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1、毕业设计（论文）锂离子电池充电器设计摘 要随着移动电话笔记本电脑个人数字助理 PDA 摄录像机及小体积高功率电器的广泛使用锂离子电池被广泛地作供电电源锂电池具有工作电压高能量密度大重量轻寿命长及环保性佳等优点目前锂离子电池已大量应用于可携带式电子产品上未来更可作为电动工具交通工具等的动力来源其未来需求及发展前景是相当广阔锂离子电池在各个领域的广泛应用推动了对锂离子电池充电器及充电管理芯片的研究充电管理芯片通常都具有以下特点限流保护电流短路与反充保护线路设计自动及快速充电充满电后自动关断等有些还具有 LED 充电状态显示低噪声模拟微电脑控制系统等特点锂离子的特点使得其对充电管理芯片的要求比较苛刻
2、充电方式通常采用恒流恒压方式本文所设计系统以 EM78P458 单片机为控制核心电路按照实际电路功能可划分为系统指示灯电路电源电压与环境温度采用电路精确基准电压产生电路和开关控制电路具体分析了锂离子电池的充电原理与充电方法硬件电路设计软件程序设计等实现了电池充电 LED 指示保护机制及异常处理等功能关键词锂离子电池 EM78P458 充电器 硬件电路 软件设计AbstractWith mobile phones notebook computers personal digital assistant PDA video recorders and small perturbation hig
3、h volume of the widespread use of electrical power lithium-ion batteries are widely for power supply Lithium battery voltage with high energy density light weight long life and environmental advantages of good The current lithium-ion battery has a large number can be used in portable electronic prod
4、ucts the future will be as electric tools such as transport of power sources its future needs and development prospects are very broad Lithium-ion batteries in a wide range of applications in various fields promote the lithium-ion rechargeable battery charger and management chip research Charging ma
5、nagement chips generally have the following characteristics current limit protection and counter-charge current short-circuit protection circuit design automatic and quick and full of power after the automatic shutdown and so on Some also have LED charging status low noise analog microcomputer contr
6、ol system and so on The characteristics of lithium-ion rechargeable management makes its chips on the request of relatively harsh usually charging a constant current constant pressure methods This paper designed to EM78P458 SCM system for the control of the core the circuit functions in accordance w
7、ith the actual circuit can be divided into light circuit system power supply voltage and temperature using circuit precision reference voltage circuit and a switch control circuits Specific analysis of the lithium-ion rechargeable battery with the principle of charging method hardware design softwar
8、e design To achieve a battery charger LED instructions the protection mechanism and exception handling and other functions Key words lithium-ion battery charger EM78P458 hardware circuitSoftware design目 录摘 要 IAbstract II1 绪论 111 课题研究背景 212 充电器功能描述 313 锂离子电池充电原理 314 锂电池充电方法 62 系统设计框架与技术参数 921 系统设计框架
9、922 系统技术参数 1023 系统技术方案 103 充电器硬件设计 1431 单片机简介 1132 单片机外部扩展 1133 系统指示灯电路 1434 电源电压于环境温度采样电路 1435 精确基准电源产成电路 1536 开关控制电路 164 充电器软件设计 1741 系统软件总体设计思路 1742 系统主流程 1843 电流程设计 20结论 22致谢 23参考文献 24附图 25附录 A 汇编 261 绪论11 课题研究背景锂离子电池充电管理芯片的发展反映了当今信息时代锂离子电池的广泛应用近年来随着科学技术的不断进步与发展越来越多的便携式电子产品如移动电话笔记本电脑个人数字助理 PDA 摄
10、录像机等逐渐普及为人们的日常工作和生活带来便利由于这些产品均朝向无线化可携带化方向发展其关键性零组件电源也往轻薄短小的目标迈进团此对于体积小重量轻能量密度高的二次电池需求相当迫切小型二次电池包括镍镉电池镍氢电池及锂电池在防止镉污染的环保需求下镍镉电池慢慢被取代已成趋势镍氢电池虽无环保问题但是能量密度低高温特性差及少许记忆效应等缺点在 3C 产品应用上己逐渐被锂离子电池所取代锂电池具有工作电压高 37Volt 能量密度大 175 WhKg 重量轻寿命长及环保性佳等优点目前已大量应用于可携带式电子产品上包括笔记型计算机 PDA 移动电话摄录像机数字相机迷你光驱掌上型终端机及游戏机等未来更可作为电动
11、工具电动自行车电动机车的动力来源其未来需求及发展前景是相当看好的总的来说锂离子电池具有以下优点 工作电压高通常单节锂离子电池的电压为 37 V 单体电池即可为 3 V 的逻辑电路供电对于要求较高供电电压的电子设备电池组所需串联电池数也可大大减少体积小重量轻比能量高通常锂离子电池的比能量可达镍镉电池的 2 倍以上与同容量镍氢电池相比体积可减少 30 重量可降低 50 有利于便携式电子设备小型轻量化 寿命长锂离子电池采用碳负极在充放电过程中碳负极不会生成金属锂从而可以避免电池因内部金属锂短路而损坏目前锂离子电池的寿命可达 1200 次以上远远高于各类电池安全快速充电锂离子电池与金属锂电池不同它的负
12、极用特殊的碳电极代替金属锂电极因此允许快速充电在特定情况下可在短时间内充足电而且安全性能大大提高允许温度范围宽锂离子电池具有优良的高低温放电性能可在-2060 之间工作高温放电性能优于其它各类电池 此外锂离子电池还具有自放电电流小无记忆效应和无环境污染等优点综合性能优于铅酸镍镉镍氢和金属锂电池被称为性能最好的电池尽管锂离子电池具有上述诸多优点 但还是存在有如下的缺点 与干电池无互换性锂离子电池虽然有电压高的好处但也有很难和干电池互换的缺点当蓄电池放完电时一般的想法是用干电池暂时取代 但由于这两者电压不同不能直接代换 无法急速充电锂离子电池不能像镍镉电池那样用 15 分钟急速充足电锂离子电池的充
13、电方法是最初以恒定电池充电最后则以恒定电压完成充电较快速度充电时间约需 2 小时 内部阻抗高因为锂离子电池的电解液为有机溶液其电导率比镍镉电池 镍氢电池的水溶液电解液小得多所以锂离子电池的内部阻抗比镍镉电池或镍氢电池约大 10 倍左右工作电压变化较大电池放电到额定容量的 80 时镍镉电池的电压变化很小 约 20 锂离子电池的电压变化很大约 40 对电池供电的设备来说这是严重的缺点但可以由锂离子电池放电电压变化比较大很容易据此检测电池的剩余电量 放电速率较大时容量下降较大但同其优点相比这些缺点不应成为主要问题特别是用于一些高科技高附加值的产品中因此锂离子电池具有广泛的应用价值其经济价值相当可观1
14、2 充电器功能描述充电管理芯片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管理芯片的研究目前一些大的厂家生产的充电管理芯片都具有以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速充电充满电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管理芯片的要求比较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除了需要进行预充充电终止检测电
15、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由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电池充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 指示灯显示为绿色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 05s 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运行异常处理系统能在排除异常后重新恢复充电13 锂离子
16、电池充电原理锂离子电池在现实生活中使用的非常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锂离子电池可以分成两大类不可充电型和可充电型其最大特点是比能量高必能量指的是单位重量或单位体积的能量用 Whkg 或 WhL 表示锂离子电池具有如下参数特性高能量密度锂离子电池的能量密度可以达到 360WhL158Whkg 是 NI-CD 及 NI-MH 电池的两倍以上高工作电压一般锂离子电池的放电电压为 37V高负载特性锂离子电池的最大连续放电电流可以达到 2CmA放电特性稳定即使在电池寿命接近终止时锂离子电池仍保持着良好的放电稳定性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 分钟以上长循环寿命重复使用次数多循环充电特性好可以重复 5001000 次充放电锂离子电池的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
