【正文】 ……………………………………………………27參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………28附錄一：原理圖……………………………………………………………………………29附錄二：PCB板圖…………………………………………………………………………31附錄三：程序………………………………………………………………………………32第1章 緒論 電池定義電池的應(yīng)用從來(lái)沒(méi)有像現(xiàn)在這么廣泛。電池正在變得更小、更輕，在單位容積內(nèi)可容納更多能量。電池發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力來(lái)自便攜裝置(移動(dòng)電話，膝上電腦，攝錄像機(jī)，MP3播放機(jī))的發(fā)展?！　‰姵胤Q之為能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)，這也包括續(xù)流和時(shí)鐘源。從現(xiàn)代技術(shù)的角度看，電池通常是產(chǎn)生電能的自儲(chǔ)化學(xué)系統(tǒng)的便攜裝置。　　一次性電池(稱之為不可充電或初級(jí)電池)從恒定變化電池的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能。一次性電池的放電引起電池化學(xué)成分的永久性和不可逆變化。反之，可充電電池稱之為二次電池，二次電池由充電器充電而在應(yīng)用中放電。因此，二次電池可以多次產(chǎn)生能量和多次儲(chǔ)存能量?！　〕潆娀蚍烹婋娏?安培)通常表示為額定容量的倍數(shù)(稱之為C率)。例如，額定為1安培一小時(shí)(1Ah)的電池，C/10放電電流為1Ah/10=100mA。電池的額定容量(Ah或mAh)是在特定條件下完全充電時(shí)所能儲(chǔ)存(產(chǎn)生)的電量。因此，電池的總能量是容量乘電壓，其量度為瓦特一小時(shí)。電池的化學(xué)成分和設(shè)計(jì)一起限定電池所能提供的電流。若沒(méi)有限制性能的實(shí)際因素，電池可產(chǎn)生無(wú)窮大的電流。限制電池性能的主要因素是化學(xué)成分的反應(yīng)率、電池設(shè)計(jì)和發(fā)生反應(yīng)的區(qū)域。某些電池具有產(chǎn)生大電流的能力。沒(méi)有一個(gè)電池能永久地儲(chǔ)存能量。不可避免地，電池化學(xué)反應(yīng)能力逐漸下降導(dǎo)致電池儲(chǔ)存電荷減少。電池容量和重量(或尺寸)之比稱之為電池的存儲(chǔ)密度。在給定尺寸和重量的電池中，高存儲(chǔ)密度意味著可儲(chǔ)存更多能量。[1] 電池充電下面六個(gè)圖是不同的充電方式的時(shí)間與電流、電壓關(guān)系示意圖。 圖 11 半恒流充電(主要用在電動(dòng)剃刀，數(shù)字無(wú)繩電話和玩具等應(yīng)用中) 圖 12 定時(shí)器控制的充電(主要用在筆記本電腦、無(wú)線設(shè)備和蜂窩電話中) 圖 13 △V 截止電流(用在筆記本電腦、攝錄像機(jī)、無(wú)線設(shè)備和蜂窩電話中) 圖14 dT/dt 終止充電(應(yīng)用在電動(dòng)工具和電氣工具中) 圖 15 涓流充電(主要用在應(yīng)急燈、導(dǎo)向燈、存儲(chǔ)器、備用設(shè)備中) 圖 16 恒流，恒壓充電(用于蜂窩電話、無(wú)線設(shè)備和筆記本 PC)　　一個(gè)新的可充電電池或電池組(一個(gè)電池組中有幾個(gè)電池)不能保證完全充滿電。事實(shí)上它們很可能幾乎被放電。因此，第一件要做的事情是根據(jù)制造商提供的化學(xué)成分相關(guān)指南，對(duì)電池/電池組進(jìn)行充電。　　每次充電操作根據(jù)電池的化學(xué)成分依序加電壓和電流。因此，充電器和充電算法滿足電池化學(xué)成分的不同要求。鎳和鋰基電池要求不同的充電算法。Li+電池需要保護(hù)電路來(lái)監(jiān)控和保護(hù)過(guò)流，短路，過(guò)壓和欠壓以及過(guò)溫。電池充電經(jīng)常遇到的術(shù)語(yǔ)是：用于NiCl 和NiMH電池的恒流(CC)和用于鋰離子和鋰聚合物電池的恒流/恒壓(CC/CV)。 常見(jiàn)充電電池現(xiàn)在，常見(jiàn)的充電電池有鎳氫NiMH、鎳鎘NiCd和鋰離子LiB電池。由于各自的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理不盡相同，因此也各有其特點(diǎn)和不同的應(yīng)用領(lǐng)域。NiCd電池是依靠OH離子快速移動(dòng)，反應(yīng)比鋁酸蓄電池平穩(wěn)。因此，他的重要特征是放電容量盡管在大電流放電時(shí)也不出現(xiàn)低下現(xiàn)象（）。結(jié)晶結(jié)構(gòu)基本上不因充放電而變化，使用壽命較長(zhǎng)。NiMH電池的負(fù)極材料結(jié)構(gòu)和電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理不同于NiCd電池，它的能量密度和使用壽命都比NiCd電池優(yōu)越，從而也能拓出更廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)。正是由于這種緣故，世界個(gè)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都高度重視NiMH電池的研究和開(kāi)發(fā)。LIB的主要特點(diǎn)是具有較高的重量能量密度，可在20℃～60℃的溫度范圍內(nèi)工作，無(wú)存儲(chǔ)效應(yīng)，自放電率低（因而不能大電流放電）。為了安全地使用LIB，要求具備嚴(yán)防充電和過(guò)充電的保護(hù)設(shè)施。[2] 充電知識(shí)簡(jiǎn)介 充電方法鉛酸電池、鎘鎳電池、氫鎳電池、鋰離子電池等二次電池，也叫蓄電池或可充電池，充電器對(duì)這些電池充電時(shí)，可把市售的 EEAF 交流電變成一定電壓的直流電，使電能轉(zhuǎn)化為電池內(nèi)的化學(xué)能貯存起來(lái)。[3]充電有兩種不同的方法，即對(duì)電池進(jìn)行大電流充電和小電流充電，也就是快速充電和慢速充電。充電主要是通過(guò)快速充電來(lái)完成。[4] 快速充電的基本原理1967 ,找出了蓄電池能夠接受的最大充電電流和可以接受的充電電流曲線,如圖17 所示,方程見(jiàn)式(1)。i=I0eat （1）式中 i —任意時(shí)刻 t 時(shí)蓄電池可接受的充電電流I0 —最大初始可接受充電電流a—衰減率常數(shù) ,也稱充電接受比圖17所示是一條自然接受特性曲線，超過(guò)這一充電接受曲線的任何充電電流，不僅不能提高充電速率，而且會(huì)增加析氣，小于此接受曲線的充電電流，便是蓄電池具有的儲(chǔ)存充電電流。J．A．MAS在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出，蓄電池在采用任一放電電流后，其充電接受比和放電放掉的容量的平方根成反比，即：a=K/C1/2。其中，K為常數(shù)，C為放電容量?？梢?jiàn)，a值越大，充電接受電流越大。MAS還指出，對(duì)于任何放電深度，一個(gè)電池的充電接受比a是和放電電流Id的對(duì)數(shù)成正比，即a=Klg(KId),它定量地表明隨放電率的不同充電接受比的變化。[5]可見(jiàn)，充電接受率a取決于其先前放電率以及放電深度。并且當(dāng)以小電流長(zhǎng)時(shí)間放電，a值低；而已大電流短時(shí)間放電；a值高。 因此，蓄電池在充電過(guò)程中采取電量相對(duì)很小，而幅度較大且時(shí)間很短的放電措施，將恢復(fù)或提高蓄電池的充電接受率，從而增大了充電電流，只要對(duì)出氣率及溫升等現(xiàn)象控制得當(dāng)，就不會(huì)對(duì)電池的壽命影響太大，而同時(shí)卻加快了充電速率，縮短了時(shí)間，其程度可因不同的設(shè)計(jì)而成倍縮短。正是在這一理論的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生了不同于常規(guī)充電制度的脈沖充電、放電去極化的快速充電技術(shù)。[6] 脈沖充電放電去極化技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，因不同的使用對(duì)象其分類很多，如定電壓、定電流、定周期、定出氣率及各種方案的綜合等，優(yōu)劣各不同。許多優(yōu)秀的快充電設(shè)備采用閉環(huán)控制，因而對(duì)蓄電池充電程度和是否充滿電以及對(duì)其他現(xiàn)象的檢測(cè)技術(shù)也非常重要，如溫升出氣與效率等。[7] 充電器要求人們對(duì)充電器的要求是：在電池充足電、但不過(guò)量充電而把電池充壞的前提下，盡量方便使用。我們用氫鎳電池在充電時(shí)電池內(nèi)部發(fā)生的變化，如電壓、溫度和內(nèi)阻等的變化，來(lái)說(shuō)明什么樣的充電器才是合適的。 充電終點(diǎn)控制方法目前市售的充電器中，控制充電終點(diǎn)的方法大致有5種。1．最高電壓法（Vmax）：～，從充電開(kāi)始，充電器就不斷自動(dòng)檢測(cè)電池端電壓，當(dāng)發(fā)現(xiàn)電池端電壓達(dá)到制造者預(yù)先設(shè)定的電壓值后，認(rèn)為電池已被充足電，則停止充電。這種充電方法叫定電壓充電法，充電剛開(kāi)始時(shí)電流很大，隨著電壓差的減小，充電電流逐漸變小，直至停止。這種方法的缺點(diǎn)是氫鎳電池的內(nèi)阻會(huì)隨著電池使用循環(huán)次數(shù)的增加而增加，新電池能夠充足，用一段時(shí)間后的電池就充不足了，如果把預(yù)設(shè)定電壓定得太高，過(guò)大的初始電流又會(huì)充壞電池。而且由于不同廠家的電池內(nèi)阻不同，充足時(shí)的最高電壓也不同，制造者不好設(shè)定一個(gè)都適用的最高電壓值。 2．恒流定時(shí)法（IT）：使用這種方法的充電器，預(yù)設(shè)定充電電流在IC以下，人工或自動(dòng)控制充電時(shí)間，以充入的電量為電池容量的120%～140%為限。市售最常見(jiàn)的，早已用在單體鎘鎳電池上的充電器，預(yù)設(shè)定電流一般為50～100mA，充電12～14h，由使用者自行終止充電。因?yàn)槌潆婋娏鞑淮螅晕⑦^(guò)量的充入也不會(huì)損壞電池，所以充電終止時(shí)間不十分嚴(yán)格。下班時(shí)開(kāi)始充電，充一夜，上班時(shí)再拔下充電器插頭，不誤使用。 這種充電方法的缺點(diǎn)一是耗時(shí)，二是不管電池狀態(tài)怎樣（是否還有剩余電量、循環(huán)使用過(guò)多少次、電池實(shí)際容量已降低等），不到設(shè)定時(shí)間不停止充電。在這種情形下，若充電量太多，就會(huì)把電池充壞。3．最高溫度法（Tmax）：在充電器上設(shè)置一個(gè)熱敏元件探頭，隨時(shí)檢測(cè)電池的溫度，當(dāng)電池的溫度達(dá)到或超過(guò)預(yù)設(shè)定的溫度時(shí)，減小或中斷充電電流。如果充電器和電池配套制造和銷售時(shí)，可以采用這種方法。但在充電器上對(duì)不同廠家生產(chǎn)的電池就很難設(shè)定一個(gè)都適合的溫度。而且充電器檢測(cè)電池溫度還會(huì)受到環(huán)境溫度的影響，導(dǎo)致充電器誤動(dòng)作，所以這種控制方法很有局限性。 4．溫升速率法（dT/dt）：與最高溫度法一樣，在充電器上設(shè)置一個(gè)熱敏元件探頭。隨時(shí)檢測(cè)電池的溫度，但是這種方法不是設(shè)定最高溫度限制，而是設(shè)定溫升速率的允許值，也就是不斷把檢測(cè)值與上次檢測(cè)值進(jìn)行比較。計(jì)算出電池在單位時(shí)間內(nèi)溫度的變化量，在充電器上預(yù)先規(guī)定了這個(gè)變化量的大小。溫升速率過(guò)大，則減小或終止充電電流。這種方法的局限性，也和最高溫度法一樣。5． 零電壓降或負(fù)電壓降法（△V=0或△V≠0）：在定電流充電過(guò)程中，充電器不斷自動(dòng)檢測(cè)電池端電壓，當(dāng)檢測(cè)到電池的電壓不再升高，或是有所下降時(shí)，也就是充電電壓變化曲線上，出現(xiàn)水平段或出現(xiàn)下降時(shí)，認(rèn)為電池正極上活性物質(zhì)已全部反應(yīng)完，即電池已經(jīng)被充足電了，從而終止充電。這種方法的根據(jù)是：充足電時(shí)電池內(nèi)有較大熱量產(chǎn)生，電壓會(huì)突然下降，而小電流充電時(shí)，即使充足電，電池的端電壓也沒(méi)有 明顯的突變。而且對(duì)于電池組來(lái)說(shuō)，參與組合的單體電池性能不一致，到達(dá)充足的時(shí)間不同，電壓變化此起彼伏，就不容易測(cè)到明顯的總電壓變化。若預(yù)先把△V值設(shè)定得太小，則容易受外電路波動(dòng)的影響而停止充電，使電池充不足電；若△V值設(shè)定得太大，電池端電壓的降低不能控制充電器充電，容易給電池過(guò)充電。再說(shuō)這種方法實(shí)質(zhì)上是在測(cè)定電池溫度變化后電池端電壓的變化，所以也受充電環(huán)境溫度的影響。綜上所述，在充電器充電過(guò)程中，各種控制充電終點(diǎn)的方法都有一定的局限性。有的充電器制造商同時(shí)采用幾種方法，層層設(shè)防，以求萬(wàn)無(wú)一失。這里需要指出的是：在一定環(huán)境下、對(duì)一定電池，充電器上縱然有多種手段，只有一種控制方法在起作用。所以根據(jù)不同環(huán)境、不同使用要求實(shí)際制造不同的充電器，比起設(shè)計(jì)制造赤道、極地通用、高速慢速都行、各類電池皆可的“萬(wàn)能“充電器來(lái)，可能會(huì)降低制造成本，也會(huì)增加使用可靠性。[3] 手機(jī)鋰電池充電知識(shí)簡(jiǎn)介 鋰電池鋰離子電池實(shí)際上是一種鋰離子濃度差電池，正負(fù)兩極有兩種不同的鋰離子嵌入化合物組成，正極