高效电能收集充电器设计【文献综述】

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毕业设计文献综述电气工程与自动化高效电能收集充电器设计摘要：本文提出以开关充电的方式给锂离子电池充电，以提高充电效率。在保证效率的前提下采用单片机做为微控制器，控制灵活且降低成本，使得开关充电器更加完善，能够更好地完成充电任务。关键词：锂离子充电器，高效，开关充电方式，单片机一、锂离子电池充电器设计的目的和意义随着中国经济的发展，便携式电子产品如笔记本电脑、PDA、手机等越来越普及，而这些手持式设备都需要一种可靠、轻便、高性能的电池为其供电。锂离子电池是前几年出现的金属锂蓄电池的替代产品，以其优越的性能迅速应用于各领域，尤其是在便携式电子产品中。具体说来，锂离子电池有以下优点：1）电压高单体电池的工作电压高达3.7-3.8V（磷酸铁锂的是3.2V），是Ni-Cd、Ni-H电池的3倍2）比能量大目前能达到的实际比能量为555Wh/kg左右，即材料能达到150mAh/g以上的比容量（3--4倍于Ni-Cd，2--3倍于Ni-MH），已接近于其理论值的约88%。3）循环寿命长一般均可达到500次以上,甚至1000次以上，磷酸铁锂的可以达到2000次以上。对于小电流放电的电器,电池的使用期限，将倍增电器的竞争力。4）安全性能好无公害,无记忆效应.作为Li-ion前身的锂电池,因金属锂易形成枝晶发生短路,缩减了其应用领域：Li-ion中不含镉、铅、汞等对环境有污染的元素：部分工艺（如烧结式）的Ni-Cd电池存在的一大弊病为“记忆效应”，严重束缚电池的使用，但Li-ion根本不存在这方面的问题。5）自放电小室温下充满电的Li-ion储存1个月后的自放电率为2%左右，大大低于Ni-Cd的25-30%，Ni、MH的30-35%。6)可快速充放电 1C充电30分钟容量可以达到标称容量的80%以上，现在磷铁电池可以达到10分钟充电到标称容量的90%。　　7)工作温度范围高工作温度为-25~45°C，随着电解液和正极的改进，期望能扩宽到-40~70°C。[1]然而，锂离子电池也有它的缺点，如锂离子电池的容量会缓慢衰退，不能过度冲放电，需要有过充、过放、过载、过热等各种保护机制。[7]由此可见，研发性能稳定、安全可靠、效率高的锂电池充电器就显得尤为重要。二、锂离子电池充电器的研究现状因为锂离子电池的脆弱性，其充电过程相对来说就比较复杂。首先，在正式充电之前要先检测电池电压，如果电池电压低于一定值（一般是3V），则就需要进行预充电（涓流充电，电流大小一般在快充时的1%）。当电池电压大于3V之后就可以进行快速充电阶段（该阶段一般能完成60%～70%的充电量）。当电池电压达到预置电压时，开始恒压充电，同时充电电流降低，此恒压值一般处于4.1～4.2V之间，充电电压波动应控制在50mV以内。最后，当电流逐渐减小到一个规定的值时，充电过程结束。[2][4]在整个充电阶段要保证电池温度在2.5°C～47.5°C范围内,如果温度不符,则要控制充电器暂停充电。[5]目前锂离子电池充电方式主要有三种：线性充电方式、脉冲充电方式和开关充电方式。[7]相应地就有线性充电器、脉冲充电器和开关充电器。线性充电方式控制简单，外电路少，成本比较低，但是高压差下发热高效率低，大电流的时候芯片发热也较大，充电精度收电池内阻影响。脉冲充电方式电源允许范围宽，但它仅仅在恒流源下有高效率，普通电源下效率并不高，所以用普通电源高压差时效率超低，并且成本较高。同时因为芯片自己不发热，热量由电源发，所以大电流会烧电源，充电精度不会受电池内阻影响。开关充电方式下电源允许范围宽，且在任意情况下都有很高的效率，发热小，但是其成本要稍高一些。[3]三、锂离子电池充电器的发展趋势锂离子电池常用的充电方式有恒定涓流充电方式，恒流充电方式，恒压横流充电方式等，然而这些充电方式并不能满足多数移动和便携式设备的要求，且从电化学角度思考电池的充电速度仍然可以提高。如今锂离子电池充电器的发展方向是运用先进的控制技术如模糊控制，神经网络和基因算法等获得合适的充电电流进而增加电池的充电速度。[9]四、参考文献[1]http://baike.baidu.com/view/10022.htm[2]盛莉.锂离子电池智能充电器硬件的设计[J].今日电子,2008,7:95-97[3]王洪辉，庹先国，余小平等.基于单芯片的锂电池/组充电器设计[J].电源技术,2009,2:127-129 [4]马爱华，张晓冬，张伟.基于AVR的锂电池智能充电器的设计与实现.单片机开发与运用,2009,2:71-73[5]决蒙，刁节涛.基于12C5A62AD的智能充电器.科学技术与工程,2010,4:1005-1009[6]张方军，徐振.充电器便携式锂电池充电电路的设计.电源技术,2008,11:103-107[7]庞静,刘伯文,卢世.锂离子电池性能研究现状与进展.电池,2004,8(4):289-291[8]MinChen,GabrielA.Rincón-Mora.Accurate,Compact,andPower-EfficientLi-IonBatteryChargerCircuit.IEEEtransactionsoncircuitsandsystems,2006,11:1180-1184[9]Liang-RuiChen,Roy-ChaomingHsu,Chuan-ShengLiu.AVariableFrequencyPulseChargeStrategyforLi-ionBattery.IEEEISIE.2005,6:20-23