单片机芯片、功率模块、传感器等元件，并进行合理布局和连接。

其中单片机芯片需要具备足够的计算性能和存储空间，以支持复杂的控制算法。

4.2 软件设计智能充电器软件设计包括编写控制程序、界面程序等。

控制程序需要实现对各种参数的监测、分析和控制，并根据设备需求进行动态调整。

界面程序可以提供用户友好的操作界面，并显示相关的充电信息。

5. 智能充电器的应用优势5.1 高效充电基于单片机技术的智能充电器能够根据设备需求智能调节输出功率和电压，以最高效率完成充电任务。

相比传统充电器，智能充电器可以大大缩短充电时间，提高储能设备的利用效率。

基于单片机的智能充电器设计本毕业设计主要目的是应用AT89S51单片机及MAX1898锂离子电池充电芯片结合利用PNP晶体管能够组成电锂离子实现高能效智能电池手机充电器。

MAX1898可以提供精确度很高的恒压/恒流充电。

电池电压能够调节的精度为±0.5%，电池的使用时间和寿命得到增长，性能大大的提高。

AT89S51单片机可以控制实现电池预充、快速充、满充、慢速充电保护、自行断电和慢充完成自动警示功能。

在软件设计方面，能够利用C语言编码为开发工具为系统提供更高的可靠、安全、稳定和经济性。

此智能充电器包括能够自行切换充电模式、检测锂电池充电电池的状态、短路保护充电器功能、检测充电状态显示的功能同时可以更加的维护电池的性能，使其的使用时间和寿命延长。

另外，在选择充电芯片时，也查阅了相关的资料，例如MAX1578、SMC401都可以作为充电芯片，但是相比较而言，MAX1898能更好的与51单片机相结合，功能也很强大，同时，MAX1578、SMC401更能适用于高档仪器，笔记本电脑，更重要的是MAX1898对于做毕业设计而言更经济实惠，性价比更高。

本毕业设计，在一些现实的条件下，尽可能的是实现它快速充电，保护电池，报警提示，突出它的智能化高效能，即本毕业设计核心就是实现智能充电器的高能效的特点。

[关键词]:单片机AT89S51 MAX1898芯片智能充电器目录1 绪论 (3)1.1研究的背景 (3)1.2研究的主要内容 (3)1.3应解决的关键问题 (3)2 方案设计和论证 (4)2.1设计思路概述 (4)2.2方案设计与论证 (4)2.2.1 充电控制芯片的选择 (4)2.2.2 电池充电芯片的选择方案 (5)3 主要芯片介绍 (8)3.1MCS-51系列单片机简介 (8)3.1.1 MCS-51系列单片机功能概述 (8)3.1.2 MCS-51系列单片机引脚功能说明 (8)3.1.3 AT89S51单片机引脚说明与介绍 (9)3.2MAX1898简介 (10)3.2.1 MAX1898特性介绍 (10)3.2.2 MAX1898芯片介绍 (10)4 系统软件设计和调试 (11)4.1单元电路设计 (11)4.1.1单片机模块电路和报警电路设计 (11)4.1.2充电器电路充电控制电路设计 (12)4.2总电路设计 (13)5 系统程序设计 (14)5.1程序设计概述 (14)5.2程序流程图 (14)6 系统硬件设计和调试 (15)6.1电路图设计介绍 (15)6.2硬件电路制作 (16)6.3系统电路软件和硬件联合调试 (18)7 结束语 (19)附录A：系统原理图 (1)附录B：系统PCB图 (1)附录C：系统源程序 (2)1 绪论1.1研究的背景随着科技的发展，各种各样的便携式充电器都遍布市场，同时对充电器在轻重量、小尺寸及高性能的要求也更高。

基于单片机的智能手机充电器系统设计报告基于单片机的智能手机充电器设计报告一( 系统设计1.设计目的1) 熟悉并掌握单片机嵌入式系统的开发流程和应用方法。

2)做到对电池充电过程的实时监测。

3)做出智能化的充电器。

我发现在给手机充电的时候，往往不能知道电池还有多长时间能充满，而且经常忘记是什么时候开始充电的，因此很容易造成过充或充电不足，从而影响手机电池的使用寿命，还有可能出现危险。

于是我便萌生了设计一种可显示时间的手机充电器的想法2.功能简介1)可与锂电池中的芯片通信，得到电池组的容量、电压、电流等参数。

2)用LED显示电池的剩余充电时间。

3)具备防过充功能，在电池电压达到一定值后减小充电电流，直至电池充满。

3.应用能给各种锂离子电池充电并可以实时显示充电的剩余时间。

二(实验资源1)硬件:AVR开发板，Atmega16,LED七段数码管，电源2)软件:ICCAVR,AVRstudio三(实验原理1. 电路原理图注释:左下为AD模块，Mega16的PA口接AD，同时输出PWM,PB3接PWM进行充电控制;右下方为以TLC431为主的稳压源，接单片机的AREF端口。

2. 实验原理:锂电池的充电过程分为预充、快充、涓流三个步骤，我们的原理概括的讲，就是在预充阶段通过对电池进行扫描测出电池的容量，与程序中的库进行对应从而得出充电所需时间;再经过快充电池电压达到一定高的值，为防止由于充电过快引起的电池实际电压不足，最后再加上一定时间的涓流充电。

在整个过程中通过LED来实时显示剩余充电时间。

3. 软件设计流程图四(数据采集为使充电器能为不同容量的电池，需要做测试来采集大量的数据，反应电池在充电过程中电压、电流、时间之间的关系。

以下为几个具有代表性的测试图样:1. 容量为600mah的电池快充过程中I-t曲线图中X轴为时间(min)，Y轴为电流(mA) 图中X轴为时间(min)，Y轴为电流(mA)注:图中X轴为时间(min)，Y轴为电流(mA)。

基于单片机的智能电池充电器的设计智能电池充电器是一种能够智能识别电池类型和状态，并能根据电池需求实现快充和慢充的充电器。

本文将介绍一种基于单片机的智能电池充电器的设计。

一、设计原理智能电池充电器采用了单片机作为控制核心，通过对电源和电池状态进行实时监测以及控制充电电流和电压等参数，从而实现对电池的智能化管理。

二、主要功能1.电池类型识别：通过检测电池的电压和电流波形，智能电池充电器能够自动识别电池的类型，包括锂电池、铅酸电池等等。

2.电池状态检测：充电器能够实时监测电池的电流、电压以及温度等参数，通过这些参数的变化，判断电池的充电、放电状态，从而保证电池的安全和寿命。

3.充电控制：智能电池充电器可以根据电池类型和状态，动态调整充电电压和电流，以实现快充和慢充的切换，从而提高电池的充电效率和安全性。

4.过充保护：当电池充电至预设的电压值时，充电器能够自动停止充电，防止过充，保护电池安全。

5.温度保护：当电池温度过高时，充电器会自动停止充电，保护电池不受损坏。

三、硬件设计智能电池充电器的硬件设计包括电源电路、电流电压检测电路、控制电路和显示电路四个主要部分。

1.电源电路：充电器所需的电源电压一般为DC12V或AC220V，通过整流和滤波电路将交流电转化为直流电，并通过稳压电路将电压稳定在适合电池充电的范围内。

2.电流电压检测电路：用于实时检测电池的电流和电压值，通常采用放大电路和模数转换电路将模拟信号转化为数字信号，以供单片机进行处理。

3.控制电路：包括单片机和相关外围电路，单片机根据检测到的电池类型和状态，通过控制电源电压和电流调整电池的充电方式和速度。

4.显示电路：用于显示电池的充电状态、电流、电压等相关信息，通常采用数码管、LCD等显示器件。

四、软件设计智能电池充电器的软件设计主要包括单片机的程序设计和算法设计。

1.程序设计：根据单片机的指令系统和硬件接口进行开发，程序主要包括电池类型识别、电池状态检测、充电控制和保护控制等功能。

基于单片机的锂离子电池充电系统设计方案
一、电池充电系统概述
锂离子电池充电系统是一种针对锂离子电池充电的系统，它是利用可
编程控制器或单片机技术的智能化充电系统。

通常，它可以对电池进行分
析测试，检测电池的容量、温度，根据结果调整电流，充电电压等，以保
证电池充电过程的安全性，并可以提高电池的充放电效率，减少电量损耗。

二、电池充电系统基本组件
1.可编程控制器或单片机：主要用于系统的智能控制，可以根据电池
的充电状态进行充电电流和电压等参数的调整，以保证电池的充电安全性。

2.电池充电电路：由电源，半导体三极管控制器，负载和电流传感器
组成。

此充电电路用于提供充电电流和电压，检测电池参数，以确保电池
充电过程的安全性。

3.充电控制芯片：此芯片主要用于对电池状态和参数的监测，根据监
测结果，调整充电电流和电压，以提高充放电效率。

3.电压电流检测电路：可检测电池充电电流和电压，并将检测结果反
馈给可编程控制器或单片机，以实现充电控制。

4.电池温度检测电路：可检测电池内部的温度，以便调整温度，确保
电池的安全性。

三、电池充电系统的基本工作原理。

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软件设计存在很大的不同。

锂离子电池充电器的设计分为硬件设计、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放电曲线与充电器的设计参器。

只要用户手机电池的特性参数和充、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。

重新恢复充电。

2 充电器硬件设计充电器硬件设计2.1 系统设计框架及技术参数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)。

毕业设计（论文）设计（论文）题目：基于单片机的智能充电器设计系别：电子系专业：电子信息班级：姓名：学号：指导教师：完成时间：基于单片机的智能充电器设计摘要随着电子技术的不断发展，便携式设备扮演了重要的角色，而小型款便携式的手机充电器可以便利和丰富人们的生活。

本文从锂电池的结构原理着手，通过的锂电池性能及常用充电方法的研究比较，以及结合目前手机充电器的使用情况，设计一款由新型微处理器，针对市场上常见手机锂电池的充电器智能充电电路控制功能本次设计是基于AT89C51单片机的智能充电器的设计方法。

该充电器可以实现采集电池的电压和电流，并对充电过程进行智能控制。

它可以自动计算电池的已充电量和剩余的充电时间，也可以改变参数来适应各种不同电池的充电。

系统中的管理电路还具有保护功能，可以防止电池的过充和过放对电池造成损害。

[关键词]:充电器单片机智能目录绪论 (1)第1章智能充电器的概述 (2)1.1.1充电器设计思想 (2)1.1.2锂离子电池充电模式 (2)1.2智能充电器定义 (2)1.3设计任务及要求 (3)1.4设计方案论证 (3)第2章硬件设计 (4)2.1 处理器 (4)2.1.1单片机的定义 (4)2.1.2单片机的应用领域： (4)2.1.3单片机基本组成与内部结构 (5)2.1.4 单片机的工作过程 (6)2 . 2 采样部分 (8)2.2.1 模/ 数转换器AD574 (9)2.2.2 电流传感器MAX471 (11)2.2.3 控制器 (12)第3章软件设计 (16)3.1 PWM软件技术的基本原理 (16)3.2 程序功能 (18)3.3 单片机控制程序设计 (18)3.4 定时器0和外部0程序设计 (20)心得体会 (23)致谢 (24)参考文献 (25)附录1： (26)附录2：定时器0与外部中断0程序 (27)绪论目前, 市场上手机充电器种类繁多, 但其中也有很多质量低劣的不合格产品。

基于单片机的锂电池充电器设计摘要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、镍氢、铅蓄电池和锂电池。

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。

本课题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，详细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，并对本充电器的核心器件—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，进行了详细设计和编码。

实现了系统的可靠性、稳定性、安全性和经济性。

该智能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要；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，延长了它的使用寿命。

关键词：充电器；单片机；锂电池；MAX1898Lithium Battery Charger Design Based On Single ChipAbstractElectronic 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：Charger; SCM;Lithium battery; MAX1898目录引言 (1)第1章绪论 (2)1.1课题研究的背景 (2)1.2课题研究的主要工作 (3)第2章电池的充电方法与充电控制技术 (5)2.1电池的充电方法和充电器 (5)2.1.1 电池的充电方法 (5)2.1.2 充电器的要求和结构 (9)2.1.3单片机控制的充电器的优点 (10)2.2充电控制技术 (10)2.2.1 快速充电器介绍 (10)2.2.2 快速充电终止控制方法 (11)第3章锂电池充电器硬件设计 (14)3.1单片机电路 (14)3.2电压转换及光耦隔离电路 (17)3.3电源电路 (18)3.4充电控制电路 (20)3.4.1MAX1898充电芯片 (20)3.4.2充电控制电路的实现 (24)第4章锂电池充电器软件设计 (26)4.1程序功能 (26)4.2主要变量说明 (26)4.3程序流程图 (26)结论与展望 (29)致谢 (30)参考文献 (31)附录A 电路原理图 (32)附录B 外文文献及其译文 (33)附录C 主要参考文献的题录及摘要 (40)附录D 主要源程序 (42)插图清单图2-1 恒流电源充电电路 (5)图2-2 准恒流充电电路 (5)图2-3 恒压充电电路 (6)图2-4 浮充方式充电电路 (6)图2-5 涓流方式的简单示意图 (6)图2-6 分阶段充电的简单示意图 (7)图2-7 －△V控制系统框图 (7)图2-8 充电电池、电池电压和充电时间的关系 (8)图2-9 电池温度检测简图 (8)图2-10 电池温度和充电时间的关系 (9)图2-11 充电器结构框图 (10)图2-12 锂电池的充电特性 (11)图2-13 快速充电器原理框图 (12)图3-16N137光耦合器 (18)图3-2 lm7805样品 (18)图3-3 LM7805内部结构框图 (19)图3-4 LM7805功能框图 (20)图3-5 MAX1898的引脚 (21)图3-6 MAX1898的典型充电电路 (22)图3-7 基于MAX1989的智能充电器的原理图 (23)图3-8 锂离子电池充电电路 (25)图4-1(a) 等待外部信号输入 (27)图4-1(b) 外部中断程序 (27)图4-1(c) 定时器程序 (28)图4-1 智能充电器的程序流程图 (28)安徽工程大学毕业设计（论文）- -5 表格清单表1-1 铅酸、镍镉、镍氢和锂离子电池的性能比较 (2)表4-1 P3口 (15)表4-2 LED 指示灯状态说明 (22)表5-1 变量及说明 (26)项冲：基于单片机的锂电池充电器设计引言社会信息化进程的加快对电力、信息系统的安全稳定运行提出了更高的要求。

基于AT89C51单片机在锂离子手机电池充电器中的应用设计锂离子电池作为一种重要的储能设备，广泛应用在手机、笔记本电脑等各种便携式电子设备中。

而充电器作为供电设备之一，其充电效率和充电控制对于锂电池的使用寿命和安全性具有重要影响。

因此，设计一种基于AT89C51单片机的锂离子手机电池充电器，实现对锂电池的高效充电和精确控制，具有一定的实际意义和应用价值。

一、锂离子电池的基本原理与特性锂离子电池是目前最为广泛应用的可充电电池之一，其具有高能量密度、低自放电率、无记忆效应等优点，被广泛应用在各个领域。

锂离子电池的工作原理是通过正极材料（比如钴酸锂、锰酸锂等）和负极材料（比如石墨、碳纳米管等）之间锂离子的往复迁移来实现电池的充放电过程。

锂离子电池的充电特性决定了其在使用过程中需要精确的充电控制。

在锂电池充电的过程中，正极和负极材料之间的锂离子会发生嵌入/脱嵌反应，充电时锂离子从正极脱出，从负极嵌入，放电时锂离子则相反。

过充或过放电都会损伤锂电池，并且可能导致安全问题。

因此，设计一种能够精确控制充电过程的充电器对于锂电池的安全和寿命具有重要意义。

二、基于AT89C51单片机的电池充电控制原理AT89C51是一款功能强大的单片机，具有丰富的外设接口和良好的稳定性，适合于电池充电器的控制系统设计。

基于AT89C51单片机的电池充电器可以实现对充电电压、电流等参数的实时监测和控制，提高了充电器的充电效率和充电精度。

在设计基于AT89C51单片机的锂电池充电器时，首先需要实现对充电电压和电流的监测。

通过采集正极和负极的电压信号，可以实时监测电池的充电状态。

同时，通过设计合适的电路和程序，可以实现对充电电流的控制，确保充电过程中电流稳定，并避免过充或过放电的情况发生。

另外，基于AT89C51单片机的电池充电器还可以实现充电过程中的温度监测和保护。

锂电池在充电过程中会产生一定的热量，过高的温度会损害电池，甚至引发安全问题。

基于单片机的智能充电器毕业设计论文This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020长江学院毕业论文（设计）题目基于单片机的智能充电器院（系）机械与电子工程系专业自动化学生姓名王海成绩指导教师张胜群老师2015年06月摘要便携式应用的发展与普及提高了对充电电池性能的要求，而锂离子电池凭借其独特的有点，如能量密度高、使用寿命长、放电电压高和无记忆效应等，成为了便携式电子产品的首选电池。

然而，锂离子电池相对脆弱的特性，如过充电和高温可能对电池造成极大的破坏，对其充电电路提出了严格的要求，作为便携式产品的充电器，高集成度，高效率和准确的控制都是必须的特点。

针对锂离子电池的充电管理问题，本文采取了一种基于单片机控制的智能充电方法，通过单片机与充电管理IC的配合，设计并实现了锂离子电池充电保护电路，从而达到了提高充电效率，延长电池寿命和节能的效果。

关键词：锂离子电池；智能充电器；单片机；节能AbstractThe development and prevalence of portable applications require better performance of rechargeable batteries, while the Li-Ion battery becomes the best choice of portable electronic products because of its unique advantages, such as high energy density, long circle life, high voltage and absence of memory effects. However, the comparative fragility of Li-Ion battery, for example, to overcharging and high temperature, imposes stringent charge requirements on chargers. As portable applications, the chargers should be compact, high efficient and accurate.In order to manage the charge process of Li-Ion battery, the design and implementation of a Li-Ion battery charge protection integrated circuit based on intelligent control approach was presented by MCU assort withcharge management IC. So as to achieve improved charging efficiency and prolong battery life and energy-saving effect.Keywords：Li-Ion；Intelligent charger；MCU；Energy-saving目录第一章绪论锂离子电池具有较高的重量比、无记忆效应、可重复充电多次、使用寿命长、价格低等优点。

图2 52单片机电路原理图
3.3 充电电路控制部分
充电状态输出引脚/CHG经反相器74LS04后与单片机的P3.2口连接，触发外部中断。PNP为P沟道的场效应管或三极管。D1为绿色发光二极管，处于通电状态时亮；D2为红色放光二极管，电源接通时亮。R1设置充电电流的电阻，阻值为2.8千欧，设置最大充电电流为500mA;C2为设置充电时间的电容，容值为100μF，设置最大充电时间为3小时。
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须放电。
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）多个锂电池可以随意并联使用。
7）无污染，由于锂电池中不含镉、铅、汞等重金属元素，对环境无污染。
8）快速充电，使用额定电压为4.2V的恒流恒压充电器，可使锂电池在1-2小时内得到满充。锂电池与其他可充电电池相比，其价格相对较高。但是随着技术的发展，锂电池的性价比越来越高，目前已广泛应用在各类便携式移动设备上。
2 锂电池的主要特点
1）高能量密度，锂离子电池的重量是相同容量的镍镉或镍氢电池的一半，体积是镍镉的40%~50%，镍氢的20%~30%.因此，锂电池具有更高的重量能量比、体积能量比。
2）高电压，单节锂电池电压平均为3.6V，等于三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。
3ห้องสมุดไป่ตู้锂电池充电器的硬件设计方案
3.1 系统结构框图
系统硬件电路由单片机电路、电压转换及光耦合隔离电路、充电控制电路三部分组成。通过单片机的控制实现预充、快充、满充、断电、报警等充电过程。
图1 系统结构框图
3.2 52单片机电路原理图

《单片机原理及应用》课程设计报告书课题名称基于单片机智能充电器的设计姓名学号专业指导教师任务书一、设计题目：基于单片机智能充电器的设计二、设计要求：（1）在单片机的控制系，具有充电保护的功能。

（2）能够自动断电和充电完成报警提示功能。

（3）能够实现充电器的智能化控制。

（4）能够方便快捷地答道正常充电的标准。

目录一、绪论 (1)二、程序系统流程图 (8)三、硬件设计 (9)四、单片机选择 (17)五、充电过程 (28)六、总结 (29)七、附录 (30)一、绪论1.1概述如今，随着越来越多的手持式电器的出现，对高性能、小尺寸、重量轻的电池充电器的需求也越来越大。

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。

因此需要对充电过程进行更精确的监控，以缩短充电时间、达到最大的电池容量，并防止电池损坏。

与此同时，对充电电池的性能和工作寿命的要求也不断地提高。

电池充电是通过逆向化学反应将能量存储到化学系统里实现的。

由于使用的化学物质的不同，电池有自己的特性。

设计充电器时要仔细了解这些特性以防止过度充电而损坏电。

目前，市场上卖得最多的是旅行充电器，但是严格从充电电路上分析，只有很少部分充电器才能真正意义上被称为智能充电器，随着越来越多的手持式电器的出现，对高性能、小尺寸、轻重量的电池充电器的需求也越来越大。

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、安全地充电，因此，需要对充电过程进行更精确地监控(例如对充、放电电流、充电电压、温度等的监控)，以缩短充电时间，达到最大的电池容量，并防止电池损坏。

因此，智能型充电电路通常包括了恒流／恒压控制环路、电池电压监测电路、电池温度检测电路、外部显示电路(LED或LCD显示)等基本单元。

其框图如下：1.2 常见充电电池特性及充电方式电池充电是通过逆向化学反应将能量存储到化学系统里实现的，由于使用的化学物质的不同，电池的特性也不同，其充电的方式也不大一样。

基于单片机控制的智能锂电池充电器智能锂电池充电器是一种通过使用单片机控制技术，对锂电池进行精确、高效的充电的设备。

它不仅能够提供安全、可靠的充电过程，还能够根据具体的需求对充电进行调节和优化。

本文将介绍智能锂电池充电器的工作原理、特点以及在实际应用中的优势。

一、工作原理智能锂电池充电器的工作原理基于单片机控制技术。

当电池连接到充电器时，充电器通过测量电池的电压、电流以及温度等参数，将这些数据发送给单片机。

单片机根据这些数据来判断充电状态，然后根据预设的充电模式来调节电压和电流进行充电。

同时，单片机还可以对充电过程进行实时监控和反馈，确保充电安全可靠。

二、特点智能锂电池充电器具有以下几个特点：1. 高安全性：智能锂电池充电器通过单片机控制技术实时监测和管理电池的充电状态，能够避免因过充、过放、过流等问题引发的安全隐患，有效保护电池和使用者的安全。

2. 高充电效率：智能锂电池充电器能够根据电池的需求来动态调节电压和电流，实现更加高效的充电，提高充电效率，缩短充电时间。

3. 多功能性：智能锂电池充电器可以配置多种充电模式，如恒压充电、恒流充电、三级充电等，以满足不同种类锂电池的充电需求。

4. 显示和保护功能：智能锂电池充电器通常配备有液晶显示屏，可以实时显示充电状态和参数，便于用户了解和掌握充电过程。

同时，它还具备过温保护、短路保护等多重安全功能，确保充电过程的安全性。

5. 设计精巧、体积小巧：智能锂电池充电器结构紧凑，外观美观，便于携带。

用户可以随时随地对锂电池进行充电，方便实用。

三、实际应用优势智能锂电池充电器在实际应用中有诸多优势：1. 广泛应用于移动设备领域：由于智能锂电池充电器的高效、安全、多功能特点，它广泛应用于手机、平板电脑、便携式音乐播放器等移动设备充电场景。

用户可以通过智能锂电池充电器轻松、安全地对移动设备进行充电。

2. 智能家居领域的充电设备：随着智能家居的快速发展，各类智能设备如智能手表、智能音箱等电子产品也得到了广泛应用。

基于单片机的锂电池充电器设计锂电池是一种高能量密度、长寿命、轻巧的电池，被广泛应用于便携式电子设备、电动工具、无人机等领域。

为了正确而安全地充电锂电池，我们可以设计一个基于单片机的锂电池充电器。

本文将详细介绍此设计。

首先，我们需要明确设计的目标和要求。

一个理想的锂电池充电器应具备以下特点：充电电流可调；充电电流稳定性好；电池充电过程可实时监测；充电接口友好；具备过充保护、过放保护等安全保护机制。

基于这些要求，我们可以开始设计锂电池充电器。

一、电路设计1.电源电路设计：我们可以采用交流-直流变换的方式，将交流电源转换为直流电源供给锂电池充电器。

这里我们选择了一个标准的变压器、整流桥和滤波电容组成的整流电源模块。

变压器将交流电压转换为较低的交流电压，整流桥将交流电压整流为直流，滤波电容将直流电压进行平滑。

2.充电控制电路设计：充电控制电路是整个充电器的核心部分。

我们选择使用单片机作为控制器，采用PWM控制方式调节充电电流。

单片机内置了计数器和定时器功能，可以根据设定的参数控制PWM输出，实现电流的调节。

通过监控电池电压和充电电流，单片机还可以进行实时监测和保护控制。

3.充电保护电路设计：为了确保充电过程的安全，我们需要设计过充保护电路和过放保护电路。

过充保护电路主要用于监测电池电压，当电池电压超过设定的阈值时，会切断充电电路，以避免过充。

过放保护电路主要用于监测电池电压，当电池电压低于设定的阈值时，会切断充电电路，以避免过放。

这些保护电路一般使用功率MOS管来实现。

二、软件设计为了实现充电器的功能，我们需要编写相应的软件程序。

软件程序主要包括以下几个方面的功能：1.充电控制功能：根据选择的充电电流设置，通过PWM控制充电电流，并实时监测电池电压和充电电流。

2.充电保护功能：在充电过程中，实时监测电池电压，一旦电池电压超过设定的阈值，立即切断充电电路，避免过充。

一旦电池电压低于设定的阈值，立即切断充电电路，避免过放。

基于单片机的锂电池充电器设计基于单片机的锂电池充电器设计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镍氢铅蓄电池和锂电池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本课题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详细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本充电器的核心器件1898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详细设计和编码实现了系统的可靠性稳定性安全性和经济性该智能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要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延长了它的使用寿命关键词充电器单片机锂电池1898Lithium Battery Charger Design Based On Single ChipAbstractElectronic technologys 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 batterys power supply system At present the many uses 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 batterys 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 useThis 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 systems 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 chargers core component - 1898 charge chip at89C2051 monolithic integrated circuit has carried on the detailed introduction Elaborated systems software and hardware design Take the C language as the development kit has carried on the detailed design and the code Has realized systems reliability the stability the security and the efficiencyThe intelligence battery charger has the examination lithium ionbatterys condition The automatic cut over charge pattern meets when rechargeable batterys charge needs Battery charger has short circuit protection function The charge condition demonstrations function The battery charger has made the better maintenance rechargeable battery in the lifeand lengthened the rechargeable batterys service life Key wordsCharger SCM Lithium battery 1898目录引言 1第1章绪论 211 课题研究的背景 212 课题研究的主要工作 3第2章电池的充电方法与充电控制技术 5 21 电池的充电方法和充电器 5com 电池的充电方法 5com 充电器的要求和结构9com 单片机控制的充电器的优点1022 充电控制技术10com 快速充电器介绍10com 快速充电终止控制方法11第3章锂电池充电器硬件设计1431 单片机电路1432 电压转换及光耦隔离电路1733 电源电路1834 充电控制电路20com 1898充电芯片20com 充电控制电路的实现 24第4章锂电池充电器软件设计2641程序功能2642 主要变量说明2643 程序流程图26结论与展望29致谢30参考文献31附录A 电路原理图32附录B 外文文献及其译文33附录C 主要参考文献的题录及摘要40 附录D 主要源程序42插图清单图2-1 恒流电源充电电路 5图2-2 准恒流充电电路 5图2-3 恒压充电电路 6图2-4 浮充方式充电电路 6图2-5 涓流方式的简单示意图 6图2-6 分阶段充电的简单示意图7图2-7 －△V控制系统框图7图2-8 充电电池电池电压和充电时间的关系 8 图2-9 电池温度检测简图8图2-10 电池温度和充电时间的关系9图2-11 充电器结构框图10图2-12 锂电池的充电特性11图2-13 快速充电器原理框图 12图3-1 6N137光耦合器18图3-2 lm7805样品18图3-3 LM7805内部结构框图19图3-4 LM7805功能框图 20图3-5 1898的引脚21图3-6 1898的典型充电电路22图3-7 基于1989的智能充电器的原理图23图3-8 锂离子电池充电电路 25图4-1 a 等待外部信号输入27图4-1 b 外部中断程序27图4-1 c 定时器程序 28图4-1 智能充电器的程序流程图28表格清单表1-1 铅酸镍镉镍氢和锂离子电池的性能比较 2表4-1 P3口15表4-2 LED指示灯状态说明22表5-1 变量及说明26引言社会信息化进程的加快对电力信息系统的安全稳定运行提出了更高的要求在人们的生产生活中各种电气电子设备的应用也越来越广泛与人们的工作生活的关系日益密切越来越多的工业生产控制信息等重要数据都要由电子信息系统来处理和存储而各种用电设备都离不开可靠的电源如果在工作中间电源中断人们的生产和生活都将受到不可估量的经济损失对于由交流供电的用电设备为了避免出现上述不利情况必须设计一种电源系统它能不间断地为人们的生产和生活提供以安全和操作为目的可靠的备用电源为此以安全和操作为目的的备用电源设备上都使用充电电池这样即使电力网停电也可利用由充电电池构成的安全和操作备用电源从容地采用其他应急手段避免重大损失的发生而对于采用充电电池供电的用电设备从生产信息供电安全角度来说充电电池在系统中处于及其重要的地位同时具体到生活方面随着社会的快速发展电子产品小型化便携化也使得充电电池越来越重要锂离子电池有较高的比能量放电曲线平稳自放电率低循环寿命长具有良好的充放电性能可随充随放快充深放无记忆效应不含镉铅汞等有害物质对环境无污染被称为绿色电池基于这些特性所以锂电池得到了迅速的发展和广泛的应用锂电池充电器是为锂离子充电电池补充能源的静止变流装置其性能的优劣直接关系到整个用电系统的安全性和可靠性指标本论文从锂电池技术特性充电技术充电器电路结构充电器典型电路和电池保护等方面多角度地阐述了充电技术发展和应用第1章绪论11 课题研究的背景电池是一种化学电源是通过能量转换而获得电能的器件二次电池是可多次反复使用的电池它又称为可充电池或蓄电池当对二次电池充电时电能转变为化学能实现向负荷供电伴随吸热过程对于二次电池其性能参数很多主要有以下4个指标①工作电压电池放电曲线上的平台电压②电池容量常用单位为安时 Ah 和毫安时 mAh③工作温区电池正常放电的温度范围④电池正常工作的充放电次数二次电池的性能可由电池特性曲线表示这些特性曲线包括充电曲线放电曲线充放电循环曲线温度曲线等二次电池的安全性可用特性的安全检测方式进行评估二次电池能够反复使用符合经济使用原则对于市场上二次电池的种类大致分为铅酸 LA 电池镍镉 NiCd 电池镍氢 NiMH 电池和锂离子 Li–ion 电池1二次电池的性能比较铅酸镍镉镍氢和锂离子电池的性能比较见表1-1表1-1 铅酸镍镉镍氢和锂离子电池的性能比较电池类型工作电压 V 重量比能量 Whkg 体积比能量 WhL 循环次数记忆效应自放电率月铅酸电池20 400～600 3 镍镉电池12 50 150 400～500 有15～30 12 60～80 25～3536 120～140 2～5 2 1 重量方面以每一个单元电池的电压来看镍氢电池与镍镉电池都是12V而锂离子电池为36V锂离子电池的电压是镍氢镍镉电池的3倍并且同型电池的重量锂离子电池与镉镍电池几乎相等而镍氢电池却比较重但锂离子电池因端电压为36V在输出同电池的情况下单个电池组合时数目可减少23从而使成型后的电池组重量和体积都减小2 记忆效应镍氢电池与镍镉电池不同它没有记忆效应对于镍镉电池来说定期的放电管理是必需的这种定期放电管理属于模糊状态下的被动管理甚至是在镍镉电池荷电量不确切的情况下进行放电每次放电或者使用几次后进行放电都因生产厂的不同有所差异这种烦琐的放电管理在使用镍镉电池时是无法避免的相对而言锂离子电池没有记忆效应在使用时非常方便完全不用考虑二次电池残余电压的多少可直接进行充电充电时间自然可以缩短记忆效应一般认为是长期不正确的充电导致的它可以使电池早衰使电池无法进行有效的充电出现一充就满一放就完的现象防止电池出现记忆效应的方法是严格遵循充足放光的原则即在充电前最好将电池内残余的电量放光充电时要一次充足通常镍镉电池容易出现记忆效应所以充电时要特别注意镍氢电池理论上没有记忆效应但使用中最好也遵循充足放光的原则这也就是很多充电器提供放电附加功能的原因对于由于记忆效应而引起容量下降的电池可以通过一次充足再一次性放光的方法反复数次大部分电池都可以得到修复3 自放电率镍镉电池为15～3025～352～5 4 充电方式锂离子电池已易受到过充电深放电以及短路的损害单体锂离子电池的充电电压必须严格限制充电速率蓄电池的充电电流通常用充电速率C表示C为蓄电池的额定容量例如用2A的电流对1Ah电池充电充电速率就是2C同样地用2A电流对500mAh电池充电充电速率就是4C 通常不超过1C最低放电电压为27～30V 如再继续放电则会损害电池锂离子电池以恒流转恒压方式进行充电采用1C充电速率充电至41V时充电器应立即转入恒压充电充电电流逐渐减小当电池充足电后进入涓流充电过程为避免过充电或过放电锂离子电池不仅在内部设有安全机构充电器也必须采取安全保护措施以监测锂离子电池的充放电状态3课题研究的意义1 能进行充电前处理包括电池充电状态鉴定预处理2 解决充电时间长充电效率低的问题3 改善充电控制不合理而造成过充欠充等问题提高电池的使用性能和使用寿命4 通过加强单片机的控制简化外围电路的复杂性同时增加自动化管理设置减轻充电过程的劳动强度和劳动时间从而使充电器具有更高的可靠性更大的灵活性且成本低1 充分研究锂离子电池的充放电特性寻找有效的充电及电池管理途径2 使充电设备具有完善的自诊断功能和适时处理功能3 实现充电器具备强大的功能扩展性以便为该充电器的后续功能升级提供平台12 课题研究的主要工作本文主要研究锂电池的充电方法在此基础上进行系统设计和电路设计并通过实验结果对充电控制方法测试验证具体结构如下第一章绪论首先介绍了课题研究的背景再介绍了锂电池的特点和在应用中存在的主要问题及课题研究的意义和主要工作这是该论文的设计基础第二章电池的充电方法与充电控制技术主要介绍了电池的充电方法和锂电池的快速充电终止控制方法确保在充电控制过程中不过充不损坏电池第三章锂电池充电器电路设计选择控制芯片进行介绍和比较在此基础之上对该电路的充电控制芯片进行选择介绍与分析第四章通过C语言软件编程设计出锂电池快速充电器电路来实现对锂电池的自动化控制充电第2章电池的充电方法与充电控制技术21 电池的充电方法和充电器com 电池的充电方法1恒流充电1 恒流充电充电器的交流电源电压通常会波动充电时需采用一个直流恒流电源充电器当采用恒流充电时可使电池具有较高的充电效率可方便地根据充电时间来决定充电是否终止也可改变电池的数目恒流电源充电电路如图2-1所示图2-1 恒流电源充电电路2 准恒流充电准恒流充电电路如图2-2所示在此种电路中通过直流电源和电池之间串联上一个电位器以增加电路内阻来产生恒定电流电阻值根据充电末期的电流进行调整使电流不会超过电池的允许值由于结构简单成本低廉此种充电电路被广泛应用充电器中图2-2 准恒流充电电路2恒压充电恒压充电电路如图2-3所示恒压充电是指每只单体电池均以某一恒定电压进行充电当对电池进行这一充电时电池两端的电压决定了充电电流这种充电方式的充电初期电流较大末期电流较小充电电流会随着电压的波动而变化因此充电电流的最大值应设置在充电电压最高时以免时电池过充电另外这种充电方式的充电末期电压在达到峰值后会下降电池的充电电流将变大会导致电池温度升高随着电池温度升高电压下降将造成电池的热失控损害电池的性能图2-3 恒压充电电路3浮充方式在浮充方式中电池以很小的电流 C30～C20-4所示图2-4 浮充方式充电电路4涓充方式电池与负载并联同时电池与电源充电器相连正常情况下直流电源作为负载的工作电源并以涓充方式为电池充电只有当负载变得很大直流电源端电压低于电池端电压或直流电源停止供电后电池才对负载放电在这种方式下充电电流由使用模式决定它通常使用在紧急电源备用电源或电子表等不允许断电的场合下图2-5为涓充方式的简单示意图图2-5 涓流方式的简单示意图5分阶段充电方式在分阶段充电方式中在电池充电的初始阶段充电电流较大当电池电压达到控制点时电池转为以涓流方式充电分阶段充电方式是电池最理想的充电方式但缺点是充电电路复杂和成本较高另外需增设控制点的电池电压的监测电路分阶段充电方式的简单示意图如图2-6所示图2-6 分阶段充电的简单示意图6快速充电在用大电流短时间对电流充电时需用电池电压检测和控制电路该电路在电池充电末期实时检测电池电压和电池温度并且根据检测参数控制充电过程1 电池电压检测在大电流充电末期检测电池电压当电池电压达到设定值时将大电流充电转成小电流充电采用小电流充电方式是为了保证电池充电容量控制电路设置的充电截止电压必须比充电峰值电压低2 －△V检测电池充电过程的充电电流是通过检测电池充电末期的电压降来进行控制的－△V控制系统框图如图2-7所示采用－△V控制系统的充电控制电路当充电峰值电压确定后若－△V检测电路检测的电压降达到设定值控制电路将使大电流充电电路分断电池的充电电流电池电压和充电时间的关系如图2-8所示图2-7 －V控制系统框图图2-8 充电电池电池电压和充电时间的关系3 电池温度检测电池在充电末期负极发生氧复合反应产生热量使电池温度升高由于电池温度升高将导致充电电流增大为控制充电电流可在电池外壳上设置温度传感器或电阻等温度检测元件当电池温度达到设定值时电池充电电路被切断下面即给出了电池温度检测简图和电池温度与充电时间的关系图图2-9 电池温度检测简图图2-10 电池温度和充电时间的关系com 充电器的要求和结构1充电器的要求对充电器的要求是安全快速省电功能全使用方便价格便宜快速充电器 1C～4CLED指示功能较齐全的充电器还应具有充电率的设定选择充电电池数的设定涓流电流大小设定定时器时间设定充电前电池状态测定判断电池好坏及安装是否良好等功能并可根据电池的温度来选择充电参数电池温度过低时不宜快充当充电电流较小时可采用线性电源充电电流较大时常采用开关电源它既省电又解决发热问题并有可能由市电直接整流经AC／DC2充电器的结构框图早期的充电器是没有处理器的它主要由充电器集成电路及电源部分组成其内部结构较复杂引脚也较多一般的功能较完善的充电器结构框图如图2-11 AA 线右边所示图2-11 充电器结构框图com 单片机控制的充电器的优点目前市场上有大量的电池管理芯片针对充电器开发的电池充电管理芯片业很多可以直接使用这些芯片进行充电器的设计但是充电器实现的方式不同导致其充电效果不同由于采用大电流的快速充电法所以在电池充满后如不及时停止会使电池发烫过度的过充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就停止大电流快充采用小电流涓流补充充电一般的为了使得电池充电充分容易造成过充表现为有些充电器在充电终了时电池经常发烫电池在充电后期明显发烫一般说明电池已过充设计比较科学的充电器采用专业充电控制芯片具备业界公认较好的―ΔV检测可以检测出电池充电饱和时发出的电压变化信号比较精确地结束充电工作这些芯片往往具备了充电过程控制加上单片机对充电后的功能如图2-11所示还可加入关断电源蜂鸣报警和液晶显示等就可以完成一个比较实用的充电器22 充电控制技术com 快速充电器介绍快速充电器的特点是对充电电池采用大电流充电常用的充电电流值为03～2C Ah t h 规定的其中C代表电池额定容量t代表时间例如用1小时率电流对5号锂电池快速充电根据05 Ah ／1 h ＝500 mA 500mA的充电电流一般慢速充电选用10小时率电流性能完善的快速充电器其原理图如图2-12所示图2-12 快速充电器原理框图其中的主控电路有多种类型1 定时型对电池进行定时充电主控电路采用定时电路定时时间可由充电电流决定定时主控电路常设置不同的时间以控制不同的小时率电流对电池按时间分挡充电使用很方便由于定时器制作容易所以常用它自制定时快速充电器自制时为了充电安全最好选大于5小时率的电流充电2 电压峰值增量△V型有的可充电电池在充电时端电压随充电时间的增长而上升但充足电后端电压开始下降设计主控电路时利用该特性监测电池电压出现峰值之后的微量下降以控制充电结束达到自动充电的目的这也称为－△V法由于这种控制电路比较复杂故不适于自制3 其他主控电路主控电路除上述两种以外还有温度监测和脉宽调制 PWM 控制电路温度监测常用热敏电阻监测电池温度当电池温度高于设定值时立即停止快速充电即使电池温度下降后充电器也不会启动工作只有它复位人工或自动后才能启动再次转人快速充电com 快速充电终止控制方法充电控制技术是充电器系统中软件设计的核心部分根据充电电池的原理将锂电池的电压曲线分为三段具体见图2-13图2-13 锂电池的充电特性由于锂电池的最佳充电过程无法用单一量实现在这三段应分别采用不同的控制方式具体为进入BC段之前电池电量己基本用完此时采用恒定的小电流充电当进入BC段时若采用恒流充电电流过大会损坏电池电流过小使充电时间过长根据电压变化情况控制充电电流使电池充电已满若此时停止充电电池会自放电为防止自放电现象发生采用浮充维护充电方式用小电流进行涓流充电在恒流充电状态下不断检测电池端电压当电池电压达到饱和电压时恒流充电状态终止自动进入恒压充电状态恒压充电时保持充电电压不变由于电池内阻不断变大导致充电电流不断下降当充电电流下降到恒流状态下充电电流的110时终止恒压充电进入浮充维护充电阶段电池在充满电后如果不及时停止充电电池的温度将迅速上升温度的升高将加速板栅腐蚀速度及电解液的分解从而缩短电池寿命容量下降为了保证电池充足电又不过充电可以采用定时控制电压控制和温度控制等多种终止充电的方法1 定时控制该方法适用于恒流充电采用恒流充电法时根据电池的容量和充电电流可以很容易的确定所需的充电时间充电的过程中达到预定的充电时间后定时器发出信号使充电器迅速停止充电或者将充电电流迅速将至浮充维护充电电流这样可以避免电池长时间大电流过充电这种控制方法较简单但有其缺点充电前电池的容量无法准确知道而且电池和一些元器件的发热使充电电能有一定的损失实际的充电时间很难确定而该方法充电时间是固定的不能根据电池充电前的状态而自动调整结果使有的电池可能充不足电有的电池可能过充电因此只有充电速率小于03C时才采用这种方法2 电池电压控制在电压控制法中最容易检测的是电池的最高电压常用的电压控制法有最高电压 V 从充电特性曲线可以看出电池电压达到最大值时电池即充足电充电过程中当电池电压达到规定值后应立即停止快速充电这种控制方法的缺点是电池充足电的最高电压随环境温度充电速率而变而且电池组中各单体电池的最高充电电压也有差别因此采用这种方法不可能非常准确地判断电池己足充电电压负增量－V 由于电池电压的负增量与电池组的绝对电压无关而且不受环境温度和充电速率等因素影响因此可以比较准确地判断电池己充足电这种控制方法的缺点是①从多次快速充电实验中发现电池充足电之前也有可能出现局部电压下降的情况使电池在未充足电时由于检测到了负增量而停止快充②镍镉电池充足电后电池电压要经过较长时间才出现负增量此时过充电较严重此时电池的温度较高对电池有所损害因此这种控制方法主要适用于镍镉电池电压零增量△V 锂电池充电器中为了避免等待出现电压负增量的时间过久而损坏电池通常采用0△V控制法这种方法的缺点是未充足电以前电池电压在某一段时间内可能变化很小若此时误认为0△V出现而停止充电会造成误操作为此目前大多数锂电池快速充电器都采用高灵敏0△V检测当电池电压略有降低时立即停止快速充电3 电池温度控制为了避免损坏电池电池温度上升到规定数值后必须立即停止快速充电常用的温度控制方法有最高温度 T 充电过程中通常当电池温度达到40℃时应立即停止快速充电否则会损害电池电池的温度可通过与电池装在一起的热敏电阻来检测这种方法的缺点是热敏电阻的响应时间较长温度检测有一定滞后温度变化率△T△t 充电电池在充电的过程中温度都会发生变化在充足电后电池温度迅速上升而且上升速率△T△t基本相同当电池温度每分钟上升1℃时应当立即终止快速充电应当说明由于热敏电阻的阻值与温度关系是非线性的因此为了提高检测精度应设法减小热敏电阻非线性的影响采用温度控制法时由于热敏电阻响应时间较长再加上环境温度的影响因此不能准确的检测电池的充足电状态4 综合控制法以上各种控制方法各有其优缺点由于存在电池个体的差异和个别的特殊电池若只采用一种方法则会很难保证电池较好的充电为了保证在任何情况下均能可靠的检测电池的充足电状态可采用具有定时控制温度控制和电池电压控制功能的综合控制法鉴于定时控制温度控制最高电压控制等单独作为终止条件使用的局限性有的系统中锂电池的充电终止也采用综合控制法锂电池是以零增量检测为主时间温度和电压检测为辅的方式系统在充电过程检测有无零增量△V 出现作为判断电池已充满的正常标准同时判断充电时间电池温度及端电压是否已超过预先设定的保护值作为辅助检测手段当电池电压超过检测门限时系统会检测有无零增。