基于单片机的智能充电器设计.docx
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基于单片机的智能充电器设计
基於單片機的鋰電池充電器設計
摘要
電子技術的快速發展使得各種各樣的電子產品都朝著可攜式和小型輕量化的方向發展，也使得更多的電氣化產品採用基於電池的供電系統。
目前，較多使用的電池有鎳鎘、鎳氫、鉛蓄電池和鋰電池。
它們的各自特點決定了它們將在相當長的時期內共存發展。
由於不同類型電池的充電特性不同，通常對不同類型，甚至不同電壓、容量等級的電池使用不同的充電器，但這在實際使用中有諸多不便。
本課題設計是一種基於單片機的鋰離子電池充電器，在設計上，選擇了簡潔、高效的硬體，設計穩定可靠的軟體，詳細說明了系統的硬體組成，包括單片機電路、充電控制電路、電壓轉換及光耦隔離電路，並對本充電器的核心器件—MAX1898充電晶片、AT89C2051單片機進行了較詳細的介紹。
闡述了系統的軟硬體設計。
以C語言為開發工具，進行了詳細設計和編碼。
實現了系統的可靠性、穩定性、安全性和經濟性。
該智能充電器具有檢測鋰離子電池的狀態；自動切換充電模式以滿足充電電池的充電需要；充電器短路保護功能；充電狀態顯示的功能。
在生活中更好的維護了充電電池，延長了它的使用壽命。
關鍵字：
充電器；單片機；鋰電池；MAX1898
LithiumBatteryChargerDesignBasedOnSingleChip
Abstract
Electronictechnology'sfastdevelopmentcausesvariouselectronicproductsdevelopstowardportableandthesmalllightweightdirection,Italsocausesthemoreelectrificationproductstousebasedonbattery'spowersupplysystem.Atpresent,themanyuse'sbatterieshavethenickelcadmium,thenickelhydrogen,theleadaccumulatorandthelithiumbattery.Theirrespectivecharacteristichaddecidedtheywillcoexistinalongtimedevelop.Becausethedifferenttypebattery'schargecharacteristicisdifferent,usuallytodifferenttype,evendifferentvoltage,capacityrankbatteryusedifferentbatterycharger,butthishasmanyinconveniencesintheactualuse.
ThistopicdesignisonekindlithiumionbatterychargerwhichisbasedonSingleChip,inthedesign,ithaschosensuccinctly,thehighlyeffectivehardware,thedesignstablereliablesoftware,explainedindetailsystem'shardwarecomposition,includingthemonolithicintegratedcircuitelectriccircuit,thechargecontrolelectriccircuit,thevoltagetransformationandthelightpairisolatingcircuit,andtothisbatterycharger'scorecomponent-MAX1898chargechip,at89C2051monolithicintegratedcircuithascarriedonthedetailedintroduction.Elaboratedsystem'ssoftwareandhardwaredesign.TaketheClanguageasthedevelopmentkit,hascarriedonthedetaileddesignandthecode.Hasrealizedsystem'sreliability,thestability,thesecurityandtheefficiency.
Theintelligencebatterychargerhastheexaminationlithiumionbattery'scondition;Theautomaticcutoverchargepatternmeetswhenrechargeablebattery'schargeneeds;Batterychargerhasshortcircuitprotectionfunction;Thechargeconditiondemonstration'sfunction.Thebatterychargerhasmadethebettermaintenancerechargeablebatteryinthelife，andlengthenedtherechargeablebattery’sservicelife.
Keywords：
Charger;SCM;Lithiumbattery;MAX1898
目錄
插圖清單
图2-1恒流电源充电电路5
图2-2准恒流充电电路5
图2-3恒压充电电路6
图2-4浮充方式充电电路6
图2-5涓流方式的简单示意图6
图2-6分阶段充电的简单示意图7
图2-7－△V控制系统框图7
图2-8充电电池、电池电压和充电时间的关系8
图2-9电池温度检测简图8
图2-10电池温度和充电时间的关系9
图2-11充电器结构框图10
图2-12锂电池的充电特性11
图2-13快速充电器原理框图12
图3-16N137光耦合器18
图3-2lm7805样品18
图3-3LM7805内部结构框图19
图3-4LM7805功能框图20
图3-5MAX1898的引脚21
图3-6MAX1898的典型充电电路22
图3-7基于MAX1989的智能充电器的原理图23
图3-8锂离子电池充电电路25
图4-1（a）等待外部信号输入27
图4-1（b）外部中断程序27
图4-1（c）定时器程序28
图4-1智能充电器的程序流程图28
表格清單
表1-1铅酸、镍镉、镍氢和锂离子电池的性能比较2
表4-1P3口15
表4-2LED指示灯状态说明22
表5-1变量及说明26
引言
社會資訊化進程的加快對電力、資訊系統的安全穩定運行提出了更高的要求。
在人們的生產、生活中，各種電氣、電子設備的應用也越來越廣泛，與人們的工作、生活的關係日益密切，越來越多的工業生產、控制、資訊等重要數據都要由電子資訊系統來處理和存儲。
而各種用電設備都離不開可靠的電源，如果在工作中間電源中斷，人們的生產和生活都將受到不可估量的經濟損失。
對於由交流供電的用電設備，為了避免出現上述不利情況，必須設計一種電源系統，它能不間斷地為人們的生產和生活提供以安全和操作為目的可靠的備用電源。
為此，以安全和操作為目的的備用電源設備上都使用充電電池。
這樣，即使電力網停電，也可利用由充電電池構成的安全和操作備用電源，從容地採用其他應急手段，避免重大損失的發生。
而對於採用充電電池供電的用電設備，從生產、資訊、供電安全角度來說，充電電池在系統中處於及其重要的地位。
同時，具體到生活方面，隨著社會的快速發展，電子產品小型化、便攜化也使得充電電池越來越重要，鋰離子電池有較高的比能量，放電曲線平穩，自放電率低，迴圈壽命長，具有良好的充放電性能，可隨充隨放、快充深放，無記憶效應，不含鎘、鉛、汞等有害物質，對環境無污染，被稱為綠色電池。
基於這些特性，所以鋰電池得到了迅速的發展和廣泛的應用。
鋰電池充電器是為鋰離子充電電池補充能源的靜止變流裝置，其性能的優劣直接關係到整個用電系統的安全性和可靠性指標。
本論文從鋰電池技術特性、充電技術、充電器電路結構、充電器典型電路和電池保護等方面，多角度地闡述了充電技術發展和應用。
第1章緒論
1.1課題研究的背景
電池是一種化學電源，是通過能量轉換而獲得電能的器件。
二次電池是可多次反復使用的電池，它又稱為可充電池或蓄電池。
當對二次電池充電時，電能轉變為化學能，實現向負荷供電，伴隨吸熱過程。
對於二次電池，其性能參數很多，主要有以下4個指標：
①工作電壓：
電池放電曲線上的平臺電壓。
②電池容量：
常用單位為安時（Ah）和毫安培時（mAh）。
③工作溫區：
電池正常放電的溫度範圍。
④電池正常工作的充、放電次數。
二次電池的性能可由電池特性曲線表示，這些特性曲線包括充電曲線、放電曲線、充放電迴圈曲線、溫度曲線等。
二次電池的安全性可用特性的安全檢測方式進行評估。
二次電池能夠反復使用，符合經濟使用原則。
對於市場上二次電池的種類，大致分為：
鉛酸（LA）電池、鎳鎘（NiCd）電池、鎳氫（NiMH）電池和鋰離子（Li–ion）電池。
1.二次電池的性能比較
鉛酸、鎳鎘、鎳氫和鋰離子電池的性能比較見表1-1。
表1-1鉛酸、鎳鎘、鎳氫和鋰離子電池的性能比較
電池類型
工作電壓（V）
重量比能量（Wh/kg）
體積比能量（Wh/L）
迴圈次數
記憶效應
自放電率（%/月）
鉛酸電池
2.0
—
—
400～600
無
3
鎳鎘電池
1.2
50
150
400～500
有
15～30
鎳氫電池
1.2
60～80
240～300
＞500
無
25～35
鋰離子電池
3.6
120～140
300
＞1000
無
2～5
2.鎳氫電池、鎳鎘電池與鋰離子電池之間的差異
（1）重量方面
以每一個單元電池的電壓來看，鎳氫電池與鎳鎘電池都是1.2V，而鋰離子電池為3.6V，鋰離子電池的電壓是鎳氫、鎳鎘電池的3倍。
並且，同型電池的重量鋰離子電池與鎘鎳電池幾乎相等，而鎳氫電池卻比較重。
但鋰離子電池因端電壓為3.6V，在輸出同電池的情況下，單個電池組合時數目可減少2/3從而使成型後的電池組重量和體積都減小。
（2）記憶效應
鎳氫電池與鎳鎘電池不同，它沒有記憶效應。
對於鎳鎘電池來說，定期的放電管理是必需的。
這種定期放電管理屬於模糊狀態下的被動管理，甚至是在鎳鎘電池荷電量不確切的情況下進行放電（每次放電或者使用幾次後進行放電都因生產廠的不同有所差異），這種煩瑣的放電管理在使用鎳鎘電池時是無法避免的。
相對而言，鋰離子電池沒有記憶效應，在使用時非常方便，完全不用考慮二次電池殘餘電壓的多少，可直接進行充電，充電時間自然可以縮短。
記憶效應一般認為是長期不正確的充電導致的，它可以使電池早衰，使電池無法進行有效的充電，出現一充就滿、一放就完的現象。
防止電池出現記憶效應的方法是，嚴格遵循“充足放光”的原則，即在充電前最好將電池內殘餘的電量放光，充電時要一次充足。
通常鎳鎘電池容易出現記憶效應
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