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1、锂电池电压测量,它从本质来说是一个电压表，,传统电压表,直流数字式电压表,数字万能表,锂电池是我们生活常见物品。比喻手机,电池，笔记本电池等等。指电化学体系中含有锂（包括金属锂、锂合金和锂离子、锂聚合物）的电池。锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂金属电池通常是不可充电的，且内含金属态的锂。锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。最早得以应用于心脏起搏器中。锂电池的自放电率极低，放电电压平缓。使得起植入人体的搏器能够长期运作而不用重新充电。锂电池一般有高于3.0伏的标称电压，更适合作集成电路电源。二氧化锰电池，就广泛用于计算器，数位相机、手表中。 为了开发出性能更优异的品种，
2、人们对各种材料进行了研究。从而制造出前所未有的产品。比如，锂二氧化硫电池和锂亚硫酰氯电池就非常有特点。它们的正极活性物质同时也是电解液的溶剂。这种结构只有在非水溶液的电化学体系才会出现。所以，锂电池的研究，也促进了非水体系电化学理论的发展。除了使用各种非水溶剂外，人们还进行了聚合物薄膜电池的研究。 1992年Sony成功开发锂离子电池。它的实用化，使人们的行动电话、笔记本、计算器等携带型电子设备重量和体积大大减小。使用时间大大延长。由于锂离子电池中不含有重金属镉，与镍镉电池相比，大大减少了对环境的污染。,锂电池负极材料大体分为以下几种： 第一种是碳负极材料： 目前已经实际用于锂离子电池的负极材
3、料基本上都是碳素材料，如人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等。 第二种是锡基负极材料： 锡基负极材料可分为锡的氧化物和锡基复合氧化物两种。氧化物是指各种价态金属锡的氧化物。目前没有商业化产品。 第三种是含锂过渡金属氮化物负极材料，目前也没有商业化产品。 第四种是合金类负极材料： 包括锡基合金、硅基合金、锗基合金、铝基合金、锑基合金、镁基合金和其它合金 ，目前也没有商业化产品。 第五种是纳米级负极材料：纳米碳管、纳米合金材料。 第六种纳米材料是纳米氧化物材料：目前合肥翔正化学科技有限公司根据2009年锂电池新能源行业的市场发展最新动向，诸多公司已经开始使用纳米氧化钛和纳
4、米氧化硅添加在以前传统的石墨，锡氧化物，纳米碳管里面，极大的提高锂电池的冲放电量和充放电次,单节锂电池的电压为3.7V（磷酸亚铁锂正极的为3.2V），电池容量也不可能无限大，因此，常常将单节锂电池进行串、并联处理，以满足不同场合的要求。,锂电池的优点,能量比较高。具有高储存能量密度，目前已达到460-600Wh/kg，是铅酸电池的约6-7倍； 2使用寿命长，使用寿命可达到6年以上，磷酸亚铁锂为正极的电池1C（100%DOD）充放电，有可以使用10,000次的记录； 3额定电压高（单体工作电压为3.7V或3.2V），约等于3只镍镉或镍氢充电电池的串联电压，便于组成电池电源组； 4具备高功率承受力
5、，其中电动汽车用的磷酸亚铁锂锂离子电池可以达到15-30C充放电的能力，便于高强度的启动加速； 5自放电率很低，这是该电池最突出的优越性之一，目前一般可做到1%/月以下，不到镍氢电池的1/20； 6重量轻，相同体积下重量约为铅酸产品的1/6-1/5； 7高低温适应性强，可以在-20-60的环境下使用，经过工艺上的处理，可以在-45环境下使用； 8绿色环保，不论生产、使用和报废，都不含有、也不产生任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质。 9生产基本不消耗水，对缺水的我国来说，十分有利。 比能量指的是单位重量或单位体积的能量。比能量用Wh/kg或Wh/L来表示。Wh是能量的单位，W是瓦、h是小时
6、；kg是千克(重量单位)，L是升(体积单位)。3,电池起源,1887年，英国人赫勒森发明了最早的干电池。干电池的电解液为糊状，不会溢漏，便于携带，因此获得了广泛应用。 1890年Thomas Edison 发明可充电的铁镍电池 1896年在美国批量生产干电池 1896年发明D型电池。 1899年Waldmar Jungner 发明镍镉电池. 1910年可充电的铁镍电池商业化生产 1911年中国建厂生产干电池和铅酸蓄电池（上海交通部电池厂） 1914年Thomas Edison 发明碱性电池。 1934年Schlecht and Akermann 发明镍镉电池烧结极板。,947年Neumann
7、开发出密封镍镉电池. 1949年Lew Urry (Energizer) 开发出小型碱性电池 1954年Gerald Pearson, Calvin Fuller and Daryl Chapin 开发出太阳能电池。 1956年Energizer.制造第一个9伏电池 1956年中国建设第一个镍镉电池工厂（风云器材厂（755厂） 1960前后Union Carbide.商业化生产碱性电池，中国开始研究碱性电池（西安庆华厂等三家合作研发） 1970前后出现免维护铅酸电池。 1970前后一次锂电池实用化。 1976年Philips Research的科学家发明镍氢电池. 1980前后开发出稳定的用于
8、镍氢电池的合金。 1983年中国开始研究镍氢电池（南开大学） 1987年中国改进镍镉电池工艺，采用发泡镍，电池容量提升40% 1987前中国商业化生产一次锂电池 1989年中国镍氢电池研究列入国家计划,990前出现角型（口香糖型）电池，电池1990前后镍氢电池商业化生产。 1991年Sony.可充电锂离子电池商业化生产 1992年Karl Kordesch, Josef Gsellmann and Klaus Tomantschger 取得碱性充电电池专利 1992年Battery Technologies, Inc.生产碱性充电电池 1995年中国镍氢电池商业化生产初具规模 1999年可充电
9、锂聚合物电池商业化生产2000年中国锂离子电池商业化生产 2000年后燃料电池，太阳能电池成为全世界瞩目的新能源发展问题的焦点,常见电池,铅蓄电池,纽扣电池,5号电池,七号电池,锂电池,硬件电路设计,硬件电路设计框图如图1所示。,A/D转换模块 现实世界的物理量都是模拟量，能把模拟量转化成数字量的器件称为模/数转换器（A/D转换器），A/D转换器是单片机数据采集系统的关键接口电路，按照各种A/D芯片的转化原理可分为逐次逼近型，双重积分型等等。双积分式A/D转换器具有抗干扰能力强、转换精度高、价格便宜等优点。与双积分相比，逐次逼近式A/D转换的转换速度更快，而且精度更高，比如ADC0809、AD
10、C0808等，它们通常具有8路模拟选通开关及地址译码、锁存电路等，它们可以与单片机系统连接，将数字量送到单片机进行分析和显示。一个n位的逐次逼近型A/D转换器只需要比较n次，转换时间只取决于位数和时钟周期，逐次逼近型A/D转换器转换速度快，因而在实际中广泛使用1。,逐次逼近型A/D转换器原理 逐次逼近型A/D转换器是由一个比较器、A/D转换器、存储器及控制电路组成。它利用内部的寄存器从高位到低位一次开始逐位试探比较。 转换过程如下： 开始时，寄存器各位清零，转换时，先将最高位置1，把数据送入A/D转换器转换，转换结果与输入的模拟量比较，如果转换的模拟量比输入的模拟量小，则1保留，如果转换的模拟
11、量比输入的模拟量大，则1不保留，然后从第二位依次重复上述过程直至最低位，最后寄存器中的内容就是输入模拟量对应的二进制数字量5。其原理框图如图2所示：,由于单片机的并行口不能直接驱动显示器，所以，在一般情况下，必须采用专用的驱动电路芯片，使之产生足够大的电流，显示器才能正常工作7。如果驱动电路能力差，即负载能力不够时，显示器亮度就低，而且驱动电路长期在超负荷下运行容易损坏，因此，显示器的驱动电路设计是一个非常重要的问题。 为了简化数字式直流电压表的电路设计，在驱动电路的设计上，可以利用单片机P0口上外接的上拉电阻来实现，即将LED的A-G段显示引脚和DP小数点显示引脚并联到P0口与上拉电阻之间，
12、这样，就可以加大P0口作为输出口德驱动能力，使得LED能按照正常的亮度显示出数,显示器与单片机接口间的设计,总体电路设计 经过以上的设计过程，可设计出基于单片机的简易数字直流电压表硬件电路原理图如图所示。,程序设计总方案 根据模块的划分原则，将该程序划分初始化模块，A/D转换子程序和显示子程序，这三个程序模块构成了整个系统软件的主程序，如图所示,主程序框图,A/D转换子程序用来控制对输入的模块电压信号的采集测量，并将对应的数值存入相应的内存单元，其转换流程图如图所示。,显示子程序,显示子程序采用动态扫描实现四位数码管的数值显示，在采用动态扫描显示方式时，要使得LED显示的比较均匀，又有足够的亮
13、度，需要设置适当的扫描频率，当扫描频率在70HZ左右时，能够产生比较好的显示效果，一般可以采用间隔10ms对LED进行动态扫描一次，每一位LED的显示时间为1ms10。在本设计中，为了简化硬件设计，主要采用软件定时的方式，即用定时器0溢出中断功能实现11s定时，通过软件延时程序来实现5ms的延时。,仿真,软件调试的主要任务是排查错误，错误主要包括逻辑和功能错误，这些错误有些是显性的，而有些是隐形的，可以通过仿真开发系统发现逐步改正。Proteus软件可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真，用户甚至可以实时采用诸如LED/LCD、键盘、RS232终端等动态外设模型来对设计进行交互
14、仿真。Proteus支持的微处理芯片包括8051系列、AVR系列、PIC系列、HC11系列及Z80等等。Proteus可以完成单片机系统原理图电路绘制、PCB设计，更为显著点的特点是可以与u Visions3 IDE工具软件结合进行编程仿真调试8。本系统的调试主要以软件为主，其中，系统电路图的绘制和仿真我采用的是Proteus软件，而程序方面，采用的是汇编语言，用Keil软件将程序写入单片机,2.当IN0输入电压值为1.50V时，显示结果如图15所示。测量误差为0.01V。,当IN0口输入电压值为3.50V时，显示结果如图16。测量误差为0.01V。,5.2.2 误差分析,通过以上仿真测量结果
15、可得到简易数字电压表与“标准”数字电压表对比测试表，如下表4所示： 表4 简易数字电压表与“标准”数字电压表对比测试表,标准电压值/V简易电压表测量值/V绝对误差/V 0.000.000.00 0.500.510.01 1.001.000.00 1.501.510.01 2.002.000.00 2.502.500.00 3.003.000.00 3.503.500.00 4.004.000.00 4.995.000.01,当输入电压为5.00V时，ADC0808输出数据值为255（FFH），因此单片机最高的数值分辨率为0.0196V(5/255)。这就决定了电压表的最高分辨率只能到0.019
16、6V，从上表可看到，测试电压一般以0.01V的幅度变化。 从上表可以看出，简易数字电压表测得的值基本上比标准电压值偏大0-0.01V，这可以通过校正ADC0808的基准电压来解决。因为该电压表设计时直接用5V的供电电源作为电压，所以电压可能有偏差。当要测量大于5V的电压时，可在输入口使用分压电阻，而程序中只要将计算程序的除数进行调整就可以了,程序代码,LED_0 EQU 30H LED_1 EQU 31H LED_2 EQU 32H ADC EQU 35H CLOCK BIT P2.4 ST BIT P2.5 EOC BIT P2.6 OE BIT P2.7 ORG 00H SJMP START ORG 0BH LJMP INT_T0 START: MOV LED_0, #00H MOV P2, #0FFH MOV LED_1, #00H MOV LED_2, #00H MOV DPTR, #TABL,MOV TMOD, #02H MOV TH0, #245H MOV TL0,
