《毕业设计（论文）锂离子电池充电器设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）锂离子电池充电器设计.doc（64页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、毕业设计（论文）锂离子电池充电器设计 摘 要随着移动电话笔记本电脑个人数字助理 PDA 摄录像机及小体积高功率电器的广泛使用锂离子电池被广泛地作供电电源锂电池具有工作电压高能量密度大重量轻寿命长及环保性佳等优点目前锂离子电池已大量应用于可携带式电子产品上未来更可作为电动工具交通工具等的动力来源其未来需求及发展前景是相当广阔锂离子电池在各个领域的广泛应用推动了对锂离子电池充电器及充电管理芯片的研究充电管理芯片通常都具有以下特点限流保护电流短路与反充保护线路设计自动及快速充电充满电后自动关断等有些还具有LED充电状态显示低噪声模拟微电脑控制系统等特点锂离子的特点使得其对充电管理芯片的要求比较苛刻充
2、电方式通常采用恒流恒压方式本文所设计系统以EM78P458单片机为控制核心电路按照实际电路功能可划分为系统指示灯电路电源电压与环境温度采用电路精确基准电压产生电路和开关控制电路具体分析了锂离子电池的充电原理与充电方法硬件电路设计软件程序设计等实现了电池充电LED指示保护机制及异常处理等功能关键词锂离子电池 EM78P458 充电器 硬件电路 软件设计AbstractWith mobile phones notebook computers personal digital assistant PDA video recorders and small perturbation high vol
3、ume of the widespread use of electrical power lithium-ion batteries are widely for power supply Lithium battery voltage with high energy density light weight long life and environmental advantages of good The current lithium-ion battery has a large number can be used in portable electronic products
4、the future will be as electric tools such as transport of power sources its future needs and development prospects are very broad Lithium-ion batteries in a wide range of applications in various fields promote the lithium-ion rechargeable battery charger and management chip research Charging managem
5、ent chips generally have the following characteristics current limit protection and counter-charge current short-circuit protection circuit design automatic and quick and full of power after the automatic shutdown and so on Some also have LED charging status low noise analog microcomputer control sy
6、stem and so on The characteristics of lithium-ion rechargeable management makes its chips on the request of relatively harsh usually charging a constant current constant pressure methods This paper designed to EM78P458 SCM system for the control of the core the circuit functions in accordance with t
7、he actual circuit can be divided into light circuit system power supply voltage and temperature using circuit precision reference voltage circuit and a switch control circuits Specific analysis of the lithium-ion rechargeable battery with the principle of charging method hardware design software des
8、ign To achieve a battery charger LED instructions the protection mechanism and exception handling and other functions Key words lithium-ion battery charger EM78P458 hardware circuitSoftware design目 录摘 要IAbstractII1 绪论111 课题研究背景212 充电器功能描述313 锂离子电池充电原理314 锂电池充电方法62 系统设计框架与技术参数921 系统设计框架922 系统技术参数1023
9、 系统技术方案103 充电器硬件设计1431 单片机简介1132 单片机外部扩展1133 系统指示灯电路1434 电源电压于环境温度采样电路1435 精确基准电源产成电路1536 开关控制电路164 充电器软件设计1741 系统软件总体设计思路1742 系统主流程1843 电流程设计20结论22致谢23参考文献24附图25附录A 汇编261 绪论11 课题研究背景锂离子电池充电管理芯片的发展反映了当今信息时代锂离子电池的广泛应用近年来随着科学技术的不断进步与发展越来越多的便携式电子产品如移动电话笔记本电脑个人数字助理 PDA 摄录像机等逐渐普及为人们的日常工作和生活带来便利由于这些产品均朝向无
10、线化可携带化方向发展其关键性零组件电源也往轻薄短小的目标迈进团此对于体积小重量轻能量密度高的二次电池需求相当迫切小型二次电池包括镍镉电池镍氢电池及锂电池在防止镉污染的环保需求下镍镉电池慢慢被取代已成趋势镍氢电池虽无环保问题但是能量密度低高温特性差及少许记忆效应等缺点在3C产品应用上己逐渐被锂离子电池所取代锂电池具有工作电压高 37Volt 能量密度大 175 WhKg 重量轻寿命长及环保性佳等优点目前已大量应用于可携带式电子产品上包括笔记型计算机PDA移动电话摄录像机数字相机迷你光驱掌上型终端机及游戏机等未来更可作为电动工具电动自行车电动机车的动力来源其未来需求及发展前景是相当看好的总的来说锂
11、离子电池具有以下优点 工作电压高通常单节锂离子电池的电压为37 V单体电池即可为3 V的逻辑电路供电对于要求较高供电电压的电子设备电池组所需串联电池数也可大大减少体积小重量轻比能量高通常锂离子电池的比能量可达镍镉电池的2倍以上与同容量镍氢电池相比体积可减少30重量可降低50有利于便携式电子设备小型轻量化 寿命长锂离子电池采用碳负极在充放电过程中碳负极不会生成金属锂从而可以避免电池因内部金属锂短路而损坏目前锂离子电池的寿命可达1200 次以上远远高于各类电池安全快速充电锂离子电池与金属锂电池不同它的负极用特殊的碳电极代替金属锂电极因此允许快速充电在特定情况下可在短时间内充足电而且安全性能大大提高
12、允许温度范围宽锂离子电池具有优良的高低温放电性能可在-2060之间工作高温放电性能优于其它各类电池 此外锂离子电池还具有自放电电流小无记忆效应和无环境污染等优点综合性能优于铅酸镍镉镍氢和金属锂电池被称为性能最好的电池尽管锂离子电池具有上述诸多优点 但还是存在有如下的缺点 与干电池无互换性锂离子电池虽然有电压高的好处但也有很难和干电池互换的缺点当蓄电池放完电时一般的想法是用干电池暂时取代 但由于这两者电压不同不能直接代换 无法急速充电锂离子电池不能像镍镉电池那样用 15 分钟急速充足电锂离子电池的充电方法是最初以恒定电池充电最后则以恒定电压完成充电较快速度充电时间约需2小时 内部阻抗高因为锂离子
13、电池的电解液为有机溶液其电导率比镍镉电池 镍氢电池的水溶液电解液小得多所以锂离子电池的内部阻抗比镍镉电池或镍氢电池约大10倍左右工作电压变化较大电池放电到额定容量的80时镍镉电池的电压变化很小 约20 锂离子电池的电压变化很大约40对电池供电的设备来说这是严重的缺点但可以由锂离子电池放电电压变化比较大很容易据此检测电池的剩余电量 放电速率较大时容量下降较大但同其优点相比这些缺点不应成为主要问题特别是用于一些高科技高附加值的产品中因此锂离子电池具有广泛的应用价值其经济价值相当可观12 充电器功能描述充电管理芯片是特为化学电池设计的理想产品它们使电池的三项关键指标达到最优化容量寿命和安全性正是锂离
14、子电池在各个领域越来越广泛的应用推动了对锂离子电池充电管理芯片的研究目前一些大的厂家生产的充电管理芯片都具有以下特点具备限流保护电流短路与反充保护线路设计自动快速充电充满电后自动关断等等有的还具有 LED充电状态显示低噪声模拟微电脑控制系统等特点由于锂离子的特点使得其对充电管理芯片的要求比较苛刻其要求的充电方式是恒流恒压方式为有效利用电池容量需将锂离子电池充电至最大电压但是过压充电会造成电池损坏这就要求较高的控制精度精度高于1另外对于电压过低的电池除了需要进行预充充电终止检测电压检测外还需采用其他的辅助方法作为防止过充的后备措施如检测电池温度限制充电时间为电池提供附加保护由此可见实现安全高效的
15、充电控制已成为锂离子电池推广应用的目标按照锂离子电池的特性参数和充放电曲线完成充电器设计可以完成如下的功能电池充电功能完成基本的充电功能能按电池的充电曲线完成恒流恒压充电LED指示电池正在充电充电器的LED指示灯显示为红色充电后LED指示灯显示为绿色保护机制当电池和充电器的工作温度超过设定范围或者充电电压出现异常时系统的红色LED指示灯闪烁期间隔为05s此外对于过压和过流状况采取相应的保护措施保证充电的正常运行异常处理系统能在排除异常后重新恢复充电13 锂离子电池充电原理锂离子电池在现实生活中使用的非常频繁而锂离子电池充电器的设计与采用以往充电技术的充电器不一样锂离子电池可以分成两大类不可充电
16、型和可充电型其最大特点是比能量高必能量指的是单位重量或单位体积的能量用Whkg或WhL表示锂离子电池具有如下参数特性高能量密度锂离子电池的能量密度可以达到360WhL158Whkg是NI-CD及NI-MH电池的两倍以上高工作电压一般锂离子电池的放电电压为37V高负载特性锂离子电池的最大连续放电电流可以达到2CmA放电特性稳定即使在电池寿命接近终止时锂离子电池仍保持着良好的放电稳定性快速充电特性锂离子电池可接受的最大充电电流可达1CmA而且恒流充电时间达到50分钟以上长循环寿命重复使用次数多循环充电特性好可以重复5001000次充放电锂离子电池的放电特性 锂离子电池在使用中不可过充过放否则将损坏
17、电池使之报废因此电池上一般有保护元器件或保护电路以防止昂贵的电池损坏正确使用锂离子电池对延长电池寿命是十分重要的锂离子电池是目前应用最为广泛的锂电池它根据不同的电子产品的要求可以做成扁平长方形圆柱形及扣式而且有由几个电池串联在一起组成的电池组锂离子电池的额定电压为36V个别产品为37V锂离子电池对充电要求很高必须保证充电终止精度在1之内充电完成时的终止充电电压与电池阳极材料有关阳极材料为石磨材料的电池为42V阳极材料为焦炭的电池为41v不同阳极材料的内阻也不同焦炭阳极的内阻略大其放电曲线也略有差别如图1-1所示 图1-1常规锂离子电池的放电曲线锂离子电池充电特性锂电池易受到过充电深放电以及短路
18、所造成的损害其充电电压必须严格限制充电速度通常不超过1C最低放电电压为2730V如再继续放电则会损坏电池锂离子电池以恒流转恒压方式进行充电采用1C恒流充电至41V或42V时充电器应立即转入恒压充电充电电流逐渐减少当电池充足电后进入涓流充电过程如图1-2所示图1-2锂离子电池的充电曲线为避免过充电或过放电锂离子电池不仅在内部设有安全部分充电器也必须采取安全保护措施以检测锂离子电池的充放电状态 14 锂电池充电方法 充电管理是锉电池管理系统的重要组成部分它对电池的特性及寿命有着至关重要的影响随着电源技术的不断发展充电的手段越来越丰富充电方式对电池及应用环境的针对性也越来越强目前铿电池充电主要有四种
19、方法恒流充电恒压充电恒流恒压充电和脉冲充电恒流充电CC恒流充电根据其充电电流的大小又可分为浮充充电 又称涓流充电 标准充电及快速充电该方法在整个充电过程中采用恒定电流对电池进行充电如图1-3所示这种方法操作简单易于做到特别适合对由多个电池串联的电池组进行充电但由于锂电池的可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降的在充电后期若充电电流仍然不变充电电流多用于电解质产生大量气泡这不仅消耗电能而且容易造成极板上活性物质脱落影响锂电池的寿命图1-3 恒流充电法曲线恒压充电CV在恒压充电法中充电电源的电压在全部充电时间里保持恒定的数值随着锂电池端电压的逐渐升高电流逐渐减少充电曲线如图1-45所示从图中
20、可以看到充电初期充电电流过大这样对锂电池的寿命会造成很大影响图1-4 恒压充电法曲线恒流恒压充电CCCV在CCCV充电器中充电通过恒定电流开始在恒流充电CC周期中为了防止过度充电而不断监视电池端电压当电压达到设定的端电压时电路切换为恒定电压充电直到把电池充满为止在CC充电期间电池可以以较高电流强度进行充电这期间电池被充电到大约85的容量在CV周期中电池电压恒定充电电流逐渐下降在电流下降到低于电池的110容量时充电周期完成恒流恒压充电曲线如图1-5所示图1-5 恒流恒压充电曲线脉冲充电 脉冲充电方式是比较新的一种充电方式脉冲充电法是从对电池的恒流充电开始的大部分的能量在恒流充电过程中被转移到电池
21、内部当电池电压上升到充电终止电压 后脉冲充电法由恒流转入真正的脉冲充电阶段在这一阶段脉冲充电方式以与恒流充电阶段相同的电流值间歇性的对电池进行充电每次充电时间为后然后关闭充电回路充电时由于充电电流的存在电池电压将继续上并升超过充电终止电压当充电回路被切断后电池电压又会慢慢下降电池电压恢复到时重新打开充电回路开始下一个脉冲充电周期在脉冲充电电流的作用下电池会渐渐充满电池端压下降的速度也渐渐减慢这一过程一直持续到电池电压恢复到的时间达到某个预设的值为止可以认为电池已接近充满如图1-6所示在以上四种充电方法中锂电池充电仍以恒流恒压的方法为主虽然恒流恒压充电需要复杂得多的电路来实现但由于其充电时间短充
22、电效率高因此在锂离子电池充电中占主导地位本文所设计的充电器也将采用这种充电方法图1-6脉冲充电法曲线2 系统设计框架与技术参数21 系统设计框架 锂离子电池在充放电使用中必须注意保护用一个形象的肥皂泡沫做比喻锂离子电池如同一堆肥皂泡沫泡内存储的就是电能充电时气泡会随着充电时间的加长而不断增大当超过其极限值时气泡就会破裂此时即损坏了锂电晶型造成永久性损坏若过度放电则会造成气泡塌陷消失这样下次充电时气泡就充不起来导致锂电池失效设计系统框架时除了技术参数外系统的可靠性和安全性页时至关重要的为了保证充电不对电池造成永久性损坏在设计中必须考虑保护措施包括过流保护过压保护和温度保护另外充电器充电过程保快了
23、恒流工作阶段和恒压工作阶段且系统必须保证恒流恒压的稳定性图2-1所示时系统的设计框架包括电压温度采样模块开关控制模块保护机制模块和充电模块图2-1 系统框架设计这4类模块的功能介绍如下保护机制该模块将系统的工作状态实时显示出来并根据事先编写的软件响应监控信号在实现时该模块电路被分散在其他3个模块的实现电路中开关控制该模块利用AD采样检测充电恒流在非法工作时关断系统电源充电功能模块该模块的主要功能是产生精确的基准电压完成电池充电并实时采样系统状态温度电压采样该模块完成充电器电源电压和环境温度的采样并根据采样值决定系统的工作状态22 系统技术参数本设计的系统技术参数充电时间充电电压电流参数和系统充
24、电曲线充电曲线分析由系统的充电曲线可以看出本系统分3个阶段进行在图中用ABC标明此外充电曲线A阶段部分与图2-3所示的曲线有所不同A阶段的充电过程是根据应用的需要自定义的一个充电阶段它是准备阶段从充电曲线中可以看出A阶段的充电电流较小充电电压从3V以线形方式增加增幅稳定且快速这以阶段称为预充电过程它用来检测电池是否正常 2 系统参数设定充电过程分为3个阶段A为预充电阶段B为快速充电阶段C为涓流充电阶段各个充电阶段的技术参数和充电时间长度均可通过充电曲线得到A阶段预充电阶段指示快速充电之前的阶段检测电池是否正常工作充电至电压至38005V时充电器转到快速充电阶段在此期间充电电流维持在8030mA
25、B阶段快速充电阶段本阶段充电电流维持在650423V电池电压大于3901V而充电时间大于4个小时C阶段涓流充电阶段本阶段电池电压维持在42003V充电电流小于5015mA在上述3个阶段中AB阶段时恒流充电C阶段为恒压充电3 充电器硬件设计系统整体电路按照实际电路功能可划分为系统指示灯电路电源电压与环境温度采用电路精确基准电压产生电路和开关控制电路31 单片机单片机用作系统的主控制单元它控制所有的输入输出并根据AD采样的结果做出充电状态的判断和指示由于充电器要求IO端口支持双向模式且需要单片机内自带AD转换功能和系统监控看门狗功能因此在这里选用了EM78P458型单片机它具有如下特性工作电压范围
26、2260V工作温度范围080 低功耗V4MHz工作条件下电流小于15mA3V32kHz条件下电流值为15A休眠模式下电流值为1A4KB13位片内ROM96字节片内寄存器SDRAM两个双向IO端口P5x和P6x8位实时定时计数器TCC其信号源触发沿可编程选择溢出产成中断8位多路AD转换器精度达13位两个脉冲宽度调制器PWM精度达10位6个中断源TCC中断输入引脚状态变化中断从休眠模式中唤醒AD转换结束中断PWM周期匹配中断比较器输出高电平中断和外部中断可编程自由运行看门狗定时器WDT8个IO管脚可编程设置为上拉8个IO管脚可编程设置为下拉8个IO管脚可编程设置为漏极开路每个指令周期为两个时钟周期
27、具有电压检测器检测范围为20V015V如图3-1所示EM78P458单片机有20个管脚P5x和P6x端口作为AD双向端口管脚单片机自带AD转换器其AD转换器为8通道AD转换器且通道1和5带增益放大因此P6x端口既为单片机的IO端口也为AD转换器 3-1 EM78P458单片机32 单片机外部扩展选好系统单片机好按照图3-2所示的外部电路连接完成单片机的外部扩展系统只用了单片机的12个管脚 图3-2 单片机电路连线由单片机的外部连线可知下列端口具有独立的功能需要连接外部电路来实现管脚3P57CO连接定义为I_AD外部电路完成充电电流AD转换管脚4P60ADC1连接定义为U_AD外部电路完成电池电
28、压AD转换管脚6P62ADC3连接定义T_AD外部电路完成系统环境温度采样管脚7P63ADC4连接定义为P_AD外部电路完成系统电源电压AD转换管脚13P51PWM1连接定义为PWM外部电路为PWM调制电路完成系统的开关控制管脚14P52PWM2连接定义为GREEN外部电路控制绿色LED指示灯显示系统工作状态管脚15P53Vref连接定义为Vref外部电路提供系统充电恒流恒压控制所需的基准电压管脚19P54TCC连接定义为RED外部电路控制红色LED指示灯显示系统工作状态管脚1718连接晶振产生4MHz的频率该频率为系统的时钟周期33 系统指示灯电路系统指示灯有两个红色LED和绿色LED当电池
29、处于充电状态时充电器的红色指示灯亮绿色指示灯熄灭当电池充电基本完成进入涓流阶段时充电器的绿色指示灯亮红色指示熄灭若出现异常状况则红色指示灯闪烁绿色指示灯熄灭如图3-3所示LED直接连接至单片机IO口RES2电阻利用分压原理得到LED的工作电位差并利用与LED串联的特点限制其工作电流起过载保护的作用 图3-3 系统指示电路34 电源电压于环境温度采样电路如图3-4该电路完成充电器电源电压和环境温度的采样当电源适配器电压或环境温度超出设定范围时系统应该报警提示并立即停止充电 图3-4电源电压与环境温度采用电路电路原理于器件功能描述如下Vref连接精确基准电源产成电路为温度采样提供可靠的标准值连接V
30、ref的10k电阻为分压电阻系统利用热敏电阻的压降计算得到温度值利用T_AD连接至单片机的P62ADC3管脚再利用该管脚的AD转换器向单片机输入温度采样值电压值利用电路作半部分的分压电路得到利用P_AD连接至单片机的P63ADC4管脚再利用该管脚的AD转换器向单片机输入电压采样值利用分压电路取数据可使采样值处在AD转换器的允许范围内电容102起滤波的作用防止采样点电压的波动35 精确基准电源产成电路如图3-5该电路为单片机电源提供基准电源系统使用由德州仪器公司生产的TL431三端可调分流基准源TL431是一是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从V
31、ref25V到36V范围内的任何值该器件的典型动态阻抗为02在很多应用中可以用它代替齐纳二极管例如数字电压表运放电路可调压电源开关电源等 图3-5 精确基准电源产生电路36 开关控制电路图3-4右边电路使两个AD采样子模块一个用于采样电池的电压U_AD标号另一个用于采样充电电流I_AD标号AD采样的工作原理充电电流的采样是利用一个025阻值的电阻通过电流产生的压降进行的这个形成压降的电阻不能很大否则会形成过大的压降在U_AD的电压入口处连接了阻值为1M的电阻它主要起放电的作用在实际的测试种发现电池拿走后其残留的电压比较大不能检测到电池已被移出因此利用这个电阻放电如图3-6系统利用两个三极管Q1
32、和Q2做开关控制对电池进行充电图3-6 开关控制电路37 4 充电器软件设计41 系统软件总体设计思路充电器机上电源后系统首先要检查是否有电池放入准备充电同时还必须检测电池是否可用然后系统须连续数次检测各个AD通道进行电源电压环境温度等数据的初始话设定系统初始值如果电池电压采样通道连续3次检测到电压值大于10V则认为充电器内已放入电池且电池可用开始充电整个充电过程可分3个阶段进行每个充电阶段的数据独立但他们的处理机制基本一致对于这3个充电阶段AB两阶段必须做到恒流控制C阶段必须做到恒压控制这是充电阶段的主要功能部分恒流恒压控制电路已知单片机必须对IO口的数据做出判断并根据判断向外部电路发出正确
33、的动作指示系统主流程 4-1系统主流程图4-1所示为系统主流程它包括初始化函数电池检测函数预充点子程序快速充电子程序和涓流充电子程序该流程图给出了软件的执行时序按照系统主流程的时序设计各函数的调用机制为 1 单片机上电后初始化寄存器单片机上电后完成系统主流程的主函数将使用CALL指令调用初始化函数初始化工作包括3个方面定义全部寄存器和单片机端口初始化片内寄存器和端口状态系统监控系统复位并启动中断复位等待初始化过程将清除上次充电的所用记录同时启动系统的监控函数并复位中断系统通常这已过程十分迅速一般会在放置电池前完成 2 调用检测电池的子程序完成检测检测电池的子程序将用当前的状态值覆盖先前无电池时
34、采样的无效值然后对取得的状态值判断此刻充电器放置的电池是否可用一般来说系统将连续做4次电源电压电池电压电池温度和充电电流的采样将采用的状态值与系统预设的正常参数进行比较若4次比较的结果全部无误则进入电池检测子程序若4次比较的结果存在错误则系统一直检测下去直到连续4次比较的结果全部无误 1 确认充电器中存在电池后再根据电池电压是否大于3V的条件决定采用预充电还是快速充电确认充电器内的电池可以进行充电系统将进入电池检测子程序如果程序检测到电池的电压大于1V则认为充电器内有可用的充电电池否则系统认为无电池或电池不可用并退出函数再重新开始执行检测电池的子程序这一过程依然利用CALL指令完成如果电池检测
35、子程序确认充电器内放置了有效的电池那么系统将做进一步的检测检测当前电池的电压是否大于3V如果电池电压大于3V考虑电路采样和单片机端口的损耗电池的实际电压很可能已达到快速充电的电压要求因此可以跳过预充阶段直接进行快速充电 1 再相应的充电阶段子程序内部保持循环不断检测直至相应阶段充电完毕退出相应的子程序充电子程序包括预充充电子程序快速充电子程序和涓流充电子程序可根据电池电压的值跳过预充充电子程序直接进入快速充点子程序当系统进入到充电子程序后如果不跳过预充充电子程序则其正常执行时序时预充充电子程序快速充电子程序涓流充电子程序图4-1中各充电子程序模块均表明电池充好后退出是否退出当前充电子程序重新调
36、用检测电池的子程序有各充电子程序的内部CALL指令决定如果充电正常只退出子程序顺利进入下已充电子程序如果充电异常将不进入下一充电子程序重新调用检测电池的子程序43 电流程设计充电分A阶段预充阶段B阶段快速充电阶段和C阶段涓流充电阶段3个阶段完成各充电阶段的子程序流程描述如下 1 进入充电流程子程序开始检测充电器中有无电池置标志信号如果没有电池则退出子程序 2 随后系统IO口的高电平使开关控制电路的三极管导通5V电源电压直接为电池充电3ms在此期间程序轮循采样电源电压充电电流以及电池环境温度读取AD采样的数值后取平均值处理这些AD采样数据3个阶段的3ms充电流程完全一致但功能不同左边的流程定义为
37、阶段0它对电池充电3ms并采样电池充电电流中间的流程定义为阶段1它对电池充电3ms并采样电池和环境温度右边的流程定义为阶段2它对电池充电3ms采样电池充电电压这3个充电阶段的执行顺序使固定的阶段0阶段1阶段2阶段0采样阶段的流程完全相同可分解为6步根据系统预先设定的参数选择电池的充电电压充电电流对电池进行充电延时1ms即步骤1持续1ms 采样电池状态值 延时2ms即整个充电时间持续3ms 读取采样结果并保存完成4次采样后计算平均值 修改采样阶段号进入下一个采样阶段系统充电3ms后暂停并关断充电进行查表根据查表结果进行相应的延时如果总的采样时间超过3s系统将步查表延时选择电压通道并进行处理完成处
38、理后将时间标志清零进入采样数据分析阶段如果系统充电3s超时将采用如下处理步骤令充电电压为低电平停止充电延时15ms稳定电池状态选择电池电压的采样通道即P61ADC2管脚开启充电延时1ms即充电持续1ms采样电池电压值 延时2ms即整个充电时间持续3ms然后保存最后读取的电压值将其作为后续处理的电池采样状态值清除3s超时标志进行采样数据处理判断电池电压是否小于1V如果小于1V则表明电池被移走置相应标志位程序结束否则继续处理采样数据判断电池电压是否大于44如果大于44V则表明电池出现故障置相应的标志位开启LED指示程序将回到BACK1处否则继续处理采样数据判断电池温度是否处于043之间如果处于该数
39、值范围电池正常继续处理采样数据否则表明电池温度过高置相应的标志位开启LED指示程序将回到BACK1处判断电池电压是否等于42V如果等于42V则表明电池完成充电程序结束否则继续处理采样数据判断充电时间是否超时如果超时则表明电池完成充电程序结束否则回到BACK2处结论本文围绕锂离子电池智能充电器设计为中心重点介绍了锂离子电池的充电原理与充电方法充电器系统的设计思想和系统结构分析并进行了相应充电器的具体参数设定本文所设计智能充电器系统以EM78P458单片机为控制核心电路按照实际电路功能可划分为系统指示灯电路电源电压与环境温度采用电路精确基准电压产生电路和开关控制电路并进行了单元电路的具体设计通过具
40、体的硬件电路和软件程序设计实现了电池充电LED指示保护机制及异常处理等充电器所需要的基本功能本文所设计控制系统虽然完成了主要的任务基本达到设计的要求和目标但是要应用于实际工业产品生产研发还有很大的距离还需要进一步的研究和完善本系统在设计中同时存在有许多的不足之处本系统软件设计部分只提出了设计思路和相应的软件程序设计并没有完成实际功能的仿真的设计未来的铿电池将会具有更高的能量密度更小的体积和更轻的重量随着对锉电池的深入研究对电池各种参数的了解将越来越多也越来越精确与其相应的新的允电方法和充电控制也会诞生今后也必将会出现更新更好的铿电池充电器芯片致谢在论文完成之际我心中洋溢着成功的喜悦但更多的是对
41、老师和同学的感激正是在他们的帮助和鼓励下我的毕业设计才得以顺利完成本毕业设计是在韩昱老师的悉心指导下完成的韩昱老师不仅对我的本科生学业给予了无微不至的关怀和培养更重要的是他对本设计的研究和顺利完成倾注了大量的心血在此我向韩昱老师表示深深的敬意和衷心的感谢同时也要感谢图书馆和互联网这个知识的海洋它给我提供了丰富的参考资料以保证我在遇到疑难问题时得以及时查阅资料从而顺利地解决问题在论文的写作期间我积极与同组同学进行讨论和交流正是他们给了我自始至终的支持和鼓励为我提供了不可或缺的帮助在这里我向他们道一声诚挚的感谢最后 还要感谢在学习上生活上关心我帮助我的老师同学以及广大的亲朋好友们 路漫漫其修远兮吾
42、将上下而求索参考文献1 余发山单片机原理及应用技术中国矿业大学出版社20032 傅丰林低频电子线路高等教育出版社20033 康华光电子技术基础 数字部分 高等教育出版社20004 王鸿麟景占荣通信基础电源 第二版 西安电子科技大学出版社2001 5 刘宝泉智能充电器设计与实现西北工业大学2004年6 张占松开关电源的原理与设计电子工业出版社1998 7 杨帮文实用电池充电器与保护器电路集锦电子工业出版社20018 彭颖一种锂离子电池充电器芯片的设计 华中科技大学20059 周玲 基于单片机控制的智能充电器设计 广西大学200610 吴宇平万春荣姜长印锂离子二次电池第一版化学工业出版社20021
43、1 郭炳焜徐徽王先友锂离子电池第二版中南大学出版社200212 Zhang W Skelton D Martinez R Modeling and analysis of an off-line battery charger for single cell lithium batteries IEEE Circuits and Systems 2004 2 4 1796180213 Bentley W F Heacock D K Battery management considerations for multichemistry systems IEEE AES Systems Mugu
44、zine19965232614 肖吉林带ADCPWM和比较器的单片机EM78P458 西安华圣电子工程公司15 周航慈 饶运涛单片机程序设计基础北京航空航天大学出版社199716 张俊 匠人手记 北京航空航天大学出版社2008附图系统总电路结构5 汇编51 变量定义与初始化程序模块511 系统变量定义单片机的外部信号和相应的外部参数均需要在单片机内部存放同时内部寄存器也需要定义外部信号变量外部信号变量与图5-6所示中的IO接口一致RED 4 红色LED指示灯GREEN 2 绿色LED指示灯CTRL 1 控制信号I_AD 0X10 充电电流U_AD 0X11 电池电压T_AD 0X12 环境温度
45、P_AD 0X13 充电电压FLAG 0X14 标志信号内部状态标志变量内部状态标志变量将根据外部信号的采样数据通过逻辑判断或组合判断得到系统的动作指示标志 _60MFLAG 1 延时标志 _180MFALAG 3 无电池标志 FTIME 4 时间超出异常 FABNORMALT 5 温度异常 FABNORMALP 6 电源异常 FABNORMALB 7 电池异常内部寄存器定义与AD采样变量这一部分包括了单片机内部寄存器的定义以及单片机IO口进行AD采样所利用到的变量每个状态的AD采样为4次A_R 0X15 电阻变量R3_R 0X16 开关电阻R3B 0X17 寄存器S 0X18U_AD1 0X19 电池电压采样寄存器U_AD2 0X1A U_AD3 0X1BU_AD4 0X1CT_AD1 0X1D 环境温度采用寄存器T_AD2 0X1E T_AD3 0X1FT_AD4 0X20P_AD1 0X21 充电电压采样寄存器P_AD2 0X22P_AD3
