【正文】 學(xué)號：200706273畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題目名稱： 基于AVR單片機(jī)的鋰電池充電電路設(shè)計(jì)題目類型： 畢業(yè)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 張楚光 院 (系)： 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 專業(yè)班級： 應(yīng)用物理0701 指導(dǎo)教師： 李太全 輔導(dǎo)教師： 李太全 時(shí) 間： 至 目 錄畢業(yè)設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))任務(wù)書 I畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開題報(bào)告 III畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))指導(dǎo)教師評審意見 X畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))評閱教師評語 XI畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))答辯記錄及成績評定 XII中文摘要 XIII英文摘要 XIV1前言 1 1 32 鋰離子電池組充電原理 5 5 5 6 7 7 7 8 9 103 充電器硬件描述 10 Atmega128介紹 10 11 12 13 144 軟件設(shè)計(jì) 15 15 15 17 185總結(jié) 25參考文獻(xiàn) 26致謝 27附錄一 系統(tǒng)整體電路圖 28附錄二 PCB圖 29長江大學(xué)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))任務(wù)書學(xué)院（系）物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 專業(yè) 應(yīng)用物理 班級 應(yīng)物0701 學(xué)生姓名 張楚光 指導(dǎo)教師/職稱 李太全 / 副教授 1. 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目：基于AVR單片機(jī)的鋰電池組充電電路設(shè)計(jì)2．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）起止時(shí)間：2011年1月～2011年6月3．畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)所需資料及原始數(shù)據(jù)（指導(dǎo)教師選定部分）1）單片機(jī)原理；2）Atmega128數(shù)據(jù)手冊；3）HIGHSPEED LITHIUM ION BATTERY CHARGER。4）其他相關(guān)元件數(shù)據(jù)手冊； 4．畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)應(yīng)完成的主要內(nèi)容 1）鋰電池的充電電路的原理；2）采用Atmega128的鋰電池組充電電路的分析與設(shè)計(jì)；3）充電過程控制軟件設(shè)計(jì)；4）系統(tǒng)性能測試；5．畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的目標(biāo)及具體要求1）掌握鋰電池組充電電路的原理；2）完成硬件電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；3）完成充電控制的程序設(shè)計(jì)和調(diào)試。4）提交系統(tǒng)測試報(bào)告；5）完成論文和英文翻譯。完成畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)所需的條件及上機(jī)時(shí)數(shù)要求Atmega128開發(fā)板、計(jì)算機(jī)等。計(jì)算機(jī)上機(jī)時(shí)數(shù)200小時(shí)。任務(wù)書批準(zhǔn)日期 年 月 日 教研室(系)主任(簽字) 任務(wù)書下達(dá)日期 年 月 日 指導(dǎo)教師(簽字) 完成任務(wù)日期 年 月 日 學(xué)生（簽名） 長江大學(xué)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開題報(bào)告題 目 名 稱 :基于AVR單片機(jī)的鋰電池組充電電路設(shè)計(jì) 題 目 類 別 : 設(shè)計(jì)論文 院 （系） : 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 專 業(yè) 班 級 : 應(yīng)物0701班 學(xué) 生 姓 名 : 張楚光 指 導(dǎo) 教 師 : 李太全 輔 導(dǎo) 教 師 : 李太全 開題報(bào)告日期: 2011年4月9日 基于AVR單片機(jī)的鋰離子電池組充電電路設(shè)計(jì)學(xué) 生：張楚光 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院指導(dǎo)老師：李太全 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院一、題目來源 題目來自社會生產(chǎn)實(shí)踐。二、研究目的和意義隨著便攜式電子設(shè)備的發(fā)展 ,其對電池性能、 體積、 、 高電池電壓、 高循環(huán)次數(shù)、 體積小、 質(zhì)量輕等特性脫穎而出 ,取代傳統(tǒng)的鎳鉻和鎳氫電池 ,迅速成為市場主流.鋰離子電池對充電供電控制和保護(hù)電路的要求較高 ,在使用過程中應(yīng)嚴(yán)格避免出現(xiàn)過充、 過放、 、 鎳鎘電池不一樣 ,鋰離子電池必須考慮充電、 ,電池溫度上升后能量將過剩 ,由于電解液分解而產(chǎn)生氣體 ,致使內(nèi)壓上升而產(chǎn)生自然或破裂的情況 ,而在過度供電狀態(tài)下 ,電解液分解導(dǎo)致電池特性和耐久性劣化 ,降低電池可充電次數(shù)?；谶@些因素，為了對鋰電池安全、可靠、快速、高效地充電,應(yīng)該對充電器的智能化,穩(wěn)定化,安全化和高效化提出更高的要求。對于鋰離子電池組，在長期充放電過程中，由于電池組內(nèi)各單體電池間充電接受能力的差異、自放電率的差異、容量衰減速率的差異，電池組內(nèi)各單體荷電量差距越來越大呈發(fā)散趨勢，容易造成電池組內(nèi)部電池離散性加大，個(gè)別電池性能衰減加劇，而導(dǎo)致整組電池失效。因此，為了滿足電源的長壽命要求，需要采用電池均衡技術(shù)，使電池組內(nèi)各單體電池電壓隨著充放電循環(huán)的進(jìn)行收斂至穩(wěn)定值，確保電池不被過放電和過充。三、閱讀的主要參考文獻(xiàn)及資料名稱[1]“心臟”及其護(hù)理[J].POWER,2004(4)[2]劉云鵬,[J]. 微計(jì)算機(jī)信息 (嵌入式與 SOC),2010(82)[3]侯宇,[J]. 光電技術(shù)應(yīng)用2009,24(3)[4]馬潮，詹衛(wèi)前， 原理及應(yīng)用手冊[M].清華大學(xué)出版社2002.[5]江海波,王卓然, AVR ——從 ATMega48/88/168 開始[M].中國電力出版社[6]馬愛華,張曉冬,張偉. 基于AVR的鋰電池智能充電器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用2009（02），7173[7][J]. 信 息 技 術(shù)2009( ),3133[8]李凱,[J]. 電源技術(shù)應(yīng)用 2006（4），5357[9]雷娟,蔣新華，[J].電池2007(2),6263[10]王青松,孫金華,陳思凝,姚曉林,[J]. 電池2005(6),240241[11]韓廣欣,韓金東,張秀軍,[J]. 電池工業(yè)2009(2),6568[12]蔣新華,馮毅,[J]. 電池2005(12),443444[13]鄧紹剛，汪艷，李秀清,[J]. 電子科技2006(10),6872[14][J]. 基礎(chǔ)電子2010（9），,4344[15][J]. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品2009(8),2[16]張方軍，[J].電源技術(shù)應(yīng)用 2009（8）,1318[17]李洪，戴永軍，李向鋒。基于單片機(jī)的鋰電池充電和保護(hù)[J].通信對抗2004（4），5456[18]邊延凱,賈瑞慶 ,田爽. 鋰離子電池組的均衡控制與設(shè)計(jì)[N]. 東北電力大學(xué)學(xué)報(bào) 2006(4),6972四、國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢與研究的主攻方向1. 高集成度和高控制精度充電IC是主流產(chǎn)品鋰離子電池的充電需要經(jīng)過恒流和恒壓兩個(gè)過程才能完成，因此充電IC的控制精度就特別重要，充電IC的精度決定了電池的充電量和壽命。據(jù)調(diào)查，目前市場上新推出的鋰離子電池充電IC大部分都已經(jīng)達(dá)到了1%的恒壓控制精度。 除了高精度的恒壓和恒流控制外，充電IC還需要電池電壓檢測、溫度檢測以及關(guān)閉控制等功能用來實(shí)現(xiàn)保護(hù)作用。而為了適應(yīng)目前移動設(shè)備體積越來越小的趨勢，半導(dǎo)體制造商們開始將越來越多的保護(hù)功能集成到充電IC中。 該設(shè)計(jì)的思路就是將充電IC集成在便攜設(shè)備的PCB板上，并且和微控制器結(jié)合使用，而外部的充電器則被精簡成一個(gè)簡單的電源適配器。這種設(shè)計(jì)的好處在于不僅便于制造商控制其設(shè)備的充電質(zhì)量，而且可以減少便攜設(shè)備中微控制器和I/O接口的使用。隨著鋰離子電池充電性能的提高和移動設(shè)備的微型化趨勢，俗稱“旅行充電器”的產(chǎn)品正漸漸成為主流，人們也越來越習(xí)慣于使用這種方便輕巧的充電產(chǎn)品。事實(shí)上，絕大部分下一代移動設(shè)備都已經(jīng)將充電IC內(nèi)置在設(shè)備之中。 看似簡單的充電控制IC正變得越來越復(fù)雜，設(shè)計(jì)師希望充電IC不僅能管理充放電過程，還可以帶來更多的靈活性。以凌特公司最新推出的充電控制IC LTC1734為例，該產(chǎn)品增加了一個(gè)多用途的PROG管腳。該管腳不僅可以連接微控制器用于充電功能的開關(guān)控制，還可以提供一個(gè)與充電電流成比例的電壓，使微控制器可以準(zhǔn)確地判斷出充電進(jìn)行的情況。 除此以外，許多公司還推出了使用范圍更為廣泛的智能充電IC。例如，德州儀器的bq2057集成了可編程充電電壓/電流調(diào)整功能，并且可以激活深度放電的電池。 五、主要研究內(nèi)容、需重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思 鋰電池充電需要控制它的充電電壓，限制其充電電流。鋰電池通常都采用三段充電法，即預(yù)充電、恒流充電和恒壓充電。鋰電池的充電電流通常應(yīng)限制在 1C （C 為鋰電池的容量）以下，單體充電電壓一般為 ，否則可能由于電壓過高會造成鋰電池永久性損壞。預(yù)充電主要是完成對過放的鋰電池進(jìn)行修復(fù)，若電池電壓低于 3V，則必須進(jìn)行預(yù)充電，否則可省略該階段，這也是最普遍的情況。在恒流階段，充電器先給電池提供大的恒定電流，同時(shí)電池電壓上升，當(dāng)電池電壓達(dá)到飽和電壓時(shí)，則轉(zhuǎn)入恒壓充電，充電電壓波動應(yīng)控制在 50mV 以內(nèi)，同時(shí)充電電流降低，當(dāng)電流逐漸減小到規(guī)定的值時(shí)，可結(jié)束充電過程。電池的大部分電能在恒流及恒壓階段從充電器流入電池。由上可知，充電器實(shí)際上是一個(gè)精密電源，其電流電壓都被限制在所要求的范圍之內(nèi)。圖1給出了鋰電池充電過程電壓電流變化的示意圖，可供參考。圖1 鋰電池充電示意圖利用單片機(jī)系統(tǒng), 我們就可以構(gòu)造出一個(gè)智能化的鋰離子電池智能管理系統(tǒng)。如圖2所示，單片機(jī)系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行,包括充電機(jī)參考電壓電流值的給定，充電完畢或者保護(hù)狀態(tài)時(shí)充電機(jī)的關(guān)閉,根據(jù)電池電壓、充電電流、溫度等各種參數(shù)來智能監(jiān)測電池充電狀態(tài)和實(shí)現(xiàn)對電池的一系列保護(hù)功能。圖2 充電硬件示意圖降壓轉(zhuǎn)化器降壓轉(zhuǎn)換器實(shí)際上是使用一個(gè)電感器和/或變壓器（如果隔離是理想）的開關(guān)穩(wěn)壓器，作為儲能元件從輸入端以離散的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)移能量到輸出端。反饋電路，通過晶體管控制能量的轉(zhuǎn)移，晶體管也稱為旁路開關(guān)，在電路的負(fù)載限制內(nèi)以保持恒定的電壓或電流。圖3 降壓轉(zhuǎn)換器原理圖六、完成畢業(yè)設(shè)計(jì)所必須具備的工作條件及解決的辦法1 文獻(xiàn)調(diào)研查閱近二十年來國內(nèi)外有關(guān)的文獻(xiàn)，其中國內(nèi)文獻(xiàn)學(xué)校圖書館和中國期刊網(wǎng)能滿足需要，大部分文獻(xiàn)由指導(dǎo)老師提供；國外文獻(xiàn)全部由指導(dǎo)老師提供。2 120小時(shí)的上機(jī)時(shí)間由物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室提供計(jì)算機(jī)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)環(huán)境。3 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板及相關(guān)器件 由學(xué)院提供。七、工作的主要階段、進(jìn)度與時(shí)間安排 2月20日～3月1日 收集資料，閱讀相關(guān)文獻(xiàn) 3月5日～3月24日 完成文獻(xiàn)翻譯，送給指導(dǎo)老師修改 3月25日～4月2日 完成開題報(bào)告，送給指導(dǎo)教師審閱 4月9日 開題答辯 4月10日～4月20日 電路設(shè)計(jì)與程序模塊設(shè)計(jì) 4月21日～5月12日 學(xué)習(xí)AVR單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)與編程思想，并編寫充電智能管理程序5月13日～5月15日 硬件設(shè)計(jì)與軟件編程交給老師修改 5月18日～5月25日 根據(jù)指導(dǎo)教師修改意見完善電路圖的設(shè)計(jì)以及程序的優(yōu)化5月26日～6月5日 搭建電路板，制作實(shí)際產(chǎn)品并測試與使用 6月08日～6月15日 畢業(yè)設(shè)計(jì)送給指導(dǎo)教師評閱、