锂电池充电系统的研究

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1、目录1引言11.1课题背景11.2锂电池的发展和研究状况12锂电池的工作原理及结构22.1工作原理22.2锂离子的基本结构32.3锂电池的特性研究42.3.1锂电池的充、放电特性的研究42.3.2锂电池的充电特性42.3.3曲线拟合的方法52.3.4锂电池的放电特性82.4锂电池充电器的功能介绍93锂电池充电器的硬件设计方案103.1AT89C51芯片简介113.2MAX1898芯片的介绍123.2.1功能介绍133.2.2管脚功能的介绍133.3电源产生电路143.4AT89C51的工作原理和报

2、警电路图153.5充电控制电路153.6充电器的充电阶段163.7锂电池的保护电路164锂电池充电器程序流程17结束语19致谢19参考文献20附录1电路原理图21附录2主要源程序218锂电池充电系统的研究1引言锂离子电池是最新一代的绿色高能充电电池，具有电压高，循环特性好和无记忆效应等优点。影响电池循环寿命的主要因素是电池的充电方式与充电效率，所以为锂离子电池提供高效安全的充电方案备受设计者的关注。根据锂离子电池的充放电特性，可以得出锂电池的充电方法有：恒流充电（CC）、恒压充电（CV）、恒流-恒

3、压充电(CC-CV)、脉冲充电等方式。本文主要介绍恒流-恒压充电(CC-CV)的充电模式，既不会因为过充而损坏芯片，也不会出现充电不足的现象。即根据电池蓄电量的不同，采用不同的充电方式，根据规定大小的电流和电压进行充电。1.1课题背景随着微电子技术的快速发展使得各种各样的电子产品不断的涌现，并朝着便携式和小型轻量化的趋势发展，锂电池以其高的能量密度、稳定的放电特性、无记忆效应和使用寿命长等优点得到广泛的应用。目前大部分手机、数码相机等的电池均使用锂电池，电池的使用寿命和单次循环使用时间与充电器维护

4、过程和使用情况密切相关的。一部好的充电器不但在短时间内将电量充足，而且还可以对电池起到一定的维护作用，修复由于使用不当而造成的记忆效应，即电池活性衰退的现象。目前，由于常规充电技术不能适应各类新型的电池的要求，所以严重影响电池的使用寿命，要想充分利用电池容量或延长电池寿命，必须严格的控制充电参数，再者延长电池寿命的关键是合理选择充电参数，例如电流、电压和温度。在充电过程中，施加电压的精确度对提高电池的效率和延长电池的寿命具有重要的作用，超过充电终止电压将导致过充电，这在短期内会增加电池的供电量，但

5、长期的话则会影响电池失效并产生安全问题。通过实践证明，充电终止电压每提高1%，电池的初始容量就会增加5%，这种显而易见的短期增益效应会对电池的充电、放电次数产生严重的后果，过充电导致了充电次数的减少，然而欠充电尽管不会产生安全问题，但会显著减小电池的容量，所以我们必须找到一种新型的锂电池充电方法。1.2锂电池的发展和研究状况首先，在1970年代埃克森的M.S.Whittingham8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。在1982年伊利诺伊理工大学的R.RAgarwal和J.R

6、.Selman发现锂离子具有嵌入石墨的特性，此过程是快速的，并且可逆。所以首个可用的锂离子石墨电极由贝尔实验室试制成功。在1983年M.ThacherayJ.Goodenough等人发现锰尖晶石是优良的正极材料，具有低价、稳定和优良的导电、导锂性能，其分解温度高，而氧化性远远低于钴酸锂，即使出现短路、过充电、也能够避免燃烧、爆炸的危险。在1989年，A.Manthiram和J.Goodenough发现采用聚合阴离子的正极将产生高的电压。在1991年索尼公司发布首个商用锂离子电池，随后锂离子电池革新

7、了消费电子产品的面貌。在1996年Padhi和Goodenough发展具有橄榄石结构的磷酸盐，如磷酸锂铁(LiFePO4),比传统的正极材料更具有优越性，所以已经成为当前的主流正极材料。其次，由于锂金属的化学特性比较活泼，使得锂金属的加工、保存、使用对环境的要求非常高，所以锂电池生产要在特殊的环境中进行。但是由于锂电池的很多优点，锂电池被广泛的应用在电子仪表、数码和家电产品上。本设计首先考虑到锂电池与其他可充电池的不同，其对充电的要求也不同，研究得出对其比较好的充电控制方法，从充电控制精度、充电时

8、间、充电过程的智能化管理方面来设计充电器的硬件电路。从整体上把握充电器的结、功能，做出整体上的结构框架。其次参考一些比较优秀的充电器的设计，从中学习其比较先进的充电控制的思维，总结出一定的设计方法，总结别人的优秀的设计经验为自己的设计提供更多的思维空间。最后，本设计选取MPC（AT89C51）和MAX1898，先对控制芯片进行介绍分析，清楚其工作原理及控制过程，然后根据其特点设计充电器的硬件电路，根据电路流程图，编写主要软件程序。2锂电池的工作原理及结构2.1工作原理目前最常用的锂