鋰電池的充放電系統(tǒng)

1、本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)、創(chuàng)作）題目：鋰電池的充放電系統(tǒng)學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：1002149所在院系：專(zhuān)業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化入學(xué)時(shí)間：2010年9月導(dǎo)師姓名：職稱(chēng)/學(xué)位：副教授/碩士導(dǎo)師所在單位：完成時(shí)間：2014年5月安徽三聯(lián)學(xué)院教務(wù)處制鋰電池的充放電系統(tǒng)摘要：隨著時(shí)代的發(fā)展，便攜化設(shè)備應(yīng)用的越來(lái)越廣泛，而鋰電池則成為便攜化設(shè)備的主要的電源支持。鋰電池與其他二次電池不同的是更需更安全高效的充電控制要求，因?yàn)檫@些特點(diǎn)讓鋰電池在實(shí)際的使用中有很多不便。因此，基于特征的鋰離子電池的充電和放電特性，鋰離子電池充電的充電過(guò)程和控制單元的的發(fā)展趨勢(shì)，本文設(shè)計(jì)出了一款智能充放電系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)的控制單元大部分是由基于

2、MAX1898的充電電路和AT89C51的控制單元構(gòu)造而成。以LM7805為MAX1898與AT89C51提供電源支持。本文還提供了用于鋰離子電池的充電和放電控制系統(tǒng)的程序框圖和功能。鋰離子充電電池和鋰離子電池，微控制器，發(fā)電，轉(zhuǎn)換和電壓隔離光耦部分，放電特性充電芯片，鋰離子電池充電電路設(shè)計(jì)，鋰離子電池的程序設(shè)計(jì)充電作為主要內(nèi)容本文。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)、MAX1898AT89C51Li-ionbatterychargeanddischargesystemAbstract:Withtheprogressofthetimes,portabledeviceapplicationsmorewidely,a

3、ndlithiumbatterybecomesmoreportableequipmentsmainpowersupplysupport.Lithiumsecondarybatterieswithotherdifferenceissaferandmoreefficientchargingneedscontrolrequirements,becausethesefeaturesmakelithiumbatterieshavealotofinconvenienceinactualuse.Therefore,Thebodyonthecharacteristicsoflithiumionrecharge

4、ableelectricdischargepool,thedevelopmenttrendoflithium-ionbatterychargingprocessandcontrolunit,thepaperdesignedanintelligentcharginganddischargingsystem.ThisdesignofthecontrolunitisconstructedfromlongMAX1898-basedchargingcircuitandacontrolunitfromAT89C51.ProvidepowersupplysupportforLM7805MAX1898with

5、AT89C51.Thisarticlealsoprovidesablockdiagramandfunctionforlithium-ionbatterychargeanddischargecontrolsystem.Lithium-ionbatterycharacteristics,chargeanddischargecharacteristicsoflithium-ionbatteries,theintroductionoflithium-ionbatterychargingcircuitdesign,rechargeablelithium-ionbatteryisdesignedtogen

6、eratepartoftheprogramthemicrocontrollerparts,powersupply,voltageconversionandopto-isolatedpartofthechargingchip,etc.asthemaincontentofthepaper.Keywords:SCM,STC89c51,MAX1898中文摘要1英文摘要1第1章緒論41.1課題研究的背景4第2章電池的充電方法與充電控制技術(shù)82.1 電池的充電方法和充電器82.1.1 電池的充電方法82.1.2 充電器的要求和結(jié)構(gòu)122.1.3 單片機(jī)控制的充電器的優(yōu)點(diǎn)132.2 充電控制技術(shù)142.2.

7、1 快速充電器介紹142.2.2 快速充電終止控制方法15第3章鋰電池充電器硬件設(shè)計(jì)183.1 單片機(jī)電路183.2 電壓轉(zhuǎn)換及光耦隔離電路213.3 電源電路233.4 充電控制電路243.4.1 MAX1898充電芯片243.4.2 充電控制電路的實(shí)現(xiàn)30第4章鋰電池充電器軟件設(shè)計(jì)324.1 程序功能324.2 主要變量說(shuō)明324.3 程序流程圖32第5章結(jié)論與展望35致謝36參考文獻(xiàn)37附錄38第1章緒論1.1課題研究的背景電池可以說(shuō)是一種由電化學(xué)氧化還原轉(zhuǎn)換成電力的化學(xué)物質(zhì)。我們大致可以分為類(lèi)型的一次和二次電池，二次電池可反復(fù)使用。當(dāng)二次電池的能量轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，作為吸熱反應(yīng)。工作參數(shù)的

8、二次電池電壓，電池容量，工作溫度，充放電性能。在本研究中，我們能夠通過(guò)電池的性能特性曲線，以反映所述二次電池的性能特性，電池的性能特性曲線包括許多曲線，如充放電曲線，曲線和充電-放電循環(huán)溫度曲線，我們可以在電池的安全性評(píng)估使用此功能。二次電池可重復(fù)使用的綠色環(huán)保概念的使用。對(duì)于二次電池，下面對(duì)電池的日常生活中是很常見(jiàn)的：鍥-金屬氫化物電池，鍥鎘電池，鉛酸電池，鋰離子電池。1 .鋰電池的原理正常情況下正極選用鋰合金金屬氧化物作為材料、負(fù)極選用石墨作為材料、溶液使用非水電解質(zhì)。充電正極上發(fā)生的反應(yīng)為L(zhǎng)iCoO2=Li(1-x)CoO2+XLi+Xe-(電子)充電負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)為6C+XLi+Xe

9、-=LixC6對(duì)電池充電的一般反應(yīng)：LiCoO2+6C=Li(1-x)CoO2+LixC6正極正極材料：主流產(chǎn)品多采用鋰鐵磷酸鹽。正極反應(yīng)放電時(shí)鋰離子嵌入，充電時(shí)鋰離子脫嵌。充電時(shí)：LiFePO4-LilxFePO4+xLi+xe-放電時(shí)：Li1-xFePO4+xLi+xe-LiFePO4負(fù)極負(fù)極材料：基本采用石墨。負(fù)極反應(yīng)：放電時(shí)鋰離子脫嵌，充電時(shí)鋰離子嵌入。充電時(shí)：xLi+xe-+6C-LixC6放電時(shí)：LixC6-xLi+xe+6C2 .常見(jiàn)二次電池之間的區(qū)別(1)重量方面鍥氫電池和鍥鎘電池的工作電壓的每單位體積是一樣的，電壓為1.2V的直流電壓，和一個(gè)直流電流的單位體積的鋰離子電池是3

10、.6V。同類(lèi)型的情況下，鋰離子電池重量和鍥鎘電池差不多，但是鍥氫電池的重量則比前者都重得多。鋰電池更輕在相同的電量輸出下。(2)記憶效應(yīng)發(fā)生記憶效應(yīng)只是鍥鎘電池，而鍥氫電池和鋰離子電池則不會(huì)發(fā)生記憶效應(yīng)。如果電池長(zhǎng)時(shí)間用錯(cuò)誤的充電方式對(duì)其充電，電池內(nèi)部就會(huì)引起結(jié)晶沉淀，這就是記憶效應(yīng)。危害有：電池壽命會(huì)縮短，電池不能進(jìn)行有效的充電，電池會(huì)一充電就滿(mǎn)且一放電就完0自放電率這就是常說(shuō)的保持電荷的能力，電池制造過(guò)程中，材料的儲(chǔ)存，影響因素。鋰電池的自放電率為2%到5%之間，鍥鎘電池的自放電率為15%到30%之間，鍥氫電池的自放電率為25%到35%之間。(4)充電方式當(dāng)電路在充電，深度放電和短路條件下

11、，鋰離子電池易受損。所以當(dāng)鋰離子電池處于充電階段時(shí)，控制電路應(yīng)謹(jǐn)慎地對(duì)充電電壓進(jìn)行控制。正常情況下，充電電路的最高充電速率為1C,充電電路最低的放電電壓在2.7V到3.0V之間。此時(shí)的鋰離子電池恒流恒壓充電法。4 .課題研究的意義鋰離子電池充電原理和充電控制作為本論文研究的主要內(nèi)容，本文的意義如下所示：(1)充電前的處理問(wèn)題得到解決。(2)充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)和效率低的問(wèn)題得到解決。(3)過(guò)充和欠充等得到解決。(4)使充電器充電更可靠，更方便。第2章電池的充電方法與充電控制技術(shù)2.1 電池的充電方法與充電器2.1.1 電池的充電方法1 .恒流充電(1)恒流充電充電電池進(jìn)行此種充電方式需要一個(gè)直流的橫流

12、電源，這樣能夠防止交流電源電壓在充電器中波動(dòng)，電池?cái)?shù)量和電池充電過(guò)程的停止時(shí)間都可以可依據(jù)充電時(shí)間來(lái)確定。在這里，我們要讓的需要來(lái)選擇恒流充電模式的充電效率。恒流電源的充電電路如下圖2-1所示圖2-1恒流電源的充電電路(2)準(zhǔn)恒流充電為了讓電流在電池的允許值范圍內(nèi)，當(dāng)電路處于充電末期時(shí)電流可對(duì)電阻值進(jìn)行調(diào)整。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低成本，所以準(zhǔn)恒流充電電路被大范圍地應(yīng)用于充電器中。此充電電路如下圖2-2。圖2-2準(zhǔn)恒流的充電電路2 .恒壓充電恒壓充電就是每個(gè)單體電池在充電的時(shí)候都會(huì)使用一樣且不變的電壓進(jìn)行充電。恒壓充電電路如圖2-3所示。/圖2-3恒壓充電電路3 .涓充方式電池與充電器相連接，電池和負(fù)

13、載并聯(lián)，正常來(lái)說(shuō)，負(fù)載的工作電源為直流電源，電池以涓充方式進(jìn)行充電。應(yīng)急電源，備用電源不允許關(guān)閉的場(chǎng)合使用涓流充電模式。示意圖如下圖2-4所示。圖2-4涓充方式的簡(jiǎn)單示意圖4 .快速充電(1)電池電壓檢測(cè)當(dāng)充電電池正在進(jìn)行充電時(shí)，此階段假如用大電流對(duì)電池進(jìn)行充電的時(shí)候，當(dāng)充電階段處在末期的時(shí)候，這時(shí)候的電路應(yīng)該檢測(cè)電池的電壓，當(dāng)電池的電壓升到預(yù)訂值的時(shí)候，此時(shí)應(yīng)將大電流變成小電流對(duì)電池進(jìn)行充電。而這時(shí)候用小電流對(duì)電池進(jìn)行充電，這樣一來(lái)可以確保電池電荷容量。(2)4V檢測(cè)當(dāng)電池處于充電末期的時(shí)候，此時(shí)的充電過(guò)程中充電電流可以通過(guò)電路檢測(cè)電壓降來(lái)控制。如圖2-5電池充電電流之間的關(guān)系時(shí)，電壓和充電

14、。-4V控制框圖如圖2-6所示。電池電壓充電時(shí)間圖2-5可充電電池，電池電壓和充電時(shí)間圖2-6-V控制系統(tǒng)框圖(3)電池的溫度檢測(cè)當(dāng)電池充電處于末期的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生的熱，電池的溫度將上升，然后充電電流會(huì)增加。溫度傳感器和電阻溫度檢測(cè)器設(shè)置在電池殼來(lái)控制充電電流。電池充電電路會(huì)在電池溫度達(dá)到設(shè)定值的時(shí)候被中斷。電池溫度檢測(cè)簡(jiǎn)圖如圖2-7所示，電池溫度和充電時(shí)間的關(guān)系如圖2-8所示。開(kāi)關(guān)電源恒流源“溫度傳感器圖2-7電池溫度檢測(cè)圖(電池電壓)充電電流充電時(shí)間1圖2-8電池溫度和充電時(shí)間的關(guān)系2.1.2 充電器的要求和結(jié)構(gòu)1 .充電器的要求充電器的要求除了快速，安全，節(jié)能之外我們還要做到功

15、能齊全，操作簡(jiǎn)單和成本低?？焖俪潆娖饕寻踩珨[在第一位，為了防止電池會(huì)過(guò)充電，檢測(cè)快速充電截止的方法必須可靠且精準(zhǔn)。有時(shí)，充電時(shí)間定時(shí)器作為額外的安全措施，加入充電器ICo充電器的功能一般都具有電池電壓檢測(cè)功能。充電過(guò)程中如果電池的電壓升到大于終止放電電壓，此時(shí)的電池應(yīng)先放電一直到與終止放電電壓相同，然后電池才開(kāi)始自動(dòng)充電，這樣就不會(huì)發(fā)生“記憶效應(yīng)”了。性能完善的充電器所具備的功能如下：充電率的設(shè)置充電電池的電量設(shè)置涓流電流設(shè)定定時(shí)器設(shè)定時(shí)間電池充電狀態(tài)的測(cè)量充電電池的溫度檢測(cè)線性電源的充電電流小，開(kāi)關(guān)電源的充電電流大，可節(jié)省能源，可以解決電池?zé)岬那闆r，可能是低電壓直流電源由市電直接整流的AC

16、/DC變換。2 .充電器的結(jié)構(gòu)框圖性能較完善的充電器構(gòu)造圖如圖2-9AA線右側(cè)。220V充放電狀態(tài)指示（單片機(jī)）f_I穩(wěn)壓電源（線性電源或開(kāi)關(guān)電源）充電率選擇充電據(jù)集成電路電壓檢測(cè)（檢測(cè)）溫度傳感器充電電池組放電電路電池?cái)?shù)設(shè)定充電前電池檢測(cè)充電電流檢側(cè)圖2-9充電器結(jié)構(gòu)框圖2.1.3 單片機(jī)控制的充電器的優(yōu)點(diǎn)由于充電器實(shí)現(xiàn)方式導(dǎo)致電荷的不同影響。因?yàn)榇箅娏骺焖俪潆娔Ｊ?，如果不及時(shí)停止充電會(huì)使電池發(fā)熱，電池會(huì)損壞。電壓比較法應(yīng)用在部分成本比較低的充電器，一般充電到90%就要停止電池大電流快速充電，這樣可以防止過(guò)度充電，這時(shí)充電方式轉(zhuǎn)換成小電流涓流補(bǔ)充。日常生活中為了使電池能充滿(mǎn)電，可能導(dǎo)致電池過(guò)

17、度充電，充電器充電結(jié)束時(shí)都可能會(huì)過(guò)度充電。如果后期電池發(fā)熱則代表電池過(guò)度充電。-AV檢測(cè)被認(rèn)為是歷史上最好的方法。充電過(guò)程控制，和單片機(jī)對(duì)充電后的功能往往是芯片所具備的，如上圖2-9所示。一個(gè)實(shí)用的充電器可加入關(guān)斷電源、蜂鳴器報(bào)警、LED顯示等。2.2充電控制技術(shù)2.2.1 快速充電器的介紹電池快速充電器使用0.3到2個(gè)小時(shí)的速率充電電流值。快速充電器原理圖如圖2-10所示：恒流源一快充嘴流充一電轉(zhuǎn)換一次電源輸入啟動(dòng)主控電路其他輔助控制電路放電器圖2-10快速充電器原理框圖主控電路的類(lèi)型如下：(1)定時(shí)型因?yàn)槎〞r(shí)器制造簡(jiǎn)單，使用自動(dòng)定時(shí)充電器。(2)電壓峰值增量V型有的可充電電池在充電的時(shí)候，

18、充電時(shí)間的增長(zhǎng)會(huì)使端電壓變大，端電壓在充足電后又開(kāi)始下降。主控制電路的設(shè)計(jì)是用于自動(dòng)充電的目的，充電的特點(diǎn)，完成了可以在電池電壓峰值略有減少控制監(jiān)測(cè)。也稱(chēng)-V法。2.2.2 快速充電終止控制方法圖2-11鋰電池的充電特性(1)定時(shí)控制此控制適合用于恒流充電方式。采用恒流充電的時(shí)候，充電時(shí)間可以依據(jù)充電電流和電池的容量來(lái)確定。缺點(diǎn)：充電前，電池容量不能準(zhǔn)確知道，充電的時(shí)間不容易確定。(2)電池電壓控制最高電壓(Vmax):優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)電池處于充電階段的時(shí)候，快速充電會(huì)在電池的電壓值升到預(yù)置的電壓值后結(jié)束。缺點(diǎn)：充電率最高電壓將受到影響，在電池的工作環(huán)境溫度導(dǎo)致的最高電壓時(shí)，電池完全充電的變化，并在充

19、電電壓值最高的單電池是不一樣的，不可能準(zhǔn)確地判斷電池有沒(méi)有充滿(mǎn)。電壓負(fù)增量(一4V):可比較準(zhǔn)確地判斷電池有沒(méi)有充滿(mǎn)。缺點(diǎn)：電池充足電之前，部分電壓下降的情況可能會(huì)出現(xiàn)；鎘鍥電池完全充電，電池電壓，經(jīng)過(guò)了很長(zhǎng)時(shí)間，只有負(fù)增長(zhǎng)，這個(gè)時(shí)間會(huì)因過(guò)充電嚴(yán)重?fù)p害。電壓零增量(4V):電池不會(huì)因?yàn)榈却霈F(xiàn)電壓負(fù)增量時(shí)間過(guò)久而損壞。(3)電池溫度控制最高溫度(TMAX)：電池處于充電階段中的時(shí)候，為了避免損害電池，如果電池的溫度上升為40c的時(shí)候，應(yīng)馬上終止快速充電。溫度的變化率(4AT/T):電池溫度將繼續(xù)在充電過(guò)程中，電池的溫度將全面負(fù)責(zé)上升得更快，并上升AT/AT是相同的變化率。此方法也有缺點(diǎn)：因?yàn)闊?/p>

20、敏電阻檢測(cè)溫度會(huì)有所滯后，這樣會(huì)導(dǎo)致電池的狀態(tài)得不到準(zhǔn)確的判斷。(4)綜合控制法為了在所有情況下，電池都可以被系統(tǒng)準(zhǔn)確地檢測(cè)到其狀態(tài)，我們可以把定時(shí)控制，溫度控制，電池電壓控制組合在一起，這樣就能對(duì)電路進(jìn)行綜合控制。第3章鋰電池充電器硬件設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)電路部分1.AT89C51P1P1.1cP1.2cP1,3IZP1.4匚P1一5匚FM.6匚P1.7CRSTc(RXD)P3.。匚CTXDiP3.1ciINTO)P3.2E(INT1)P3.3IZ(TO)P34C(T1)P3.5crWHIP3.6匚(RD)P37UXTAL2UXTAL1匚GbJDE22船3船智JI-c(-/VDr0012345

21、67-co.6o.66o.6daVPFPPPPPP543210)AA-A-AA-AAq76543210s2.aa2CJN22PPPPPFPPPnnnnnnnnnnnnnrnnAT89C51也就是我們?nèi)粘Ｋf(shuō)的單片機(jī)，它不僅帶4K字節(jié)閃爍，而且可編程可擦除，是一種只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS8微處理器，。結(jié)構(gòu)如下圖所示：(MOSH(MISO)(SOK)(1)單片機(jī)的主要特性如下所示：L可以與HCS-51兼容2 .帶有4K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器&可進(jìn)行1000寫(xiě)/擦循環(huán)4,數(shù)據(jù)可以保留10年的時(shí)間5 .全靜態(tài)工作的頻率為0Hz到24MHz6 .三級(jí)程序存儲(chǔ)器可以進(jìn)彳詒貢定7 .內(nèi)部RAM

22、為128X8位以擁有32可編程1/0線9 .擁有兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器10,擁有5個(gè)中斷源11 .串行通道可進(jìn)行編程12 .低功耗的閑置和掉電模式13 .擁有片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路(2)管腳說(shuō)明見(jiàn)下表管腳名稱(chēng)功能VCC供電電壓GND接地P0口8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流P1口在內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流P2口內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器不僅接收還輸出4個(gè)TTL門(mén)電流P3口P3.0/RXD用行輸入口P3.1/TXD用行輸出口P3.2/INT0外部中斷0P3.3/INT1外部中斷1P3.4T0記時(shí)器0外部輸入P3.

23、5T1記時(shí)器1外部輸入P3.6/WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通P3.7/RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通RST復(fù)位輸入ALE/PROG當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存容許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)/PSEN外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)/EA/VPP/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器(0000H-FFFFH),不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET;當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。XTAL1反向振蕩放大器的輸入和內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入XTAL2來(lái)自反向振蕩器的輸出(3)芯片擦除我們通過(guò)精確地控制信號(hào)可以是整個(gè)陣列PEROM三個(gè)鎖定位，并連同電擦除塊，必須完成

24、這個(gè)過(guò)程一直ALE引腳為低電平為10mso在這個(gè)過(guò)程運(yùn)行中，芯片運(yùn)行所有你需要編寫(xiě)數(shù)組的代碼是“1”，而這一次，以確保存儲(chǔ)的所有非空字節(jié)將被編程為重復(fù)前面的步驟.3.2 電壓轉(zhuǎn)換及光耦隔離電路部分耦合器，也就是我們平常說(shuō)的光電隔離器，被廣泛地運(yùn)用于開(kāi)關(guān)的電源電路里。光電耦合器作為介質(zhì)傳輸電信號(hào)。具有良好的分離效果的輸入和輸出信號(hào)。光電耦合器是由三部分組成：發(fā)射器與接收器還有信號(hào)放大。有這樣的耦合電能力的諸多優(yōu)勢(shì)-光-電轉(zhuǎn)換，輸入，輸出，隔離并且具有良好的絕緣性能，而且還有抗干擾功能高共模抑制功能。因此，它已被廣泛地應(yīng)用在各種電路。當(dāng)長(zhǎng)距離傳輸信息，光耦隔離作為一個(gè)終端設(shè)備，它可以提高的信號(hào)噪聲

25、比。為了增加計(jì)算機(jī)工作的可靠性，耦合器作為接口裝置的信號(hào)隔離在計(jì)算機(jī)數(shù)字通信和實(shí)時(shí)控制。此次研究我們使用6N137高速光耦合器：N137高速光耦合器的使用是一種可以應(yīng)用于單通道高速光耦合器，此耦合器的內(nèi)部構(gòu)造是一個(gè)波長(zhǎng)為850nm的AlGaAsLED和一個(gè)集成檢測(cè)器。該具內(nèi)部的檢測(cè)器的組成部分有光敏二極管，三極管集電極的高增益線性放大器，一個(gè)肖特基鉗位開(kāi)管。此種耦合器具備了溫度、電流與電壓補(bǔ)償功能，而且有很高的輸入輸出隔離，LSTTL/TTL兼容，高速(10mbd),輸入電流很小只需要5mAo特性：轉(zhuǎn)換速率高達(dá)lOMBitw擺率高達(dá)lOkVus:扇出系數(shù)為8：邏輯電平輸出；集電極開(kāi)路輸出：工作

26、參數(shù)如下圖名稱(chēng)參數(shù)最大輸入電流，低電平250uA最大輸入電流，高電平15mA最大允許低電平電壓（輸出高）0.8v最大允許圖電平電壓Vcc最大電源電壓、輸出5.5V扇出（TTL負(fù)裁）8個(gè)工作溫度范圍-40Cto+85C圖3-1工作參數(shù)6N137光耦合器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、管腳如下圖所示GN137圖3-26N137光耦合器3.3 電源產(chǎn)生電路部分1.LM7805簡(jiǎn)單介紹LM7805的實(shí)物圖如下所示2.LM7805主要特點(diǎn)輸出電流可達(dá)1A輸出電壓有：5VEJI,!9pV圖3-3lm7805過(guò)熱保護(hù)短路保護(hù)輸出晶體管SOA保護(hù)LM7805圖的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-4所示:忑m4好T11一圖3-4LM7805內(nèi)部結(jié)構(gòu)

27、圖功能框圖如下圖3-5所示：圖3-5LM7805功能框圖3.4 充電控制電路部分3.4.1 MAX1898充電芯片1 .如何選擇電池充電芯片電池充電芯片的應(yīng)用與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，你應(yīng)該考慮包的大小而且相應(yīng)的卷包裝的應(yīng)用和不同的場(chǎng)合；充電電流的大小決定了充電時(shí)間的長(zhǎng)短；選擇不同的收費(fèi)方式；電池類(lèi)型的選擇決定了不同的電池充電有不同的要求。2 .MAX1898(1)MAX1898的使用方法單個(gè)的鋰電池充電器能夠由外部的PNP或者PMOS晶體管和MAX1898構(gòu)造而成。由MAX1898供應(yīng)恒流/恒壓充電非常穩(wěn)定準(zhǔn)確。電池電壓調(diào)節(jié)的精度為W.75%,這樣做不僅可以使電池的性能得到很大的改善，而且這種情況下

28、電池的使用壽命會(huì)更長(zhǎng)。充電電流的設(shè)置可以由用戶(hù)自行設(shè)置，電路內(nèi)部的檢流，不需要電路外部電流來(lái)檢測(cè)電路電阻。充電電池在充電狀態(tài)時(shí)的輸出、輸入電源充電器相接的輸出指示可以由MAX1898來(lái)檢測(cè)，而且充電電路指示也可以由它提供。MAX1898的基本特性如下所示:4.5V-12V輸入電區(qū)范圍;內(nèi)置檢流電阻二二075。電壓精度；可編程充電電流，輸入電源自動(dòng)檢測(cè)，LED充電狀態(tài)指示；檢流監(jiān)視輸出。MAX1898的引腳如下圖3-6所示。109876INCSJCHGX-AEN/OKMISETCTDRVGNDBATTRSTRT圖3-6MAX1898的引腳MAX1898的引腳功能如下。IN：傳感器輸入，檢測(cè)輸入電

29、壓和電流.CHG：LED驅(qū)動(dòng)電路口ENOK：邏輯電平輸入允許電源輸入“好氣1SET；電流調(diào)節(jié)。C安全的充電時(shí)間設(shè)置。RSTRT：自動(dòng)重新啟動(dòng)控制引腳。BATL接單個(gè)Li+的正極中GXD：地口DRV：外接電阻驅(qū)動(dòng)器。CS：電流傳感器輸入口MAX1898充電電源與P溝道場(chǎng)效應(yīng)管會(huì)受到外部電流的限制，可快速充電安全有效的單節(jié)鋰離子電池，仍然是非常低的功耗不使用的電感器，可預(yù)先充電。可以提供過(guò)壓和溫度保護(hù)。圖3-7中MAX1898內(nèi)部電路構(gòu)造部件如下所示:1 .輸入調(diào)節(jié)器2 .電壓檢測(cè)器3 .充電電流檢測(cè)器4 .定時(shí)器5 .溫度檢測(cè)器6.主控制器圖3-7MAX1898典型充電電路圖(I)電源輸入：電源

30、的輸入需要采用恒流包壓源(H)輸出：鋰電池充電接口由MAX1898經(jīng)過(guò)外接的場(chǎng)效應(yīng)管提供。(m)選擇充電時(shí)間：1.5小時(shí)，充電時(shí)間，最好不超過(guò)3小時(shí)，根據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn),可連接外部電容值的計(jì)算，如下面的公式的證明：CnF=34.33XTchghours這里的C代表定時(shí)電容，T代表充電時(shí)間(IV)充電電流的設(shè)置：最大充電電流與限流電阻之間的關(guān)系公式：Imax=1400/RsetAX1898可以自動(dòng)檢測(cè)到電路的充電電源須有一下兩個(gè)條件：1 .當(dāng)電路充電電源與電池的充電電流達(dá)到快充電流值的百分之一時(shí)2 .電池充電時(shí)間超過(guò)片上預(yù)置的電池充電時(shí)間。當(dāng)電池快速充電模式在早期階段，在P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管將被打開(kāi)，當(dāng)系

31、統(tǒng)檢測(cè)到電池電壓上升到預(yù)定值時(shí)，電路將被轉(zhuǎn)換成脈沖充電模式。P溝道場(chǎng)效應(yīng)管開(kāi)放時(shí)間會(huì)變得愈來(lái)愈短，LED會(huì)在電路充電過(guò)程結(jié)束時(shí)周期性地閃爍。具體的閃爍含義如下表3-8所示:表，8LED指示燈狀態(tài)說(shuō)明充電狀態(tài)LED寸賽狀態(tài)電池或充電器沒(méi)有安裝關(guān)閉快充或脈沖浮充亮快充結(jié)束或初始化LED以2Hz頻率閃爍充電結(jié)束LED閃爍周期為4s(2)在單片機(jī)系統(tǒng)中的MAX1898該如何使用鋰電池充電時(shí)候有很?chē)?yán)格的要求，需提供保護(hù)電路。為了物盡其用，需將鋰離子電池充電到最大值。充電電路必須有很高的控制準(zhǔn)確度才可防止過(guò)壓充電而導(dǎo)致電池?fù)p壞。止匕外，當(dāng)電壓太低，電池需要預(yù)充，以提供保護(hù)，熱保護(hù)的最佳時(shí)間，電池保護(hù)?？傊?/p>

32、，應(yīng)運(yùn)而生的智能充電器的性能和結(jié)構(gòu)都很完美,設(shè)計(jì)出一種基于AT89C51和MAX1898智能充電器，它基本的原理和作用見(jiàn)下圖3-91N/CVcc+Ve6N137-VoN/CGND8U4271INPUTOUTPUTDNG336GND451U3INCS89CHGDRVXAEN/OKGNDMISETBATTCTRSTRTMAX189810LM780592GTO2C38GNDU2471,VPPVCC/RXDP1.7/TXDP1.6L2P1.5AT89C2051,L1P1.4/INT0P1.3/INT1P1.21/T0P1.1/AIN1/T1P1.0/AIN0P3.720562，P3.0193.P3.1

33、184,yta17VCC5.XTA16j.U14XI6P3.215(7P3.3148,P3.4139121011圖3-9基于MAX1989的智能充電器的原理圖該充電器有如下的功能I預(yù)充電功能口充電保護(hù)功能.自動(dòng)斷電功能,充電完成報(bào)警指示功能.充電狀態(tài)，充電電路設(shè)置在內(nèi)部控制與外部MAX1898單片機(jī)控制，可分為以下五個(gè)部分。預(yù)充預(yù)充電階段，快速充電電流給電池充電時(shí)，充電器充電電壓的10%時(shí)，溫度恢復(fù)到正常充電模式與該口那么我們可以用CT來(lái)確定預(yù)電容器充電過(guò)程的時(shí)問(wèn)。如果在預(yù)充電時(shí)間電池電壓上升到2.5V下充電時(shí)間，此時(shí)的電池溫度是在正常情況下，電池殼可以進(jìn)入快速充電階段進(jìn)行充電；如果時(shí)間超過(guò)預(yù)

34、定的預(yù)充電的設(shè)定值然后將電池電壓未達(dá)到2.5V,電池在這種情況下，不再為電池充電出現(xiàn)故障時(shí)，故障會(huì)導(dǎo)致單芯片LED的生成接收指令閃爍?？斐湟卜Q(chēng)恒流充電，這時(shí)充電器以恒流電流對(duì)電池充電。在電池廠商推薦的充電速率基礎(chǔ)上，一般鋰離子電池主要選擇標(biāo)準(zhǔn)充電速率，電池充滿(mǎn)需1個(gè)小時(shí)左右。當(dāng)電路處在恒流充電的階段時(shí)，電池的電壓會(huì)隨著充電過(guò)程而逐漸變大，而當(dāng)終止電壓出現(xiàn)的時(shí)候，此時(shí)電池將進(jìn)入滿(mǎn)充階段。滿(mǎn)充在這個(gè)階段，充電電流衰減，直到充電率降低到設(shè)定值以下，或填充階段的時(shí)間比標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間更長(zhǎng)，電池頂部充電階段這一階段；這個(gè)時(shí)候使用充電電池的充電器給電池補(bǔ)充電量最小。斷電MAX1898的脈沖水平會(huì)在電池充滿(mǎn)電后由單

35、片機(jī)檢測(cè)，單片機(jī)將導(dǎo)致中斷，該電路可以判斷帶電狀態(tài)的中斷。這時(shí)候單片機(jī)可以由P1.2口來(lái)控制光耦，終止7805給MAX1898芯片供應(yīng)電源，芯片與電池的安全性可以得到極大的提升，且可節(jié)能。報(bào)警LED燈在電池充電過(guò)程的結(jié)束將接受指令MAX1898芯片發(fā)出閃爍。和單片機(jī)在脈沖的滿(mǎn)狀態(tài)被檢測(cè)到，它會(huì)切斷電源MAX1898芯片蜂鳴器報(bào)警3.4.2充電控制電路的實(shí)現(xiàn)1.電路原理和器件選擇見(jiàn)下表器件名稱(chēng)電路原理AT89C2051充電器的控制器，控制MAX1898的充電過(guò)程，充電完畢后會(huì)切斷電源與進(jìn)行報(bào)警MAX1898電池充電芯片，在單片機(jī)的控制下完成對(duì)鋰離子電池的充電控制。LM7805電壓轉(zhuǎn)換芯片，將外部

36、的12V電壓轉(zhuǎn)化為5V電壓，作為單片機(jī)和MAX1898的電源。PNPP溝道場(chǎng)效應(yīng)管或二極管LEDR電源接通LEDG充電狀態(tài)U14蜂鳴器6N1376N1372 .地址分配和連接CHG:MAX189S充電狀態(tài)的輸出，連接到單片機(jī)的INTO;當(dāng)電池充電過(guò)程完畢后，電路通過(guò)控制PL2引腳使MAX189S的電源關(guān)閉.GATE:連接單片機(jī)的PL2弓|腳，當(dāng)電池由單片機(jī)判斷充電過(guò)程結(jié)束后,這時(shí)候的PL2管腳會(huì)輸出低電平，光耦不會(huì)導(dǎo)通，由此切斷MAX1898的電源輸入。BEEP:這里蜂鳴器的引腳是由單片機(jī)控制的匕5V：LM7805的輸出端（為+5V電*5VIN:光耦輸出MAX1898,單片機(jī)的GATE信號(hào)控制

37、端口是打開(kāi)還是不。3 .功能簡(jiǎn)介首先，MAX1898可以改變其輸出信號(hào)的監(jiān)測(cè)，當(dāng)MAX1898充電時(shí)間近銷(xiāo)的端，它會(huì)發(fā)出一個(gè)脈沖，脈沖周期4S。單片機(jī)INT0引腳接收到中斷信號(hào)的中斷，在這里我們可以利用T0計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)控制器。下一個(gè)脈沖的到來(lái)，價(jià)值判斷是在4S,必須定時(shí)程序以確定是否這樣的。若真的是這樣，我們可以經(jīng)由控制P1.2和P1.3管腳來(lái)切斷電源。本文設(shè)計(jì)的智能充電器電路由MAX1898、LM7805、AT89C51單片機(jī)共同構(gòu)造而成的，具體的電路如圖3-10所示：1U3二10u1.R1210kJD3X141VCCU2VPPVCCP3.0/RXDP1.7P3.1/TXDP1.6XTAL2P

38、1.52019181716VCCXTAL112MC1-C222pT-T22p259c2。；GH8TA78910XTAL1P3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1GNDP1.4P1.3P1.2P1.1/AIN1P1.0/AIN0P3.7U1LM780513121115BEEP14GATE+5TD10LEDG即3LEDRR3470GNDINPUTOUTPUTDNG35VJ2GNDC3220nBT1INCS8CHGDRVXAEN/OKGNDMISETBATT，CTRSTRTMAX18985VIN10CGH93847Li+56GNDSETC4cctGNDGNDGND言ELect

39、roiGNDQ1PNP1Ed2SD第4章鋰電池充電器軟件設(shè)計(jì)4.1程序功能由單片機(jī)ATS9C2051和MAX1898組成的的智能電池充電器的程序必須實(shí)現(xiàn)的功能如下：INTO外中斷要經(jīng)過(guò)CHG信號(hào)引起.是否充電完畢需在兩次中斷巾使用TO計(jì)數(shù)判斷，若充電完畢，則控制PL2和PL3弓|腳，輸出低電平“4.2主要變量說(shuō)明程序中的變量，如表4-1所小變量說(shuō)明GATE單片機(jī)的PL2口，控制電源的開(kāi)關(guān)BEEP單片機(jī)的P13口，控制蜂嗚器t_countTO的計(jì)數(shù)值imOcount外部中斷脈沖intOQ外中斷0服務(wù)程序timer。0定時(shí)器0申斷服務(wù)程序表4變量及說(shuō)明4.3程序流程圖單片機(jī)控制的智能充電器的程序流

40、程圖如圖4-2所示圖41等待外部信號(hào)輸入圖4-1定時(shí)器程序圖4-2智能充電器的程序流程圖外部中斷。設(shè)為邊沿觸發(fā)；程序簡(jiǎn)單介紹.中斷一第一個(gè)下降沿一TO開(kāi)始計(jì)數(shù)-第二次下降沿-停止TO計(jì)數(shù)T讀取TO計(jì)數(shù)器T中斷返回。第5章結(jié)論與展望本文敘述了鋰電池的原理與特性，設(shè)計(jì)了基于MAX189刎基于AT89C51的充放電控制單元。該單元具備了預(yù)充電，充電保護(hù)，自動(dòng)斷電，報(bào)警保護(hù)等功能?；趩纹瑱C(jī)控制的MAX1898的鋰電池充電電路應(yīng)用與充電電路的部分。L單片機(jī)與MAX189配源部分由LM780或供。應(yīng)用了51單片機(jī)編制了軟件應(yīng)用程序。未來(lái)的鋰電池能量比更高，體型更便捷化，相應(yīng)的電池管理系統(tǒng)更完善。配合著完善的電池管理系統(tǒng)，鋰電池的利用效率更高，壽命更持久。致謝在此我要感謝我的指導(dǎo)老師給我的幫助。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，老師在百忙之中擠出休息時(shí)間為我解決問(wèn)題，耐心地為我講解，還給我提供大量的資料。同時(shí)也感謝學(xué)校對(duì)本次設(shè)計(jì)的支持與幫助。通過(guò)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間，不僅培養(yǎng)了自己獨(dú)立工作的能力，也大大提高了動(dòng)手動(dòng)腦能力，也對(duì)自己