锂离子电池充电器的设计.DOC

1、锂离子电池充电器的设计 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义随着笔记本电脑、移动电话机及其小体积高高功率电器的广泛使用，锂离子电池也被广泛地用作供电电源。现在介绍锂电池充电器的系统设计、电路布线、软件编程及其硬件调试。充电器的规格和功能不同，及结构和电路布线也会存在很大的不同。虽然锂离子充电器市场被看好,但锂离子电池对充电器的要求非常苛刻,要设计生产锂离子充电器,需要满足几大要求。其中,基本要求是充电时要保持特定的充电电流和充电电压,即恒流恒压方式,这才能保证电池的安全充电。而且,为有效利用电池容量,需将锂离子电池充电至最大电压,但是过压充电会造成电池损坏,这就要求过压保护。锂离

2、子电池充电器目前具有广泛的应用，也会具有广泛的市场。针对锂离子电池不同的型号、生产厂商、应用范围及其极性要求，设计者必须设计出与之使用的专用充电器；也根据锂离子电池的特性及其充、放电曲线确定充电器的技术参数，按照这些技术设计出通用的充电器。目前广泛使用的便携性二次电池主要有镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池和锂聚合物等几种，但是由以锂离子电池在实际生活中使用的最频繁。在一些对电池的体积、能量密度、稳定性和使用寿命等要求较高的场合，锂电池越来越多的被人们所采用。锂离子电池是在锂电池的基础上发展起来的一种新型电池。作为一种小型轻量、容量高、对环境安全的新型电池，锂离子电池主要用于便携式一些现代设备中，

3、如移动电话机、家用小型电器设备，随着这些电器的迅速发展，锂离子电池的生产及需求量也会与日俱增。自1990年日加公司首次提出开发出里锂离子电池以来，各国的大公司先后推出了自己的锂离子电子产品，这些公司主要有日本的东芝、松下、三洋、汤浅，美国的杜拉塞尔和中国的几家公司等。目前，全世界的锂离子电池市场规模主要由日本来体现。1995年，日本的锂离子电池的市场规模占全世界锂离子电池市场规模的88.6%。锂离子电池的应用不仅向着小型轻量得小型电器发展，而且也开始向着大型电动设备发展。锂离子电池具有较高的能量重量比和能量体积比，无记忆效应，可重复充电次数多，使用寿命较长，价格也越来越低。它的这些特点促进了便

4、携式产品向更小更轻的方向发展，使得选用单节锂离子电池供电的产品也越来越多。锂离子电池的不足之处在于对充电器的要求比较苛刻，对保护电路的要求较高。其要求的充电方式是恒流恒压方式，为有效利用电池容量，需将锂离子电池充电至最大电压，但是过压充电会造成电池损坏，这就要求较高的控制精度（精度高于1）。另外，对于电压过低的电池需要进行预充，充电终止检测除电压检测外，还需采用其他的辅助方法作为防止过充的后备措施，如检测电池温度、限定充电时间，为电池提供附加保护。由此可见实现安全高效的充电控制成为锂离子电池推广应用的瓶颈。锂电池充电器的基本要求是特定的充电电流和充电电压，从而保证电池安全充电。增加其它充电辅助

5、功能是为了改善电池寿命，简化充电器的操作，其中包括给过放电的电池使用涓流充电、电池电压检测、输入电流限制、充电完成后关断充电器、电池部分放电后自动启动充电等。所有或者部分这些功能都可以在充电芯片中实现，当然，也可利用ASIC、分立器件、或在微处理器的基础上用软件实现。锂离子电池充电器是随着锂离子电池的发展而不断发展起来的，由锂离子电池的特性中可以得出对锂离子电池充电器的要求比较高，这也是设计锂离子电池充电器的一大难点。其要求的充电方式是恒流恒压方式，为有效利用电池容量，需将锂离子电池充电至最大电压，但是过充会造成电池损坏。 二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：1、利用单片机A/D转换功能和P

6、WM调制设计一个控制器2、指示灯电路的设计。3、电源电压与环境温度采样电路设计4、基准电压电路和开关电路设计。5、根据要求，完成硬件电路图的设计。6、根据要求，用汇编或C语言进行编程。三、研究步骤、方法及措施：（一）、制定具体实施计划（二）、硬件部分1、画出总体硬件框图2、完成系统指示灯的电路图3、电源电压与环境温度采样电路4、精确基准电源产生电路5、开关控制电路（三）、软件部分1、系统软件总体设计思路2、充电流程设计3、方案的编程实现（汇编）4、测试阶段，对系统进行必要的测试（四）、总体电路的组合和总的调试（五）、攥写毕业论文（六）、论文答辩四、参考文献1Maxim公司Girt Helloe

7、s.可充电电池技术和充电方法M.Pdffactory,2004.2王耘.Ni-MH等常见蓄电池的原理及其应用.今日电子J.2002(2)：5062.3李宁.充电器知识和电池工业J.2001(6):2542.4张兴伟.数字手机电路与检修技术M.北京：人民邮电出版社，2006. 5Moseley PT. Positive plate additives J. Journal of Power SourcesM,1997.6马继军.浅析蓄电池脉冲快速充电技术及其应用J，移动电源与车辆.1996（3）2041.7刘玉杰,姜印平,孟祥适.关于快速脉冲充电技术的研究J.2004(2)2548.8何洪文,孙

8、逢春,张晨光,白文杰.锂离子动力电池充放电特性的实验研究何J.北京理工大学学报，2002, 22(10)4062. 9牛黎明.锂电池在线充放电管理电路的设计M.计算机应用，2001. 10宋加仁，茅力群.基于HT46R23的锂离子电池只能充电器J.电子设计应用，2003（8）1630.毕业设计文献综述电气工程及其自动化锂离子电池充电器的设计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

9、本、高电压、高能量密度、轻型化、长寿命、高安全性的电池，特别是可重复使用的电池备受关注。目前广泛使用的便携式可充电电池可分为镍镉电池、镍氢电池、锂离子及锂聚合物电池。相比其它电池，锂离子电池有其独有的优势：1.比能量高。锂离子电池的比能量高可达镍镉的2倍以上，与同容量镍氢电池相比体积减少看30%，重量可降低50%。因此，锂离子电池有高容量，高密度，尺寸小，重量轻等特点，有利于便携式设备小型轻量化。2.工作电压高。通常单节锂离子电池使用电压为3.6V，是单节镍镉、镍氢电池的3倍，充足电时电压可达4.2V。单节电池可为3V的电路供电。对于要求较高供电电压的电子设备，电池组所需要串联电池数也可大大减

10、少。3.无记忆效应。像镍镉电池都有记忆效应，必须进行定期放电，否则就会因记忆效应使电池失败。而锂电池无记忆效应，不必理会残余电量的多少，可直接进行充电。4.安全快速充电。锂离子电池与金属锂电池不同，它的负极用特殊的碳电极代替金属锂电极，因此允许快速充电。采用1C充电速率，可在两小时内充足电，而且安全性能大大提高。锂离子电池的发展也促进了锂离子电池充电器产业的繁荣。在锂离子充电器产品中,手机充电器是市场上的主流产品。在手机、个人媒体播放器、数码相机、导航系统等便携产品市场的推动下,锂离子充电器市场的前景被业界广泛看好。虽然锂离子充电器市场被看好,但锂离子电池对充电器的要求非常苛刻。一、电池充电器

11、新发展 由于技术的不断发展和用户要由于技术不求日益提高，电子设备正向小型化、轻量化发展，其功能也不断增强和完善。这推动了电池技术以及与之相关的电池充电、电池保护电路技术迅速发展。NiCd电池和NiMH电池长期以来，NiCd电池一直是便携式电子设备的首选可充电电池，而且在某些方面，NiCd还是优于其它新的可充电电池。虽然该电池容量比Li+或NiMH电池小，但是其低阻特性在短时间供电、大电流输出应用场合十分诱人。例如，在以后一段时期内，电源箱将采用NiCd电池。NiMH电池与NiCd电池特性相似，但容量更大。由于其较高的自放电率（储能每天大约以容量的1%减少将近是NiCd电池自放电率的两倍）使Ni

12、MH电池的优势从某种程度上被削弱。因此，NiMH电池不适合应用于需要长期保持电池能量不丢失的场合。在快速充电方面，NiMH与NiCd电池也有所不同。两种类型的电池均可以数量等于或大于电池标称容量C充电。细流或涓流充电对NiCd、NiMH电池相对比较简单。相对于快速充电，采用小电流细流充电引起的电池温升比较小，不会损坏电池，因此，没有必要终止细流充电或对电池电压监测。容许的最大细流充电电流与电池类型和环境温度有关，但C/15的充电速率对于典型应用通常是安全的。锂电池最近几年，电池技术的革新主要在锂电池技术上。锂电池的容量比目前大批量生产的任何可充电电池的容量都大。虽然以体积作为度量尺度时，锂电池

13、的容量仅比同样体积大小的NiMH电池容量仅大一点，但是对于便携式设备体积大小并非其唯一重要指标，设备的轻重度同样很重要。当以单位重量计算储能多少时，锂电池的优势一下体现出来了。NiMH电池相对锂而言要重些，同等质量的容量相比，锂电池将近是NiMH电池的两倍。当然，锂电池也有许多不足或局限，如对过充和过放电十分敏感。为了最大限度的给电池储能，必须将电池放电甚至其最大电压，但是过压充电可能对锂电池造成永久性损坏。同样也不能过流充放电。同时亦有放电警告：重复放电到一个太低的电压可能降低锂电池的容量。二、锂离子电池充电器市场巨大 根据诺基亚公司的预测,2008年全球手机销售量将达12亿部,比2007年

14、增长10%。即使按照每部手机在出厂时只配一个锂离子充电器,该市场的需求也要12亿个之多。根据市场调研公司赛迪顾问的预测,2007年中国MP3销量达到200多万台,与此同时,MP4和MP5等新概念播放器也突破200万台,去年这两个市场总计需要400多万个锂离子充电器。 记者了解到,目前中国是全球锂离子充电器最大的生产地,去年共计生产了5亿个充电器,其中1亿多个销售在国内,其余都销往国外。而内地市场上有超过几百家的锂离子充电器制造商,其中大多数为中小型企业,平均每家厂商的月产能在几十万个以上,广东省聚集了最多的锂离子充电器制造商。 在锂离子充电器产品中,手机充电器是市场上的主流产品。崧顺国际有限公

15、司研发部技术总监喻德茂向中国电子报记者介绍说,今年他们公司主要设计生产手机充电器以及PDA、MP4、随身充等一些特殊的充电器。而东莞市石龙富华电子有限公司开发中心经理林俊容则介绍说,今年他们设计的手机充电器中,主要是5V充电器,充电电流在500mA-800mA之间,这些产品的特色包括：安全,环保,节能,通用。三、充电器符合安全环保法规虽然锂离子充电器市场被看好,但锂离子电池对充电器的要求非常苛刻,要设计生产锂离子充电器,需要满足几大要求。其中,基本要求是充电时要保持特定的充电电流和充电电压,即恒流恒压方式,这才能保证电池的安全充电。而且,为有效利用电池容量,需将锂离子电池充电至最大电压,但是过

16、压充电会造成电池损坏,这就要求过压保护。 另外,锂离子电池还增加了其他充电辅助功能,目的是为了改善电池寿命,简化充电器的操作,其中包括给过放电的电池使用涓流充电,电池电压检测,输入电流限制,充电完成后关断充电器,电池部分放电后自动启动充电等。这些所有及部分功能都可以在充电芯片中实现,当然,也可利用ASIC(专用集成电路)、分立器件或在微处理器的基础上用软件实现。 而最近几年,解决锂离子充电器的静态能耗问题也逐步成为充电器设计过程中的一个重要环节。 总体来说,锂离子充电器在设计过程中在安全、环保和能耗上必需满足不同的国际和国内标准。东莞市石龙富华电子有限公司开发中心经理林俊容向中国电子报记者介绍

17、说,在安全方面,锂离子充电器要满足国内3C/GB4943的要求,要取得3C认证和TLC认证,还要满足YD1591规定,出口则要完全符合国际上IEC60950的安全规定和要求;在环保方面,锂离子充电器要符合电子信息产品污染控制管理办法,或要符合国际的Rosh要求;在能耗方面,锂离子充电器要满足YD/T1591中关于效率与无负载能量消耗方面的要求,或国际上的CEC(加州能源委员会)及能源之星(Energy Star)的要求。四、小结 目前国内的锂离子电池充电器发展的也是比较迅速的，但跟国外相比较而言还是相差的挺多的。但是国家对锂离子电池充电器方面投入的科研经费也是在逐年的增加，这说明国家多这方面也

18、越来越重视了。这主要是随着中国经济的不断发展，锂离子电池在生活中应用无处不在，扮演着重要的角色。因此对锂离子电池充电器的研究也是必要的，研制一种结构简单、成本低廉的锂离子电池充电器。参考文献1Maxim公司Girt Helloes.可充电电池技术和充电方法M.Pdffactory,2004.2王耘.Ni-MH等常见蓄电池的原理及其应用.今日电子J.2002(2)：5062.3李宁.充电器知识和电池工业J.2001(6):2542.4张兴伟.数字手机电路与检修技术M.北京：人民邮电出版社，2006. 5Moseley PT. Positive plate additives J. Journal

19、 of Power SourcesM,1997.6马继军.浅析蓄电池脉冲快速充电技术及其应用J，移动电源与车辆.1996(3)2041.7刘玉杰,姜印平,孟祥适.关于快速脉冲充电技术的研究J.2004(2)2548.8何洪文,孙逢春,张晨光,白文杰.锂离子动力电池充放电特性的实验研究何J.北京理工大学学报，2002,22(10)4062. 9牛黎明.锂电池在线充放电管理电路的设计M.计算机应用，2001. 10宋加仁，茅力群.基于HT46R23的锂离子电池只能充电器J.电子设计应用，2003(8)1630.11凌特公司.现代锂离子电池充电器J.电子产品报，2004(3)510.12戴佳,戴卫恒

20、.51单片机C语言应用程序设计实例精讲M.北京：电子工业出版社,2007. 13Maxim Integrated Products, Maxim Linear Charger for Single-Cell Li+ BatteryM. USA,2002.14杨代华,叶敦范,王典洪.单片机原理及应用M.武汉：中国地质大学出版社,2000. 15刘超勇，锂离子电池充电器M.电子世界，2003.16黄英，余勇全.智能手机锂离子电池充电器M.电子世界,2002.本 科 毕 业 设 计锂离子电池充电器的设计摘 要近几年来，便携式电子产品的迅猛发展促进了电池技术的更新换代。其中锂离子电池以高能量密度、高内

21、阻、高电池电压、高循环次数、低自放电率等特性，脱颖而出，迅速成为市场的主流。据统计，在笔记本电脑和移动电话领域，锂离子电池的市场占有率分别为80%和60%。根据日本矢野经济研究所的预测，锂离子电池正以53.33%的年增长率快速取代传统的镍铬和镍氢电池市场。Li+锂电池因具有体积小、重量轻与能量密度高等优势，所以在GSM/CDMA和数码相机、摄像机及PDA等高端便携式产品中被广泛应用.它们都需要在内建立一个高性能的锂离子电池充电器, 以保证Li+电池在使用中避免过充电、过放电等损害现象的发生，从而,随之带来的是要求锂电池充电器具有严格与完善的保护电路,才能真正实现各项安全保护特性。锂离子电池充电

22、器是特为化学电池设计的理想产品，它们使电池的三项关键指标达到最优化，即容量、寿命和安全性。正是锂离子电池在各个领域越来越广泛的应用，推动了对锂离子电池充电器的研究。锂离子电池也被广泛地用作供电电源。本文将介绍锂离子电池充电器的系统设计、电路布线、软件编程及其硬件调试。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，本文重点介绍充电器设计的核心原理和关键技术，更为高级的功能在本案例的基础上进行扩展。本文的技术要点包括：模数转换采样、保护机制与应急处理、基准电压的获取、多种充电模式的设计。其充电过程分为预充、快速充电和涓流充电三个阶段，锂离子充电器也有充电报警装置来保护充电器以防故障。

23、关键字：锂电池；预充；充电保护；充电报警AbstractIn recent years, the rapid development of portable electronics promotes the upgrading of battery technology. Including lithium ion battery with high energy density, high resistance, high battery voltage, high cycle times, properties, such as low self-discharge blooming, r

24、apidly becoming the mainstream market. According to statistics, in laptops and mobile field, lithium ion battery market share for 80% and 60 percent respectively. According to Japanese Yano institute of wild economic forecasts, lithium ion battery is 53.33% annual growth rate quickly replacing tradi

25、tional nickel chrome and NI-MH batteries market. Li + lithium battery because of its small volume, light weight and energy density in higher advantage, so GSM/CDMA and digital camera, video camera, PDA and other high-end portable products has been widely used. They all need to build a high-performan

26、ce, lithium ion battery charger, to ensure that Li + batteries in use avoid charging, discharge, and the damage occurred phenomenon, then bring is lithium battery charger has strict requirements with perfect protection circuit, can we truly achieve the various safety protection properties. Lithium i

27、on battery charger is designed for the ideal chemical battery products .They make a battery three key indicators to reach optimization, namely capacity, life and security. It is lithium ion battery in various fields more widely, helped to push up the lithium ion battery charger. Lithium ion battery

28、is widely used as power supplies. This paper will introduce lithium ion battery charger system design, circuit wiring, software and hardware debugging. Charger specifications and function is different, its structure and circuit wiring there will be very different, this paper mainly introduces the co

29、re principle and design charger for key technology more advanced functions, in this case on the basis of expansion. This paper includes: the technical key points of frequency-field sampling, protection mechanism and emergency treatment, benchmark voltage acquisition, various charging mode design. Th

30、e charging process is divided into pre charger, fast charging and Juan flow charging three stages, lithium ion battery charger also have charging alarm device to protect the charger to prevent failure. Keywords: lithium battery; Pre filling; over charge protector; charging alarm. 目 录第1章 绪论11.1课题研究的背

31、景及目的11.2锂离子电池充电器的功能描述11.3本课题的设计任务1第2章 锂离子电池的介绍22.1锂离子的介绍22.2锂离子电池工作原理及其结构22.3锂离子电池基本参数特性22.4锂离子电池放电特性32.5锂离子电池充电特性32.6系统技术参数4第3章 锂电池智能充电器硬件设计53.1充电器的智能化要求53.2总设计框架53.3系统指示灯电路53.4电源电压与环境温度采样电路63.5精准基准电源产生电路63.6开关控制电路73.7石英晶体振荡器83.8主要器件及其功能8第4章 锂离子电池充电器软件设计104.1系统软件总体设计思路104.2系统主流程104.3充电流程设计12第5章 系统调

32、试135.1硬件调试135.2常见故障处理13小结14参考文献15致谢词16附录一：系统硬件电路原理图17附录二：系统设计源程序1833第1章 绪论1.1课题研究的背景及目的 由于锂离子电池具有高电压、高容量的重要优点，且循环寿命长、安全性能好，使其在电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等多方面具有广阔的应用前景，成为近几年广为关注的研究热点。随着锂离子电池的发展，当然来促进了锂离子电池充电器的发展，锂离子电池充电器很被市场看好，但锂离子对充电器的要求非常的苛刻。设计生产锂离子电池充电器的时候，需要满足很多的要求。电子信息时代使对移动电源的需求快速增长。目前，由于常规充电技术不能适应各类新型

33、电池的要求，因此严重影响电池的使用寿命。所以要想充分利用电池容量或延长电池寿命，必须及其严格的控制充电参数。随着技术的不断改进和材料的不断更行，现在市场上使用的锂离子电池充电器有着广阔的市场消费。本文的研究也是为了更好的了解锂离子电池充电器的工作原理，希望能通过此次的研究来改进锂离子电池充电器的工作效率。1.2锂离子电池充电器的功能描述充电器是特为化学电池设计的理想产品，它们使电池的三项关键指标达到最优化，即容量、寿命和安全性。正是锂离子电池在各个领域越来越广泛的应用，推动了对锂离子电池充电器的研究。目前一些大的厂家生产的充电器都具有一下特点：具备限流保护，电流短路与反充保护线路设计，自动、快

34、速充电、充满后自动关断等等。有的还具有LED充电状态显示、低噪声、模拟微电脑控制系统等特点。由于锂离子的特点使得其对充电器的要求非常的苛刻。其要求的充电方式是恒流恒压方式，为有效利用电池容量，需将锂离子电池充电至最大电压，但是过充会造成电池损坏，这就要求较高的控制精度（精度高于1%）。另外，对于电压过低的电池除了需要进行预充、充电终止检测、电压检测外，还需采用其他的辅助方法，作为防止过充的后备措施，如检测电池温度、限制充电时间，为电池提供附加保护，因此可见实现安全高效的充电控制已成为锂离子电池推广应用的目标。按照锂离子电池的特性参数和充、放电曲线完成充电器设计，可以完成如下的功能：（1）电池充

35、电功能：完成基本的充电功能，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指示灯显为红色；充电后，LED的指示灯为绿色。（3）保护机制：当电池和充电器的工作温度超过设定范围，或者充电电压出现异常时，系统的红色LED指示灯闪烁，期间隔为0.5s。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。1.3 本课题的设计任务针对锂电池的充电规律，结合现有锂电池充电器的特点，本课题欲设计一款可以对大部分中小功率的锂离子电池充电，要求以单片机为控制核心，设计硬件电路，并编制相应软件，使所设计的充电器具有

36、智能化特点，自动检测、充电、断电、报警等，达到理想的充电效果。第2章 锂离子电池的介绍2.1锂离子的介绍锂离子电池的发展锂离子电池具有较高的能量重量比和能量体积比，无记忆效应，可重复充电次数多，使用寿命长，价格也越来越便宜。它的这些特点促进了便携式产品向更小更轻的方向发展，使得选用单节锂离子电池供电的产品也越来越多。锂离子电池的不足之处在于对充电器的要求比较苛刻，对保护电路的要求比较高。其要求的充电方式是恒流恒压方式，为有效利用电池容量，需将锂离子电池充电至最大电压，但是过充会造成电池损坏，这就要求较高的控制精度（精度高于1%）。另外，对于电压过低的电池除了需要进行预充、充电终止检测、电压检测

37、外，还需采用其他的辅助方法，作为防止过充的后备措施，如检测电池温度、限制充电时间，为电池提供附加保护。由此可见实现安全高效的充电控制成为锂离子电池推广应用的瓶颈。2.2锂离子电池工作原理及其结构（1）工作原理 目前最常用的锂离子电池的负极为石墨晶体，正极为氧化钴锂。它的LiCoO2层状结构士意图如下图2.1。下面以这种电池为例说明锂离子电池的基本工作原理：石墨晶体和氧化钴锂都具有层状结构，这种层状化合物允许锂离子进出，而材料结构不会发生不可逆变化。 充电时，正极中的锂原子成锂离子和电子。得到外部输入能量的锂离子，在电解液中由正极向负极迁移，并且锂离子和电子在负极上复合成锂原子，重新形成的锂原子

38、插入到负极石墨的层状结构中。图2.1 LiCoO2的层状结构示意图 放电时，插入到石墨晶体中的锂原子从石墨内部向负极表面移动，并在负极表面电离成锂离子和电子，他们分别通过电解液和负载流向正极，在正极重新复合成锂原子然后插入到正极的氧化钴锂的层状中，从上面的过程可以看出，锂永远以离子的形态出现，不会以金属的形态出现，因此，这样的电池叫做锂离子电池。 锂离子电池在实际生活中使用的很频繁，而锂离子电池充电器的设计与采用以往充电技术的充电器不一样。为了适应锂离子电池的充电需要，下面介绍锂离子电池的充电原理及其充电器的技术功能参数。2.3锂离子电池基本参数特性 锂离子电池可分为两大类：不可充电型和可充电

39、型，其最大的特点是比能量高。比能量指的是单位重量或单位体积的能量。 总的来说，锂离子电池具有如下的参数特性：(1)高能量密度：锂离子点的能量密度可以达到360Wh/L，158Wh/Kg,是NI-CD及NI-MH电池的两倍以上。(2)高工作电压：一般锂离子电池的放电电压为3.7V。(3)高负载特性：锂离子电池的最大连续放电电流可以达到2CmA。(4)放电特性稳定：即使在电池寿命接近终止时，光宇锂离子电池可以保持着良好的放电稳定性。(5)快速充电特性：锂离子电池可接受的最大充电电流可达1CmA，而且恒流充电时间达到50分钟以上。(6)长循环寿命：重复使用次数多，循环充电特性好，可以重复500-10

40、00次充放电。锂离子电池的上述参数特性是最一般的技术参数，例如，电池的最高工作电压和快速充电特性是充电器设计必须满足的基本条件：电池的充放电次数是评价充电器性能的指标，一般地，充电器产品必须达到电池规定的充发次数才算合格产品。2.4锂离子电池放电特性锂离子电池在使用中不可过充、过放，否则将损坏电池，使之报废。因此，电池上一般有保护元器件或保护电路以防止昂贵的电池损坏。正确使用锂离子电池对延长电池寿命是十分重要的，锂离子电池时目前最为广泛的锂电池，它根据不同的电子产品的要求可以做成扁形长方形、圆柱形等，并且有由几个电池串联在一起组成的电池组。锂离子电池的额定电压为3.6V。 锂离子电池对充电器要

41、求很高，必须保证充电终止电压精确在1%之内。充电完成时的终止充电电压与电池阳极材料有关：阳极材料为石墨材料的电池为4.2V；阳极材料为焦炭的电池为4.1V。不同阳极材料的内阻也不同，焦炭阳极的内阻略大，其放大曲线也略有差别。 锂离子电池不适合用作大电流放电，过大电流放电时会降低放电时间（由于电池内部会产生较高的温度而损耗能量）。因此电池厂家给出最大放电电流，在使用中应在小于最大放电电流的状态下工作。锂离子电池对温度有一定要求，厂家也给出了充电温度范围、放电温度范围及保护温度范围。锂离子电池对充电的要求是很高的，它要求精密的充电电路以保证充电的安全。终止充电电压精度允许差为额定值的1%左右，过压

42、充电会造成锂离子电池永久性损坏。锂离子电池充电电流应以电池厂家的建议为准，并要备有限流电路以免发生过流。一般常用的充电率为0.25-1C。大电流充电时往往要检测电池温度，以防过热损坏电池或发生爆炸。2.5锂离子电池充电特性 锂离子易受到过充电、深放电以及短路所造成的损害，其充电电压必须严格限制。充电的速度一般是不会超过1C，放电电压最低为2.7到3.0V之间，但是还是继续放电就可能会损坏电池。能用恒压方式进行充电的是锂离子。为避免锂离子过充或过放电，锂离子电池不仅在内部设有安全部分，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。锂离子电池充电分为两个阶段。首先恒流充电，当接近终止

43、电压时该为恒压充电。假设容量为800mAh的锂离子电池，其终止充电电压为4.2V。电池以800mA（充电率为1C）恒流充电，开始充电时电池电压以较大的斜率升压；当将近4.2V是，改为4.2V恒压充电，电流渐降，电压变化不大；当充电电流降为0.1C时，认为将近充满，可以终止充电。锂离子电池在充电或放电过程 中若发生过充、过放或过流时，会造成电池的损坏或降低使用寿命。2.6系统技术参数了解锂离子电池的充放电特性后，就可以结合锂离子电池的充电特性设计充电器的系统技术参数，并设定充电器的适用范围。充电器技术参数的设定根据充电特性设定了本文的系统技术参数：充电时间（即充电阶段划分）、充电电压/电流参数和

44、系统充电曲线。 图2.2 充电器的设定充电曲线图(1)充电曲线分析 由系统的充电曲线可以看出，本系统分为3个阶段进行，在图中用A、B、C标明。A阶段的充电过程是根据应用的需要自定义的一个充电阶段，它是准备阶段。从充电曲线可以看出，A阶段的充电电流较小，充电电压从3V以线性方式增加，增幅稳定且快速。这一阶段称为“预充电”过程，它用来检测电池是否正常。(2)系统参数设定 充电过程分为3个阶段：A为预充电阶段；B为快速充电阶段；C为涓流充电阶段。各个充电阶段的技术参数和充电时间长度均可通过充电曲线得到。 第3章 锂电池智能充电器硬件设计3.1充电器的智能化要求充电器实现的方式不同会导致充电效果的不同

45、。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。一部好的充电器不但能在短时间内将电量充足，而且还可以对电池起到一定的维护作用，修复由于使用不当造成的记忆效应，即容量下降（电池活性衰退）现象。本章将讲解充电器硬件电路的设计。系统整体电路按照实际功能可划分指示灯电路、电源电压与环境温度采样电路、精准基准电压产生电路和开关控制电路。3.2总设计框架 锂离子电池在充放电使用中注意保护。用一个形象的肥皂泡沫做比喻，锂离子电池如同一堆肥皂

46、泡沫，泡内存储的就是电能。充电时，气泡会随着充电时间的加长而不断增大，当超过其极限时气泡就会破裂，此时即损坏了锂电晶型，造成永久性损坏；若过度放电在，则会造成气泡消失，这样下去充电时汽泡也充不起来，导致锂电池失效。 设计系统框架时，除了技术参数外，系统的可靠性和安全性也是至关重要的。为了保证充电不对电池造成永久性损坏，在设计中必须考虑保护措施。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。下图所示是系统的设计框架，包括电压、温度采样模块、开关控制模块、保护机制和充电模块。主控制单元MCU温度、电压采样充电功能模块保护机制开关控制 图3.1 系统框架设计图 系统设计框架构建了系统的整体功能模块划分，但是在硬件实现和软件实现时，为了合理布线和优化电路结构，并不严格按照这种顶层的模块划分来完成电路和程序。3.3系统指示灯电路系统指示灯有两个：红色LED和绿色LED当点此处于充电状态时，充电器的红灯指示灯亮，绿灯指示灯灭；当电池充电器基本完成，进入涓流阶段 时，充电器的绿灯指示灯亮，红灯指示灯灭；若出现异常状况，则红色指示灯闪烁，绿色指示灯熄灭。 如图3.2所示，LED直接连接至单片机I/O口，RES2电阻利用分压原理得到LED的工作电位差，并利用与LED串联的特点限制其工作电流，起过载保