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1、南 京 理 工 大 学毕业设计说明书(论文)作 者:袁晨学 号：0910190251学院(系):自动化专 业:电气工程及其自动化题 目:动力电池恒压/恒流充电技术研究教授方斌指导者： (姓 名) (专业技术职务)评阅者： (姓 名) (专业技术职务) 2013 年 5月毕业设计说明书（论文）中文摘要随着当今社会科学技术的发展，二次电源的市场迅速拓展。而锂离子电池以其高效、无污染、噪声小等优点成为电动汽车、便携设备等行业的一个重要研究领域。而锂离子电池的使用寿命和容量受充电电路的影响较大，故一个性能优异的充电器显得尤为重要。本文主要介绍了锂离子电池的工作原理、应用和发展以及几种充电原理和方法。运
2、用一种电池模型,搭建了恒流、恒压、恒流-恒压三种充电电路。通过Multisim软件进行了几种充电电路的仿真研究，并通过示波器观察电流、电压变化曲线，并与理论曲线相比较。这样更加透彻的了解了锂电池的充电过程,直观地反映了各种充电方法的优缺点，为更加优异的充电方法提供了思路。关键词 锂电池 恒流/恒压 充电器 Multisim毕业设计说明书（论文）外文摘要Title Study of constant voltage / constant current charging technology for battery Abstract In todays society with the deve
3、lopment of science and technology, the market of secondary power expands rapidly. The lithium-ion battery become an important research area of the electric car, portable equipment and other industries due to its advantages of high efficiency, no pollution, little noise. And the service life of the l
4、ithium-ion battery and capacity are greatly influenced by the charging circuit，so a excellent charger is of great importance.This paper mainly introduces the working principle, application and development of the lithium ion battery as well as the charging principle and methods.We set up three models
5、 of charging circuit,constant current constant voltage and constant current-constant voltage included,and have a research of the charging circuits with the help of Multisim.By comparing the current, voltage curve with the theoretical curve,we can have a thoroughly understanding of the charging proce
6、ss of the lithium ion battery and see the advantages and disadvantages of various charging methods.This provides a way for better charging methods.Keywords The lithium-ion battery Constant current-constant voltage Charger Multisim本科毕业设计说明书（论文） 第 页 共 页目 次 1引言11.1背景11.2结构安排22 锂电池简介和发展32.1锂电池介绍32.2锂电池的
7、应用72.3锂电池的市场和生产状况72.4发展趋势73充电原理和方法93.1理论基础93.2充电方法103.3均衡充电134 充电器件及电路164.1充电电池模型164.2器件LM317介绍174.3充电保护204.4变压器整流直流电源的产生215 仿真及结果235.1简单稳压充电235.2恒流充电245.3恒流恒压充电25结论30致谢31参考文献32本科毕业设计说明书（论文） 第 30页 共 32页1引言1.1背景汽车在社会进步和经济发展中扮演着重要的角色,但是汽车的发展主要以地球上有限的矿物燃料资源为基本前提，目前及今后相当长的一段时间里,绝大部分汽车都是靠燃烧各种燃料驱动的。随着世界原油
8、储备的下降，能源短缺的问题逐渐凸显。此外,气候变化、环境污染等问题都促使人们对汽车节能减排更加的关注。随着中国经济的快速发展与人民生活水平的逐步提升,越来越多的中国普通百姓家庭拥有了汽车,汽车及相关产业的发展将成为中国的重要经济支柱之一。2009年中国的汽车保有量已经达到6962万辆,由于汽车保有量的快速增加,我国的燃油消耗也相应快速增加,对我国燃油供应甚至是整个中国经济都造成了相当程度的冲击。自1993年开始,我国己成为石油净进口国,而且进口数量在逐年增加,对国际市场原油依存度与日俱增。资料显示到2020年后,我国石油消耗总量的50%以上需要进口石油来提供,这无疑对我国能源安全形成严重威胁。
9、随着我国汽车保有量的增加，汽车排放的问题日益严重。汽车造成的污染除了交通扬尘，主要是尾气排放。发动机燃烧后，排放的主要污染物包括碳氢化合物、氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳和细微颗粒物。汽车尾气更接近地面,也更接近经常在市区活动的人群，因此对我们的健康有更大的危害。汽车尾气中细小的颗粒物可进入我们的呼吸道，附着在肺壁上能引起呼吸系统疾病，损坏肺部，使己有的呼吸及心血管问题恶化。当颗粒有毒时，可能导致癌症，还可刺激皮肤和眼睛，造成皮炎、眼结膜炎。尾气在直接危害人体健康的同时，还影响着气候和环境。汽车尾气容易导致酸雨的发生，造成土壤和水源酸化，影响农作物和森林的生长。二氧化碳则是引起地球变暖的罪魁祸首
10、，全球变暖会造成两极冰川融化，平面上升，此外还会造成农作物减产甚至大量物种灭绝。了减缓全球气候变暖，多国家都开始重视节能减排和发展低碳经济。为了应对能源危机、环境污染和气候变化，发展电动汽车是一个重要的方向。电池是电动车的重要能量存储系统，是关键核心部件。其性能直接关系到电动汽车的行驶里程、使用寿命、经济性与动力性等问题。锂离子电池具有单体工作电压高、体积小、重量轻、能量密度高、循环使用寿命长、自放电电流小、无记忆效应、无污染和性价比高等优点，锂离子电池的放电曲线很平坦,可以在电池的整个放电期间内产生稳定的功率。因此锂电池成为车用动力电池的首选。同时锂电池以其独特的优势在科学技术日益发展的今天
11、在很多行业中广泛应用，其市场迅速拓展。在我们日常生活中也是随处可见。锂离子电池的快速、均衡、安全充电可以延长电池使用寿命，高效率和性能。因此一款可靠的充电器就显的尤为重要。1.2结构安排本文在假设每个单体电池性能相同情况下，采用恒压、恒流、恒流-压三种电路对简单的单体电池模型进行充电仿真，观察其充电电流和电压。和理论上的充电曲线相比较，更加透彻地了解充电过程，以及直观的看出各种充电的优缺点。全文可分为五章:第一章引言，介绍了恒压-恒流充电的研究背景和意义，介绍了全文的结构安排。第二章锂电池的简介和发展，介绍了锂电池的工作原理和优缺点以及锂电池的应用市场和发展趋势，且和其它小型蓄电池做了比较。第
12、三章充电原理和方法，详细阐述了各充电原理和方法，并对均衡充电进行了分类。第四章充电器件和电路，介绍了下文电路中主要器件的使用方法和注意事项。设计了市电到9V电压的转换电路以及电池模型。第五章仿真及结果，设计并用软件仿真了三种的简单的充电电路，用示波器输出了电流、电压曲线，并与理论的曲线相比较，分析总结了仿真结果。2 锂电池简介和发展本章主要介绍了锂离子电池的发展状况、工作原理、应用以及优缺点，介绍了目前的锂离子电池的市场、生产和发展趋势，且和其它小型蓄电池做了比较。2.1锂电池介绍电池可以分为化学电池、生物电池以及物理电池。传统意义上的锂电池基本由正极、电解液、负极组成，一般可以分为原电池(一
13、次性电池)和锂二次电池（可充电）。我们日常所熟悉的原电池有碱锰电池、锰干电池等，二次电池有铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池。俗称的“锂电池”是由锂原电池和锂离子蓄电池等组成的，对于原电池，我们日常所熟悉的纽扣式(锂锰)电池是锂原电池；而电脑等小型设备使用的锂电池多为锂离子蓄电池，即锂离子电池。小型便携电子设备在科学技术日益发展的今天以飞快的速度迅速更新发展，这就对电源提出了更加高的要求。在人们对电池研究的过程中，由于锂金属的小原子量和最负的标准电极电位的良好特性，使得研究人员们一直以来把用金属锂作为电池的负极当做一个研究方向。电子手表、计算机电源首先作为锂电池广泛应用的地方，20世纪80年代中期以
14、后，金属锂蓄电池商业化产品开始出现。1970年代埃克森的M.S.Whittingham采用硫化钛作为正极材料，金属锂作为负极材料，制成首个锂电池。1978年，科学工作者提出正负极都用锂离子嵌入、脱出的活性物质构成电池，并进行了大量的研究。1989年，A.Manthiram和J.Goodenough发现采用聚合阴离子的正极将产生更高的电压。1990年，日本SONY公司发明了以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电过程中，锂只以锂离子的形态存在，这就是锂离子电池。当对电池进行充电时，电池的正极上生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳是有很多微孔的层状结构，这样达到负极的锂离
15、子就会嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。这种电池为了区别于“金属锂蓄电池”，就称作“锂离子蓄电池”。锂离子蓄电池的推出，打开了世界范围内对其的广泛研究，几年时间便得到了广泛的应用。2000年，日本锂离子电池销售额更是高达3万亿日元123。2.1.1锂离子电池定义锂离子电池的定义一般可描述为“以能够吸收并去除锂离子的含有锂离子的金属氧化物作为正极，以能够吸收并去除锂离子的碳材料作为负极，基于局部化学反应原理的非水蓄电池”。在广义的范畴内其负极材料也可采用其它材料，如金属氧化物。这里局部反应是指主体分子吸收并去除客体分子或客体离子的现象3。2.1.2 锂离子电池的工作原理锂离子电池的结构是由可/嵌入锂离子的正极和可/释放
