基于单片机的锂离子电池充电系统设计样本.doc

资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除济南大学泉城学院毕 业 设 计题 目 基于单片机的锂离子电池 充电系统设计 学 院 　　 工学院　　 专 业 电气工程及其自动化 班 级 1301班 学 生 姚良洁 学 号 010873 指导教师 张兴达 魏志轩 二〇一七年五月十六日摘 要近几年来, 便携式电子设备日益趋向轻量小型化, 其中主要原因之一是锂离子电池的广泛应用随着锂电池在各个市场的迅速发展, 其充电与保护的问题也随之而来常见的锂离子电池充电设备存在充电模式单一、 充电过程指示模糊、 保护功能缺失等问题针对上述问题, 本设计进行了相应研究与实践本次课题设计的是一种基于AT89C51单片机的锂离子电池智能充电和保护系统选择了高效简洁的硬件设计和稳定可靠的软件设计。

硬件组成包括单片机模块、 充电控制模块、 充电保护模块、 信号采集模块、 声光报警模块等并结合MAX1898充电芯片, C51高级语言编程软件设计, 使系统具有检测锂电池充电状态, 根据各个阶段自动切换充电模式, 显示充电进度, 充电器短路保护, 充满电后自动关断等功能经过Proteus进行仿真, 效果良好, 提高了电池的使用效率, 延长了电池的使用寿命, 充分保证了锂离子电池充电过程的安全性, 实现了智能充电仿真实物制作为锂电池充电器的研发提供了依据关键词: 单片机; 传感器; 锂离子电池; 智能充电ABSTRACTIn recent years, portable electronic devices are becoming lightweight and smaller, and one of the main reasons is the widespread use of lithium-ion batteries. With the rapid development of lithium batteries in various markets, the problems of charging and protection come along. The charging device of common lithium-ion battery has such problems as single charging mode, unclear indication of charging process and lack of protection function. In view of the above problems, this design has carried on the corresponding research and the practice.This topic is based on the design of a single chip AT89C51 lithium-ion battery intelligent charging and protection system. We chose the highly efficient and simple hardware design , the stable and reliable software design. The hardware includes MCU module, charging control module, charging protection module, signal acquisition module, sound and light alarm module and so on. Combined with the charging chip MAX1898, C51 programming language software design, the system has the detection of lithium battery charging status, automatically switching the charging mode according to the various stage, display charging progress, charger short-circuit protection, automatic shutdown after full charge and other functions. Through the Proteus simulation , the effect is good, the utility model improves the service efficiency of the mobile phone battery, prolongs the service life of the battery, ensures the safety of the charging process of the lithium ion battery, and realizes the intelligent charging. The production of the simulated object provides the basis for the research and development of lithium battery charger.Key words: SCM; sensor; lithium-ion battery; intelligent charging目 录摘要 IABSTRACT II1 前言 11.1 研究背景和意义 11.2 国内外研究现状 11.3 本文研究内容 22 锂离子电池充电原理及特性 42.1 锂电池的结构及特点 42.2 锂电池的充电原理 52.3 锂电池的充电特性 62.3.1 锂电池的工作电压 62.3.2 锂电池的充电电流 72.3.3 锂电池的最佳工作温度 72.3.4 锂电池的循环使用寿命 72.4 锂电池的充电方式 72.4.1 线性充电方式 82.4.2 开关充电方式 82.4.3 脉冲充电方式 82.5 锂电池充电时应注意的安全问题 93 硬件设计 103.1 系统硬件总体设计 103.2 单片机最小系统 103.3 充电电路 113.3.1 MCU的选择 113.3.2 充电电路设计 123.4 A/D采集电路 133.5 液晶显示电路 133.6 保护电路 143.7 报警电路 144 软件设计 164.1 Keil 164.2 主程序设计 164.3 子程序设计 174.3.1 信号采集模块 174.3.2 短路保护模块 174.3.3 LCD液晶显示模块 184.3.4 定时器中断模块 194.3.5 报警模块 195 系统的仿真与制作 215.1 系统仿真 215.2 PCB板的设计 215.3 电路板制作 225.4 系统的调试 236 结论 25参考文献 26致谢 27附录一: 电路原理图 28附录二: PCB图 29附录三: 实物图 30附录四: 元器件清单 31附录五: 主要源程序 321 前言1.1 研究背景和意义近年来, 便携式电子产品的迅猛发展, 加快了电池技术更新换代的速度。

二次电池的发展也经历了很多阶段, 主要有铅酸电池、 镍镉电池、 镍氢电池以及锂离子电池其中锂离子电池作为20世纪末出现的可充电电池, 凭借其重量轻、 能量密度大、 功率大、 无记忆效应、 无污染、 自放电系数小、 循环寿命长等优点, 在各个市场迅速发展, 被广泛的应用到生产生活中, 深受社会的欢迎当前已广泛应用于智能、 笔记本电脑、 数码相机及众多的便携式设备, 其中笔记本电脑占23%, 占50%, 为最大领域[1]电子、 信息及通讯等3C产品均朝向无线化、 可携带化方向发展, 对于产品的各项高性能组件也往”轻、 薄、 短、 小”的目标迈进, 而锂离子电池是最佳的电源供应来源锂电池也被称之为”最有应用前途的化学电源”, 甚至被称为”极限电池”或”最后一代电池”现在便携式电子设备的功能变得多样化, 耗电也越来越快, 给设备充电的频率也越来越高, 利用移动电源来保障户外充分的供电受到了广大消费者的支持同时, 其作为新兴的能源材料, 正朝着多元化的方向蓬勃发展, 进一步研究和开发锂离子电池对发展与能源密切相关的各项产业都具有非常重要的意义随着锂离子电池性能的不断提高和成本的不断降低, 该系列电池也逐步应用于交通工具、 航空航天、 军事、 医疗等其它方面的领域, 以其独特的魅力将成为最具发展前景的可充电电池[2]。

1.2 国内外研究现状随着科技的不断进步, 各式各样的充电电池竞相出现, 人们在考虑到电池性价比的同时, 更希望能够随时随地给电子设备充电, 便携式移动电源越来越受到广大消费者的欢迎锂离子电池具有高性能密度、 绿色环保的优良特性, 在当前世界具有很大的发展潜力市场对于锂离子电池充电芯片安全和功效性能的要求越来越高, 为了保证锂离子电池在充电时能够安全稳定的工作, 国内外专家对锂离子电池充电管理系统进行了广泛和深入的研究[3]当前针对便携式电源的应用, MAX1898充电芯片具有高集成度, 超薄型的μMAX封装, 集转换、 调节、 控制、 保护为一体, 能够对电池进行精确的恒流恒压充电, 保证充电过程的快速、 安全和智能虽然中国已是仅次于日本的锂离子电池生产大国, 年增长率已超过20%, 市场增长空间巨大, 但并非强国, 在全球锂离子电池产业仍处于低端随着用户的日益增多, 如何保养也成为了众多使用者面临的一个实际问题, 而锂离子电池作为的一个重要组成部分, 直接影响了使用寿命和性能智能的屏幕越来越大, 功能越来越多, 现有的锂离子电池产品越来越难以满足需求, 选择合适的充电器, 能够延长我们的锂离子电池的充电循环使用寿命。

在20世纪90年代锂离子电池上市以来, 便携式设备的迅速崛起, 使得消费者普遍经过移动电源替代原厂配备的充电器给便携式设备充电在国家重点项目的鼓励下, 锂离子电池向大规模方向发展, 在各行各业得到应用日本生产的锂离子电池在21世纪初就达到了5亿, 占全球的90%, 并预测锂离子电池正以飞快的速度取代传统的铅酸、 镍镉和镍氢电池市场[4]当前国内外移动电源市场中都出现了各种各样的知名品牌, 国内市场主要有羽博、 爱国者、 品胜、 三洋等品牌, 国外市场比较知名的有INCIPIO、 GOLF、 TPOS等品牌另外, 各种移动电源的容量也越来越理想, 颜色的种类也随着购买量的增多而丰富起来, 消费者能够根据自己的喜好购买自己喜欢的移动电源与此同时, 随着移动电源种类越来越多, 在移动电源产品中也存在很多需要解决的问题比如: 锂电池充电所需时间过长, USB输出的电压不稳定, 使电能转化效率较低, 输出保护较为单一, 输出为大电流时电池散热性能不好等相较于国外而言, 国内的锂电池智能充电系统性能欠佳, 很多功能不是。