【正文】 多功能充電器畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 摘要 隨著科技的飛速發(fā)展電子產(chǎn)品在我們?nèi)粘Ｉ钪姓紦?jù)著重要地位電子產(chǎn)離不開電源電源成為電子產(chǎn)品熱銷的一個(gè)重要條件產(chǎn)品附帶充電器電池隨著生活水平的提高消費(fèi)類電子產(chǎn)品越來越多電池成為多種電子產(chǎn)品的電源電池隨著我們的使用電量逐漸減小所以需要定時(shí)充電因此充電器得到極大運(yùn)用本設(shè)計(jì)多功能充電器通過充電控制芯片構(gòu)成不同充電模塊每一個(gè)模塊都能夠獨(dú)立工作不僅能給鋰電池鉛酸電池鎳電池充電而且能夠通過單片機(jī)控制模塊之間的轉(zhuǎn)換同時(shí)能夠通過液晶顯示出當(dāng)前 電壓充電器解決了我們?cè)谏钪忻鎸?duì)眾多不同系列產(chǎn)品時(shí)的迷茫該充電器結(jié)構(gòu)簡單便于操作具有很好的移動(dòng)性采用單片機(jī)控制同時(shí)能夠顯示充電電壓是我們能夠及時(shí)了解充電情況并根據(jù)需要是否停止充電該充電器極大方便我們的生活 關(guān)鍵詞電池充電器單片機(jī) 顯示 Abstract With the rapid development of science and technologyelectronic products play an important role in our daily life Inseparable from power electronics power electronics selling bee an important condition Products with charger battery with the improvement of living standards more and more consumer electronics products Battery power for a variety of electronic products batteries as we gradually decrease the use of electricity so they need regular charging so the charger has been greatly utilized this design multi charger charge control chips constituted through different charging modules each one modules are able to work independently not only give the lithium batteries lead acid batteries nickel battery charge and be able to convert between MCU control module while the current through LCD voltage Chargers solved in life we face many different series of confusion when the charger is simple structure easy operation with good mobility the use of singlechip control charge voltage can be displayed simultaneously is the situation we are able to keep abreast of charge And if necessary stop charging The charger is a great convenience in our lives Key words Battery Charger Microcontroller Display 目 錄 1 緒論 1 11 研究背景及意義 1 12 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 13 設(shè)計(jì)所需工作 2 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 3 21 總體設(shè)計(jì)思路 3 22 蓄電池的種類和特點(diǎn) 3 23 蓄電池充電方法 6 24 硬件元件 6 6 1602 液晶顯示器 7 件 10 3．硬件設(shè)計(jì) 11 31 鉛酸電池充電電路設(shè)計(jì) 11 32 鋰電池充電電路設(shè)計(jì) 15 33 單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì) 20 34 AD 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 24 4 軟件設(shè)計(jì) 27 5 硬件調(diào)試 42 6 總結(jié)與展望 44 致謝 45 參考文獻(xiàn) 46 附錄 A 電路原理圖 47 附錄 B 程序 48 1 緒論 11 研究背景及意義 隨著現(xiàn)代電子科技的發(fā)展微型電子產(chǎn)品應(yīng)用廣泛 MP3MP4 手機(jī)數(shù)碼相機(jī)極大豐富了我們的生活同時(shí)為電池的使用提供了廣闊的前景電池的廣泛使用是的充電器也得到極大運(yùn)用充電器通常指的是一種將轉(zhuǎn)換為低壓的設(shè)備充電器在各個(gè)領(lǐng)域用途廣泛特別是在生活領(lǐng)域被廣泛用于手機(jī)相機(jī)等等常見電器充電器是采用電力電子半導(dǎo)體器件將電壓和固定不變的 變換為直流電的一種靜止變流裝置在以蓄電池為工作或備用電源的用電場合充電器具有廣泛的應(yīng)用前景如鉛酸蓄電池充電器閥控密封鉛酸蓄電池的測試與監(jiān)測鎘鎳電池充電器鎳氫電池充電器鋰離子電池充電器便攜式電子設(shè)備鋰離子電池充電器鋰離子電池保護(hù)電路充電器電動(dòng)車蓄電池充電器車充等 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 21 總體設(shè)計(jì)思路 該充電器集成鋰電池鉛酸電池鎳電池充電模塊為一體通過單片機(jī)控制切換模塊以達(dá)到給不同電池充電 圖 21 系統(tǒng)流程圖 該充電器目的在于給不同電池充電需要對(duì)電池性能進(jìn)行了解同時(shí)還要熟悉各種元件 22 蓄電池的種類和特點(diǎn) 電池是指能將化學(xué)能內(nèi)能光能原子能等形式的能量直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置在化學(xué)電池中根據(jù)能否用充電方式恢復(fù)儲(chǔ)存電能的特性可分為一次電池二次電池兩大類蓄電池屬于二次電池 蓄電池由許多電池單元組成通常這些電池單元以串聯(lián)方式連接單個(gè)電池單元基本上是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)裝置通常有兩個(gè)金屬電極和導(dǎo)電通道組成導(dǎo)電通道可以是液體的也可以是固體的取決于所用的化學(xué)物質(zhì)電池單元的關(guān)鍵之處在于根據(jù)電流流進(jìn)流出的不同流向能夠產(chǎn)生可逆的化學(xué)反應(yīng)當(dāng)兩個(gè)金屬電極上外接電源進(jìn)行充電時(shí)產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)使一些物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化對(duì)蓄電池是充電儲(chǔ)能狀態(tài)當(dāng)電極上 接負(fù)載時(shí)產(chǎn)生一個(gè)可逆化學(xué)反應(yīng)是這些物質(zhì)有回到原來狀態(tài)并向外釋放電能 蓄電池的性能與工作頻率有很大關(guān)系在變換器典型的開關(guān)頻率即 20kHZ 或者更高的時(shí)候蓄電池似乎是開路的因?yàn)樾铍姵剌敵龆藘?nèi)部以及電極上存在等效電感而且在化學(xué)反應(yīng)上需要一定的時(shí)間來完成蓄電池輸出電流與端電壓之間關(guān)系還與溫度剩余電量有關(guān)電池在開始使用的一段時(shí)間內(nèi)電池容量增加大約 5 至10 接下來的一段時(shí)間電池的容量大約不變?nèi)缓箝_始慢慢減少即開始了電池的老化過程當(dāng)電池的老化達(dá)到一定程度時(shí)這個(gè)電池就報(bào)廢了一般經(jīng)驗(yàn)來講當(dāng)電池的容量達(dá)到額定容量的 80 時(shí)就可以認(rèn)為 電池的壽命基本結(jié)束了 循環(huán)壽命 Cycle Life 循環(huán)壽命是指在其實(shí)際容量降低至某一規(guī)定值之前所經(jīng)歷的充放電循環(huán)的次數(shù)通常用來定義蓄電池的使用壽命根據(jù)我們前面所講的放電深度的概念中可以看出放電深度不同電池的循環(huán)壽命是不同的 自放電現(xiàn)象 selfDischarge 當(dāng)電池處于閑置不用 非工作狀態(tài) 時(shí)雖然沒有電流流過蓄電池但電池內(nèi)的活性物質(zhì)與電解液間自發(fā)的反應(yīng)卻一直在進(jìn)行這造成了電池內(nèi)的化學(xué)能量無益的損耗使電池的容量下降通常將這種現(xiàn)象稱為電池的自放電 自放電通常與環(huán)境溫度有密切關(guān)系當(dāng)環(huán)境溫度較高時(shí)電池的自 放電現(xiàn)象比較明顯所以電池應(yīng)在適宜的溫度和濕度下保存自放電一般不會(huì)損傷電池只要重新充足電量還可以照常使用鉛酸蓄電池的自放電相對(duì)鎳福蓄電池來講比較嚴(yán)重經(jīng)驗(yàn)表明鉛酸蓄電池在閑置一個(gè)月后自放電達(dá) 30 左右考慮到這一點(diǎn)在設(shè)計(jì)蓄電池智能充電系統(tǒng)時(shí)應(yīng)在電池長時(shí)間不用的情況下對(duì)電池進(jìn)行補(bǔ)充充電 電池的記憶效應(yīng)首先申明一點(diǎn)電池的記憶效應(yīng)并不是所有的蓄電池都具有的現(xiàn)象它是燒結(jié)式蓄電池特有的現(xiàn)象像我們所說的鎳鎘電池就具有記憶效應(yīng)而鉛酸蓄電池就不具有記憶效應(yīng)在電池的正常使用過程中 電池放電完全 電池極板上的晶體尺寸保持較小如果電池放 電不完全 NiOOH未完全轉(zhuǎn)化為 Ni OH 2NiOOH將凝結(jié)在一起形成較大的晶體結(jié)構(gòu)即枝狀物極板上的晶體尺寸改變當(dāng)再次充電時(shí)這些集結(jié)了的晶體結(jié)構(gòu)不再參加反應(yīng)使得電池?zé)o法充電至電池的額定容量這時(shí)便稱電池具有了記憶效應(yīng)一有記憶效應(yīng)的電池表現(xiàn)為即使己充滿電電池也無法釋放出額定的容量記憶效應(yīng)是一種暫時(shí)的現(xiàn)象一也常被稱為電池的可逆故障只要將電池充滿后再做深度放電如此反復(fù)幾次便可以將電池再次激活恢復(fù)其原有的容量 1 鉛酸蓄電池 鉛酸蓄電池是蓄電池的一種其主要特點(diǎn)是采用稀硫酸做電解液用二氧化鉛和海綿鉛分別作為電池的正極 和負(fù)極的酸性蓄電池鉛酸電池的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用范圍廣原材料豐富但隨著科技的進(jìn)步其缺點(diǎn)也日益突出對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重?fù)p害人生健康使用壽命較短容易放電不便于在高溫高寒等惡劣環(huán)境工作鉛蓄電池的應(yīng)用目前主要集中于四大領(lǐng)域一是汽車啟動(dòng)電池二是電動(dòng)自行車的動(dòng)力電池三是后備與儲(chǔ)能電池如交通通訊設(shè)備的不間斷電源系統(tǒng) UPS 等四是新能源汽車中弱混合動(dòng)力汽車的電池合計(jì)需求超過鉛酸電池總需求的 90 此外在太陽能風(fēng)能儲(chǔ)能方面的鉛酸電池需求也剛剛啟動(dòng)發(fā)展空間廣闊得益于下游汽車電動(dòng)自行車和通信等行業(yè)的快速發(fā)展鉛蓄電池的保持了旺盛的需求總產(chǎn)量從 2020 年 的 2756 萬 KVAh增長到 2020年的 14000KVAh達(dá)到全球鉛酸電池產(chǎn)量的 13左右年復(fù)合增長率達(dá)到176 2 鋰離子電池 鋰離子電池是最理想的蓄堿性電池其質(zhì)量密度和容積密度分別可達(dá) 105 至127Whkg260至 310WhL自放電率僅為 3至 8鋰離子電池主要優(yōu)點(diǎn)是無記憶效應(yīng)無需放電即可進(jìn)行充電比能量高工作電壓高體積小重量輕使用壽命長工作溫度范圍寬優(yōu)質(zhì)鋰電池壽命可達(dá) 1200 次以上遠(yuǎn)高于其他電池鋰離子電池是最具發(fā)展前景的一種高效堿性蓄電池目前已被廣泛用于移動(dòng)通信攝像機(jī)筆記本電腦中并逐步向電動(dòng)自行車電動(dòng)汽車等 領(lǐng)域拓展據(jù)統(tǒng)計(jì)目前鋰離子電池的全球銷量已超過13 億只并隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大而迅速增加鉛酸蓄電池的安全性高價(jià)格低廉及再生利用率高滲透到交通運(yùn)輸通訊電力鐵路礦山港口國防計(jì)算機(jī)科研等國民經(jīng)濟(jì)的多個(gè)重要領(lǐng)域 3 鎳鎘電池 鎳鎘電池屬于堿性蓄電池其主要優(yōu)點(diǎn)是體積小容量大密封好輸出電壓平穩(wěn)使用溫度范圍寬堅(jiān)固耐用可多次充電與干電池的互換性好鎳鎘電池的缺點(diǎn)是存在記憶效應(yīng)并且容易污染環(huán)境該類電池多用于電動(dòng)玩具 23 蓄電池充電方法 蓄電池充電方法有三種標(biāo)準(zhǔn)充電法快速充電法涓流充電法 標(biāo)準(zhǔn)充電法就是在規(guī)定環(huán)境溫度下用額定倍率 的電流對(duì)蓄電池進(jìn)行較長時(shí)間的充電使之達(dá)到額定容量額定容量是蓄電池的一個(gè)重要參數(shù)其單位是 Ah 安時(shí) 快速充電法在應(yīng)急情況下可用大電流進(jìn)行快速充電以鎳鎘電池為例進(jìn)行快速充 大電 即可獲得 70到 90的額定容量在快速充電前應(yīng)將的電量全部放掉 涓流充電法涓流是涓涓細(xì)流的意思當(dāng)鎳鎘電池處于備用狀態(tài)時(shí)為補(bǔ)償其自行放電而造成的容量損失平時(shí)可對(duì)其進(jìn)行涓流充電充電電流 A 最大不得超過01C5A 涓流充電能延長鎳鎘電池使用壽命在正常工作條件下 GNYG 系列產(chǎn)品可充電 800 次以上使用涓流充電的電池壽命可延長 4 至 6 年 24 硬件 元件 本設(shè)計(jì)有大量元件組成需要對(duì)各個(gè)元件有所了解元件主要有控制芯片單片機(jī)顯示屏 AD 轉(zhuǎn)換分立元件 本設(shè)計(jì)采用 LTC4011 鎳電池充電控制芯片 CN3717 鉛酸蓄電池充電控制芯片不同的芯片采用不同的封裝有著自己的特點(diǎn)目前市場上有大量的電池管理芯片針對(duì)充電器開發(fā)的電池充電管理芯片業(yè)很多可以直接使用這些芯片進(jìn)行充電器的設(shè)計(jì) 但是充電器實(shí)現(xiàn)的方式不同導(dǎo)致其充電