【文章內(nèi)容簡介】 采用鋰化合物LixCoO2, LixNiO2或 LiMn2O2，負極采用鋰碳層間化合物LixC6，電解質(zhì)為LiPF6和LiAsF2等的有機溶液。經(jīng)過Li+在正負電極間的往返嵌入和脫嵌形成電池的充電和放電的過程。充電時，Li+正極脫嵌經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負極，負極處于富鋰態(tài)，正極處于貧鋰態(tài)。放電時則相反。[8] 鋰電池充電近幾年來，便攜式電子產(chǎn)品的迅猛發(fā)展促進了電池技術(shù)的更新?lián)Q代。其中鋰離子電池以高能量密度、高內(nèi)阻、高電池電壓、高循環(huán)次數(shù)、低自放電率等特性，脫穎而出，迅速成為市場的主流。據(jù)統(tǒng)計，在筆記本電腦和移動電話領(lǐng)域，鋰離子電池的市場占有率分別為80%和60%。根據(jù)日本矢野經(jīng)濟研究所的預(yù)測，%的年增長率快速取代傳統(tǒng)的鎳鉻和鎳氫電池市場。Li+鋰電池因具有體積小、重量輕與能量密度高等優(yōu)勢，所以在GSM/CDMA和數(shù)碼相機、, 以保證Li+電池在使用中避免過充電、過放電等損害現(xiàn)象的發(fā)生，從而,隨之帶來的是要求鋰電池充電器具有嚴格與完善的保護電路,才能真正實現(xiàn)各項安全保護特性。[9]其實，鎳基電池的充電器是限流型的，而鋰離子電池充電器是限制電壓和電流。較高的電壓意味著較大的容量。(容差177。)?！　?接近于3%Ich)之后達到滿充電。大多數(shù)充電器達到滿充電的時間大約為3小時，而一些線性充電器聲稱大約一小時充電Li+電池。然而，這種規(guī)定只充電電池到其容量的70%?！　≥^大的充電電流不能使充電時間縮短太多。較大的充電電流能較快地達到電壓峰值，但浮充需較長時間。憑經(jīng)驗，浮充是初始充電時間的兩倍。鋰離子電池具有工作電壓高、能量密度高、無記憶效應(yīng)、自放電小、循環(huán)壽命長等一系列優(yōu)點。但是必須正確使用，特別是保證正確充電，否則電池的使用性能將受到嚴重影響甚至于被損壞。設(shè)計鋰離子電池充電器要考慮以下幾個原則：應(yīng)充足實際容量，以延長電池的一次充電使用時間，同時又要嚴格防止過充電。充電電流要有一定限制，以防止電池過熱，發(fā)生意外。為了使新舊電池能夠達到“可充”狀態(tài)，需要一個預(yù)充過程。安全合理地縮短充電時間，方便使用。[10] 第一代的鋰離子電池具有電子保護電路，但只是通過被動措施進行電池保護。而最新一代的保護電路在充電保護 程序中就變得較為主動，使電池充電要求更加復(fù)雜化。 鋰離子充電過程與汽車中的密封鉛酸電池充電相似。兩者都只能在一個限制的溫度范圍內(nèi)充電，而且必須在一個電流限制的電壓下充電，直到達到特定的電壓。他們還需要保持恒定電壓，直到電池完全充滿。最后，當充電電流達到零時，兩者在恒定電壓完全充電。對鋰離子電池而言，充電的規(guī)格限制在0℃到50℃溫度范圍，而且必須不能超過電池最大充電速率“C”的1/10或C/10。視其特定的鋰離子化學(xué)成分?，F(xiàn)在。電壓必須精確，因為超過最大充電電壓會造成電池災(zāi)難性的問題。 要了解鋰電池充電器，應(yīng)該了解這些電池的特點、整個充電過程，并把它們分成不同的階段。 第一是預(yù)調(diào)整充電階段。這個階段只能在電池容量處于0%容量點以下才會出現(xiàn)。充電器在C/10或低于C/10充電時回檢測電池電壓。通常。第二是恒定電流充電階段。，這種情況表明充電過程中可能出現(xiàn)了問題。第三是恒定電壓充電階段。特定的電池化學(xué)成分決定終止電壓。當電池電壓距終止電壓只差10%或更小時，充電電流即開始下降。用一個時限以檢測電池不能下降到零電流滿充電狀態(tài)。第四是結(jié)束充電階段。這實際第三階段的延續(xù)，僅僅是因為現(xiàn)實的技術(shù)問題而存在，這與充電器在真正零電流充電狀態(tài)下的充電器電流監(jiān)測精確性有關(guān)。一般情況下，充電電流降至C/10水平時這個階段開始。需要一定的時限來表明充電結(jié)束并防止連續(xù)的浮動充電。第五也是最后一個階段是維護。充電器監(jiān)控開路電池電壓。當電池電壓降 至設(shè)定的重啟點,～，充電器會重新工作，并提供充電電流使電池電壓恢復(fù)到 。[11] 本課題的設(shè)計任務(wù)針對鋰電池的充電規(guī)律，結(jié)合現(xiàn)有鋰電池充電器的特點，本課題欲設(shè)計一款智能手機鋰電池充電器，要求以單片機為控制核心，選擇適當?shù)呐涮自?，設(shè)計硬件電路，并編制相應(yīng)軟件，使所設(shè)計的充電器具有智能化特點，能根據(jù)不同手機鋰電池的電參數(shù)自動確定相應(yīng)的充電控制規(guī)律，自動檢測、充電、斷電、報警等，達到理想的充電效果。第2章 手機鋰電池智能充電器硬件設(shè)計 設(shè)計思路分析：充電器實現(xiàn)的方式不同會導(dǎo)致充電效果的不同。由于充電器多采用大電流的快速充電法，在電池充滿后如果不及時停止會使電池發(fā)燙，過度的充電會嚴重損害電池的壽命。一些低成本的充電器采用電壓比較法，為了防止過充，一般充電到90%就停止大電流快充，而采用小電流涓流補充充電。手機電池的使用說明和單次使用時間與充電過程密切相關(guān)。鋰電池是手機最為常用的一種電池，它具有教高的能量重量比、能量體積比，具有記憶效應(yīng)，可重復(fù)充電多次，使用壽命較長，價格也越來越低。鋰電池對于充電器的要求比較苛刻，需要保護電路。為了有效利用電池容量，需將鋰電池充電至作大電壓，但是過壓充電會造成電池損壞，這就要求較高的控制精度。另外，對于電壓過低的電池需要進行預(yù)充，充電器最好帶有熱保護和時間保護，為電池提供附加保護。[12]一部好的充電器不但能在短時間內(nèi)將電量充足，而且還可以對電池起到一定的維護作用，修復(fù)由于使用不當造成的記憶效應(yīng)，即容量下降（電池活性衰退）現(xiàn)象。設(shè)計比較科學(xué)的充電器往往采用專用充電控制芯片配合單片機控制的方法。專用的充電芯片具備業(yè)界公認較好的—△V檢測，可以檢測出電池充電飽和時發(fā)出的電壓變化信號，比較精確地結(jié)束充電工作，通過單片機對這些芯片的控制，可以實現(xiàn)充電過程的智能化，例如，在充電后增加及時關(guān)斷電源、蜂鳴報警和液晶顯示等功能。充電器的智能化可以縮短充電的時間，同時能夠維護電池，延長電池的使用壽命。目前市場上存在大量的電池充電芯片，它們可直接用于進行充電器的設(shè)計。在選擇具體的電池充電芯片時，需要參考以下標準：電池類型、電池數(shù)目、電流值和充電方式。本設(shè)計要實現(xiàn)的是手機的單節(jié)鋰電池充電器，要求充電快速且具有優(yōu)良的電池保護能力，因此選擇Maxim公司的MAX1898作為電池充電芯片。 主要器件及其功能 AT89C51引腳說明圖21 AT89C51引腳分布圖圖21是AT89C51的引腳分布圖。其引腳說明如下：VCC：AT89C51電源正極輸入，接+5V 電壓。GND：電源接地端。XTAL1：接外部晶振的一個引腳。在單片機內(nèi)部，它是一反相放大器輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。它采用外部振蕩器時，些引腳應(yīng)接地。XTAL2：接外部晶振的一個引腳。在片內(nèi)接至振蕩器的反相放大器輸出端和內(nèi)部時鐘發(fā)生器輸入端。當采用外部振蕩器時，則此引腳接外部振蕩信號的輸入。RST：AT89C51的復(fù)位信號輸入引腳，高電位工作，當要對芯片又時，只要將此引腳電位提升到高電位，并持續(xù)兩個機器周期以上的時間，AT89C51便能完成系統(tǒng)復(fù)位的各項工作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器的內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)。ALE/PROG：ALE 是英文ADDRESS LATCH ENABLE的縮寫，表示允許地址鎖存允許信號。當訪問外部存儲器時，ALE 信號負跳變來觸發(fā)外部的 8 位鎖存器 (如 74LS373)，將端口 P0 的地址總線(A0A7)鎖存進入鎖存器中。在非訪問外部存儲器期間，ALE 引腳的輸出頻率是系統(tǒng)工作頻率的 1/16，因此可以用來驅(qū)動其他外圍芯片的時鐘輸入。當問外部存儲器期間，將以 1/12 振蕩頻率輸出。EA/VPP：該引腳為低電平時，則讀取外部的程序代碼 (存于外部 EPROM 中)來執(zhí)行程序。因此在 8031 中，EA 引腳必須接低電位，因為其內(nèi)部無程序存儲器空間。如果是使用 AT89C51或其它內(nèi)部有程序空間的單片機時，此引腳接成高電平使程序運行時訪問內(nèi)部程序存儲器，當程序指針 PC 值超過片內(nèi)程序存儲器地址(如 8051/8751/89C51 的 PC 超過 0FFFH)時，將自動轉(zhuǎn)向外部程序存儲器繼續(xù)運行。此外，在將程序代碼燒錄至 8751 內(nèi)部 EPROM、89C51 內(nèi)部 FALSH 時，可以利用此引腳來輸入提供編程電壓（8751 為 2lV、AT89C51 為 12V、8051 是由生產(chǎn)廠方一次性加工好)。PSEN：此為Program Store Enable的縮寫。訪問外部程序存儲器選通信號，低電平有效。在訪問外部程序存儲器讀取指令碼時，每個機器周期產(chǎn)生二次 PSEN 信號。在執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器指令時，不產(chǎn)生 PSEN 信號，在訪問外部數(shù)據(jù)時，亦不產(chǎn)生 PSEN 信號。P0：P0 口(~)是一個 8 位漏極開路雙向輸入輸出端口，當訪問外部數(shù)據(jù)時，它是地址總線（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用。外部不擴展而單片應(yīng)用時，則作一般雙向 I／O 口用。P0 口每一個引腳可以推動 8 個 LSTTL 負載。P1：P1 口(~)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/0 端口(準雙向并行 I/O 口)，其輸出可以推動 4 個 LSTTL 負載。僅供用戶作為輸入輸出用的端口。P2：P2 口(~)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/0 端口(準雙向并行 I/O 口)，當訪問外部程序存儲器時，它是高 8 位地址。外部不擴展而單片應(yīng)用時，則作一般雙向 I/O口用。每一個引腳可以推動 4 個 LSTL 負載。P3：P3 口(~)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/0 端口(準雙向并行 I/O 口)，它還提供特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計時計數(shù)控制及外部隨機存儲器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ?。其特殊功能引腳分配如下： RXD 串行通信輸入 TXD 串行通信輸出 INT0 外部中斷 0 輸入，低電平有效 INT1 外部中斷 1 輸入，低電平有效 T0 計數(shù)器 0 外部事件計數(shù)輸入端 T1 計數(shù)器 1 外部事件計數(shù)輸入端 WR 外部隨機存儲器的寫選通，低電平有效 RD 外部隨機存儲器的讀選通，低電平有效[14] MAX1898引腳說明 圖22 MAX1898引腳分布圖充電芯片MAX1898有10個引腳，其引腳分布如圖22所示。其引腳功能如下：IN（1腳）：傳感輸入，檢測輸入的電壓或電流。/CHG（2腳）：充電狀態(tài)指示腳，同時驅(qū)動LED。EN/OK（3腳）：使能輸入腳/輸入電源“好”輸出指示腳。EN為輸入腳，可以通過輸入禁止芯片工作；OK為輸出腳，用于指示輸入電源是否與充電器連接。ISET（4腳）：充電電流調(diào)節(jié)引腳。通過串聯(lián)議和電阻到地來設(shè)置最大充電電流。CT（5腳）：安全充電時間設(shè)計引腳。接一個時間電容來設(shè)置充電時間，電容為100nF時，幾乎為3個小時，此引腳直接接地將禁用此功能。RSTRT（6腳）：自動重新啟動控制引腳。當此引