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1、. . . . 学号：200706273毕业论文(设计)题目名称： 基于AVR单片机的锂电池充电电路设计题目类型： 毕业设计 学生：楚光 院 (系)： 物理科学与技术学院 专业班级： 应用物理0701 指导教师： 太全 辅导教师： 太全 时 间：2011.1至2011.6目 录毕业设计(设计)任务书I毕业论文(设计)开题报告III毕业论文(设计)指导教师评审意见X毕业论文(设计)评阅教师评语XI毕业论文(设计)答辩记录与成绩评定XII中文摘要XIII英文摘要XIV1前言11.1课题研究背景11.2充电器功能描述32 锂离子电池组充电原理52.1锂离子电池的电化学原理52.2负极枝晶效应52.3
2、锂离子电池充电原理62.4锂离子电池充电方案71.4.1快速降压转化器71.4.2快速调节器操作71.4.3快速转换器的电感选择82.5智能充电器系统框图92.6系统参数设计103 充电器硬件描述103.1 Atmega128介绍103.2电源电路113.3充电电路123.4电池检测电路133.5系统指示灯电路144 软件设计154.1系统软件总体设计思路154.2系统主流程154.3充电流程设计174.4程序设计185总结25参考文献26致27附录一系统整体电路图28附录二PCB图29 / 长江大学毕业论文(设计)任务书学院（系）物理科学与技术学院专业 应用物理 班级 应物0701 学生 楚
3、光 指导教师/职称 太全 / 副教授 1. 毕业设计(论文)题目：基于AVR单片机的锂电池组充电电路设计2毕业设计（论文）起止时间：2011年1月2011年6月3毕业设计(论文)所需资料与原始数据（指导教师选定部分）1）单片机原理；2）Atmega128数据手册；3）HIGH-SPEED LITHIUM ION BATTERY CHARGER;4）其他相关元件数据手册； 4毕业设计(论文)应完成的主要容 1）锂电池的充电电路的原理；2）采用Atmega128的锂电池组充电电路的分析与设计；3）充电过程控制软件设计；4）系统性能测试；5毕业设计(论文)的目标与具体要求1）掌握锂电池组充电电路的原
4、理；2）完成硬件电路的设计与实现；3）完成充电控制的程序设计和调试;4）提交系统测试报告；5）完成论文和英文翻译。6、完成毕业设计(论文)所需的条件与上机时数要求Atmega128开发板、计算机等。计算机上机时数200小时。任务书批准日期 年月日 教研室(系)主任(签字)任务书下达日期 年月日 指导教师(签字)完成任务日期年月日 学生（签名）长江大学毕业论文(设计)开题报告题 目 名 称 :基于AVR单片机的锂电池组充电电路设计 题 目 类 别 : 设计论文 院 （系） : 物理科学与技术学院 专 业 班 级 : 应物0701班 学 生 姓 名 : 楚光 指 导 教 师 : 太全 辅 导 教
5、师 : 太全 开题报告日期:2011年4月9日基于AVR单片机的锂离子电池组充电电路设计学 生：楚光物理科学与技术学院指导老师：太全 物理科学与技术学院一、题目来源题目来自社会生产实践。二、研究目的和意义随着便携式电子设备的发展 ,其对电池性能、体积、质量的要求也日益提高.锂离子电池以高能量密度、高电池电压、高循环次数、体积小、质量轻等特性脱颖而出 ,取代传统的镍铬和镍氢电池 ,迅速成为市场主流.锂离子电池对充电供电控制和保护电路的要求较高 ,在使用过程中应严格避免出现过充、过放、过流等现象.与镍氢、镍镉电池不一样 ,锂离子电池必须考虑充电、供电时的安全性.在过度充电状态下 ,电池温度上升后能
6、量将过剩 ,由于电解液分解而产生气体 ,致使压上升而产生自然或破裂的情况 ,而在过度供电状态下 ,电解液分解导致电池特性和耐久性劣化 ,降低电池可充电次数。基于这些因素，为了对锂电池安全、可靠、快速、高效地充电,应该对充电器的智能化,稳定化,安全化和高效化提出更高的要求。对于锂离子电池组，在长期充放电过程中，由于电池组各单体电池间充电接受能力的差异、自放电率的差异、容量衰减速率的差异，电池组各单体荷电量差距越来越大呈发散趋势，容易造成电池组部电池离散性加大，个别电池性能衰减加剧，而导致整组电池失效。因此，为了满足电源的长寿命要求，需要采用电池均衡技术，使电池组各单体电池电压随着充放电循环的进行
7、收敛至稳定值，确保电池不被过放电和过充。三、阅读的主要参考文献与资料名称1洪为.便携式产品的“心脏”与其护理J.POWER,2004(4)2云鹏,冰.锂离子电池充电器智能管理系统的设计J. (嵌入式与 SOC),2010(8-2)3侯宇,王肖.锂离子电池充电供电保护电路的设计J. 光电技术应用2009,24(3)4马潮，詹卫前，耿德根.Atmega8 原理与应用手册M.清华大学2002.5江海波,王卓然,耿德根.深入浅出 AVR 从 ATMega48/88/168 开始M.中国电力6马爱华,晓冬,伟. 基于AVR的锂电池智能充电器的设计与实现J. 单片机开发与应用2009（02），71-737
8、钟伟雄.基于AT89C51的智能充电器的设计J. 信 息 技 术2009( NO.05),31-338凯,斌.新型理电池组智能管理模块的介绍J.电源技术应用 2006（4），53-579雷娟,新华，解晶莹.锂离子电池组均衡电路的发展现状J.电池2007(2),62-6310王青松,思凝,晓林,春华.锂离子电池热安全性的研究进展J. 电池2005(6),240-24111广欣,金东,秀军,兴福.锂离子电池组均衡充电的研究进展J. 电池工业2009(2),65-6812新华,毅,解晶莹.锂离子电池组的短路保护电路设计J. 电池2005(12),443-44413邓绍刚，汪艳，秀清,黄合宝.锂电池保
9、护电路的设计J. 电子科技2006(10),68-7214钱金荣.锂电池充电器与其系统优化J. 基础电子2010（9），,43-4415郝杰.高性能锂电池充电器设计方案J. 中国新技术新产品2009(8),216方军，徐振.锂电池的开关电源式智能管理系统设计J.电源技术应用 2009（8）,13-1817洪，戴永军，向锋。基于单片机的锂电池充电和保护J.通信对抗2004（4），54-5618边延凯,贾瑞庆 ,田爽. 锂离子电池组的均衡控制与设计N. 东北电力大学学报 2006(4),69-72四、国外现状和发展趋势与研究的主攻方向1.高集成度和高控制精度充电IC是主流产品锂离子电池的充电需要经
10、过恒流和恒压两个过程才能完成，因此充电IC的控制精度就特别重要，充电IC的精度决定了电池的充电量和寿命。据调查，目前市场上新推出的锂离子电池充电IC大部分都已经达到了1%的恒压控制精度。除了高精度的恒压和恒流控制外，充电IC还需要电池电压检测、温度检测以与关闭控制等功能用来实现保护作用。而为了适应目前移动设备体积越来越小的趋势，半导体制造商们开始将越来越多的保护功能集成到充电IC中。2.新设计趋向于终端置充电IC该设计的思路就是将充电IC集成在便携设备的PCB板上，并且和微控制器结合使用，而外部的充电器则被精简成一个简单的电源适配器。这种设计的好处在于不仅便于制造商控制其设备的充电质量，而且可
11、以减少便携设备中微控制器和I/O接口的使用。随着锂离子电池充电性能的提高和移动设备的微型化趋势，俗称“旅行充电器”的产品正渐渐成为主流，人们也越来越习惯于使用这种方便轻巧的充电产品。事实上，绝大部分下一代移动设备都已经将充电IC置在设备之中。3.智能化是未来的趋势看似简单的充电控制IC正变得越来越复杂，设计师希望充电IC不仅能管理充放电过程，还可以带来更多的灵活性。以凌特公司最新推出的充电控制IC LTC1734为例，该产品增加了一个多用途的PROG管脚。该管脚不仅可以连接微控制器用于充电功能的开关控制，还可以提供一个与充电电流成比例的电压，使微控制器可以准确地判断出充电进行的情况。除此以外，
12、许多公司还推出了使用围更为广泛的智能充电IC。例如，仪器的bq2057集成了可编程充电电压/电流调整功能，并且可以激活深度放电的电池。五、主要研究容、需重点研究的关键问题与解决思1.锂离子电池的充电过程锂电池充电需要控制它的充电电压，限制其充电电流。锂电池通常都采用三段充电法，即预充电、恒流充电和恒压充电。锂电池的充电电流通常应限制在1C （C 为锂电池的容量）以下，单体充电电压一般为 4.2V，否则可能由于电压过高会造成锂电池永久性损坏。预充电主要是完成对过放的锂电池进行修复，若电池电压低于 3V，则必须进行预充电，否则可省略该阶段，这也是最普遍的情况。在恒流阶段，充电器先给电池提供大的恒定
13、电流，同时电池电压上升，当电池电压达到饱和电压时，则转入恒压充电，充电电压波动应控制在 50mV 以，同时充电电流降低，当电流逐渐减小到规定的值时，可结束充电过程。电池的大部分电能在恒流与恒压阶段从充电器流入电池。由上可知，充电器实际上是一个精密电源，其电流电压都被限制在所要求的围之。图1给出了锂电池充电过程电压电流变化的示意图，可供参考。图1 锂电池充电示意图2.硬件电路实现利用单片机系统, 我们就可以构造出一个智能化的锂离子电池智能管理系统。如图2所示，单片机系统负责控制整个系统的运行,包括充电机参考电压电流值的给定，充电完毕或者保护状态时充电机的关闭,根据电池电压、充电电流、温度等各种参数来智能监测电池充电状态和实现对电池的一系列保护功能。图2 充电硬件示意图降压转化器降压转换器实际上是使用一个电感器和/或变压器（如果隔离是理想）的开关稳压器，作为储能元件从输入端以离散的数据包转移能量到输出端。反馈电路，通过晶体管控制能量的转移，晶体管也称为旁路开关，在电路的负载限制以保持恒定的电压或电流。图3 降压转换器原理图六、完成毕业设计所必须具备的工作条件与解决的办法1 文献调研查阅近二十年来国外有关的文献，其中国文献学校图书馆和中国期刊网能满足需要，大部分文献由
