锂离子电池自动充放电系统的设计开题报告

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本科毕业设计开题报告

题目：锂离子电池自动充放电系统的设计专题：

院（系）：电气与信息工程学院

班级：电气09-12班

姓名：徐圣男

学号： 24号

指导教师：朱显辉

教师职称：讲师

黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告

题目锂离子电池自动充放电系统的设计来源工程应用1、研究目的和意义

随着微电子技术的快速发展，使得各种各样的电子产品不断的涌现，并朝着便携和小型轻量化的趋势发展。为了能够更加有效地使用这些电子产品，可充电电池得到快速的发展。常见的可充电电池包括镍氢电池、镍镉电池、锂电池和聚合物电池等。其中，锂电池以其高的能量密度、稳定的放电特性、无记忆效应和使用寿命长等优点得到广泛的应用。目前绝大多数的手机、数码相机等均使用锂电池。电池的使用寿命和单次循环使用时间与充电器维护过程和使用情况密切相关。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，修复由于使用不当而造成的记忆效应，即电池活性衰退现象。

但锂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等。为此，研发性能稳定、安全可靠、高效经济的锂电池智能充电器显得尤为重要。

本课题采用单片机为控制电路来制作一个能用LCD显示充电电压和电流，能够定时开关和充完自动停充的4.2V的锂电池智能充电器。采用单片机和充电集成电路进行充电器的设计，不但能够实现对锂电池进行充电，而且还能够实现相应的过压和温度保护，从而可以充分发挥锂电池的性能，并避免了充电器在充电时可能对电池造成损害的情况发生，具有一定的智能功能。该方案有效地保护了电池、缩短了充电时间并尽量延长锂电池的使用寿命，符合目前的环境保护潮流。

本课题的研究成果广泛应用于手机、MP3等便携式电子产品，为人类日常生活和生活质量的提高有着深远的意义。

2、国内外发展情况：

在国家鼓励支持及市场前景的推动下，锂离子电池关键技术、关键材料和产品研究都取得了重大进展。其技术和经济性优势显著，推广应用的条件已经日趋成熟。如中信国安盟固利公司提供给北京奥运电动车的新型锂离子动力电池总成比能量已经超过90wh/kg。

但是此前一阶段锂离子电池工作关注重点是关键技术、关键材料和产片研究。锂离子电池的成组技术，成组充电、放电和维护管理等应用技术没有得到应有的重视，致使锂离子电池的充电、放电和维护管理技术及设备研究严重滞后于电池技术达到发展。当前仍然普遍采用的是不能适应锂离子电池特点的电池应用技术和设备。错误的将因为成组技术落后而造成的过充电、过放电、超温和过流问题引起的电池寿命下降、燃烧、炸裂等问题，转嫁到电池本身上。这已经严重制约了其推广应用和产业发展。

由于锂电池具有优良的性能而具有广泛的应用价值，将成为动力以及通讯电池的首选。世界上许多大公司竞先加入到该研究产品的研究、开发行列中。如索尼、三洋、东芝、三菱、富士通、日产、TDK、佳能、永备、贝尔、富士、松下、日本电报电话、三星等。目前常用的领域为电子产品，如手机、笔记本电脑、微型摄像机等。对其他一些重要的领域，如电动交通工具、航空航天、军事等领域也正在进行渗透。消费者对电池电能要求日渐提高；人们希望在获得大容量电能的同时, 能够尽量减轻重量, 提高整个电源系统的使用效率和寿命。而新一代的聚合物锂离子电池在形状上可做到薄形化、任意面积化和任意形状化，大大提高了电池造型设计的灵活性。同时，聚合物锂离子电池的单位能量比目前的一般锂离子电池提高了20%，其容量、与环保性能等方面都较锂离子电池皆获得改善。因此可以预见的是，未来锂离子电池的充电器，亦朝向更快速的充电速率与更强健的系统保护能力为未来发展趋势。

3、研究/设计的目标：

本课题设计一个锂电池充电器，采用恒流恒压充电法充电。能够实时显示当前输出电压本系统总体指标及功能要求如下：

（1）制作一个可以保证恒流恒压充电方法的锂电池充电器。

（2）用单片机作为控制电路。

（3）用LCD显示充电电压和电流。

（4）能够定时开关和充完自动停充。

（5）原理图的绘制和软件流程图的绘制。

4、设计方案：

AT89C51电源模块

液晶显示

6N137

报警电路

A/D转换电路

指示灯

恒压恒流

充电电路

电压温度

采集电路

锂电池

1 预充

在安装好电池后接通输入直流电源，当充电器检测到电池时则将定时器复位，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，使电池电压、温度恢复到正常状态。

预充时间由外接电容控制，预充时间为45分钟。若在规定的充电时间内电池电压达到2.5V以上，且锂电池温度正常，则进入快充过程;若在预充时间内锂电池电压仍低于2.5V,则认为该锂电池不可充电，/CHG引脚连接的发光二极管闪烁，表示充电故障。

2 快充

当预充结束后，锂电池电压上升到2.5V以上，以恒定电路对锂电池进行快充。快充也称横流充电。在快充过程中，锂电池电压逐渐上升，直至锂电池电压达到所设定的终止电压。

3 满充

当在快充过程中，锂电池电压达到所设定的终止电压，快充结束，充电电流快速递减，充电进入满充过程。此时，当充电速率降到设置值以下或满充时间超时，进入顶端截止充电过程。

在顶端截止充电时，以极小的充电电流为电池补充能量。一般情况下，满充和顶端截止充电过程可以延长锂电池5%-10%的使用时间。

4 断电

当电池充满后，M脉冲电平会由低到高，会被单片机检测到，引起单片机的中断，在中断中判断出充电完毕的状态。

5 报警

当电池充满后，芯片本身会熄灭外接的LED绿灯。但是，为了安全起见，单片机在检测到充满状态的脉冲后，不仅会自动切断供电，而且会通过蜂鸣器报警，提醒用户及时取出电池。当充电出错时，本身max1898会控制LED绿灯以1.5Hz左右的频率闪烁，此时不要切断MAX1898的供电，要让用户看到此提示。

锂离子电池工作原理：锂离子充电可分为三个阶段。预充电阶段；恒流充电阶段；恒压充电阶段。预充电阶段是在电池电压低于3V时，电池不能承受大电流的充电。这时有必要以小电流对电池进行浮充；当电池电压达到3V时，电池可以承受大电流的充电了。这时应以恒定的大电流充电。以使锂离子快速均匀转移，这个电流值越大，对电池的充满及寿命越有利；当电池电压达到4.2V时，达到了电池承受电压的极限。这时,应以4.2v的电压恒压充电。这时充电电流逐渐降低。当充电电流小于30mA时，电池即充满了。这时要停止充电。否则，电池因过充而降低寿命。恒压充电阶段要求电压控制精度为1%,即电压要控制在4.158v-4.242v之间.

5、方案的可行性分析：

2001年锂离子电池产量为2.2亿只,随着国内电池厂家生产技术的进一步提高,基于成本的原因,2006年中国超越日本成为锂离子电池的第一生产大国,至今中国在全球锂离子电池行业的优势十分明显.

随着各种用电器具飞速发展, 锂离子电池以其可再次充电.轻巧.电容量大.寿命长.安全性好.电压和比能量高等优点,使其市场前景越来越大,广泛应用于:

(1)移动电话.数码像机.数码摄像机.笔记本电脑.便携式测量仪器.小型医疗器械.电动玩具.电动吸尘器.便携式电动工具.照明装置.太阳能照明等小型轻量化电子装置电动剃须刀.电动牙刷.等日用电器.

(2)动力电源:如电动汽车(Electric Vehicle,EV).混合电动汽车(Hybride Electric Vehicle, HEV).电动自行车.高尔夫球车.电动巡逻车等电动车系列.在军用电源领域也占着重要的地位.如:潜艇备用电源.火炮控制电源.装甲车启动电源.军用照明等.

能源和环保是实现可持续发展的必然条件，减少和消除对石油的依赖是一项有关全球经济安全和能源安全的紧迫任务。锂离子电池作为一种高性能的可充电的绿色能源，在各种产品和交通工具中得到越来越多的应用。以高能二次锂离子电池驱动的电动汽车于油电混合汽车，受到世界各国的重视和研究开发，这为锂离子电池中的代表者磷酸铁锂动力电池（LiFeP04）在广阔的市场创造了新的商机.

（3）目前中国仍是世界上锂离子电池最大消费国，伴随着新能源汽车的迅速发展以及国家相关政策的强力支持，这一趋势将继续得到延续。据相关资料的统计，至2015年，国内锂电池年度产销量将可达到500亿美元.