【正文】 操作簡單、可靠性高和通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是充電控制器家族中一個重要的組成部分，也是未來充電控制器發(fā)展的主要方向。 電池充電控制技術(shù)的發(fā)展 充電方式的選擇直接影響著電池的使用效率和使用壽命，充電技術(shù)近年來發(fā)展非常迅速。這種充電模式的效果較差。首先，以恒電流充電至預(yù)定的電壓值，然后，改為恒電壓完成剩余的充電。這種充電控制器充電電流總是低于電池的可接受能力，造成充電效率低，大大降低了電池的壽命。自適應(yīng)充電控制器遵循 各類電池的充、放電規(guī)律進(jìn)行充、放電。充電系統(tǒng)由具有特殊功能的單片機(jī)控制，不斷檢測系統(tǒng)參數(shù)，按模糊推理算法不斷調(diào)整充電參數(shù)，同一充電控制器可適應(yīng)不同種類電池的充電，充電控制器自適應(yīng)調(diào)整自己的輸出電流，無需人工選擇，避免操作失誤。 在這一部分通過實(shí)驗分析驗證了鋰離子電池電壓在不同放電率下與電池容量的關(guān)系，環(huán)境溫度與電池放電容量的關(guān)系，并進(jìn)一步分析論述了充放電電流對鋰離子電池的影響，放電率對電池壽命的影響，過充過放及過溫對鋰離 子電池的危害。這里在充電電路設(shè)計上在比較鋰電池充電主要的四種方法：恒流充電、恒壓充電、恒流恒壓充電和脈沖充電的優(yōu)缺點(diǎn)上，考慮到雖然恒流恒壓充電需要復(fù)雜得多的電路來實(shí)現(xiàn)，但由于其充電時間短，充電效率高，因此本文所設(shè)計的智能電器充電控制部分將采用恒流恒壓充電方法。并完成這三部分相關(guān)的程序設(shè)計。智能電器工作時不可避免會受到外界的干擾，這些干擾輕則導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)出錯 ,重則將嚴(yán)重影響程序的運(yùn)行。這里看門狗功能設(shè)計可保證智能電器的正常工作。 第二章 鋰電池充電控制器設(shè)計基本原理概述 鋰電池的測量原理 鋰電池性能參數(shù)及測量方法 1）電池電壓 鋰離子電池的開路電壓與電池的正負(fù)極材料、電池的充電狀態(tài)有關(guān)。該電池 的充電終止電壓為 ，放電終止電壓一般為(不同的廠商有不同的推薦值 )。 表 電池工作電壓 Table Battery voltage 電池種類 充電電壓（ V） 額定電壓 (V) 放電終止電壓 (V) 鎳鎘電池 鎳氫電池 鋰離子電池 但是鋰離子電池對電壓精度的要求很高，誤差不能超過 1%。終止電壓過高，將會影響鋰離子電池的壽命，甚至造成過充現(xiàn)象，對電池造成永久性的損壞：終止電壓過低，又會使充電不完全，電池的可使用時間變短。如圖 ，電池終止電壓為 。 圖 電池電壓與容量 的關(guān)系 Fig The relationship between the battery voltage and capacity 我們把電阻等效為 dR ， 如圖 ，那么充電時的端電壓表達(dá)式為： argO c e ll d c h eV V R I?? () 相應(yīng)的，放電時端電壓表達(dá)式為： argO c e ll d c h eV V R I?? () 圖 電池充放電等效回路 Fig Battery charging and discharging equivalent circuit 從這兩個公式可以看出，在充電和放電時 (這里假設(shè)充電電流等同于放電電流 )，電池端壓所表示的值都不是真正電池的電動勢，而是加上了電池組內(nèi)阻的影響。放電率越大，相應(yīng)剩余容量下的電池電壓就越低，電池終止電壓為 ，如圖 所示。但是環(huán)境溫度對電池的放電容量有很大影響。采用 放電速率，當(dāng)環(huán)境溫度為25℃時，可放出額定容量；當(dāng)環(huán)境溫度為 5℃時，電池容量下降約 5%。 圖 不同放電率下，電池電壓與容量的關(guān)系 Fig In different discharge rate, the relationship between the battery voltage and capacity 圖 溫度為參變量的放電曲線（電池容量為 650mAh） Fig Temperature parameter for the discharge of the curve 2）電池壽命 鋰離子電池和其他電池一樣，也存在使用壽命的問題。造成這一現(xiàn)象的原因主要有一下兩點(diǎn)： 1) 負(fù)極材料 (石墨 )中的鋰逐漸被電解質(zhì)氧化，造成可使用的鋰離子數(shù)目減少。圖 表示了不同循環(huán)次數(shù)下電池容量的變化。充電時，一般常用的充電率為 ～ 1C（ C為電池的容量，比如 1500mAh 的鋰離子電池， 1 C 的充電率即為 1500mA）。 同樣的，鋰離子電池的最大放電電流一般限制在 2～ 3C 左右，更大的放電電流會使電池發(fā)熱嚴(yán)重，對電池的組成物質(zhì)造成損壞，影響電池的使用壽命。 過充，過放及過溫現(xiàn)象 當(dāng)加在鋰離子電池兩端的電壓超過 時，就會產(chǎn)生過充現(xiàn)象。 過放現(xiàn)象則是電池電壓低于放電終止電壓后，仍然繼續(xù)放電，使電池電壓繼續(xù)降低。雖然此時由于電池已經(jīng)完全放電，不會造成安全方面的問題，但是電池也已經(jīng)遭到了不可恢復(fù)的破壞，不能再繼續(xù)使用了。而電解質(zhì)中存在可燃的有機(jī)溶劑成分。 充電控制器的充電原理 目前鋰電池充電主要有四種方法：恒流充電、恒壓充電、恒流 恒壓充電和脈沖充電。該方法在整個充電過程中采用恒定電流對電池進(jìn)行充電，如圖 所示。但由于鋰電池的可接受電流能力是隨著充電過程的進(jìn)行而逐漸下降的，在充電后期，若充電電流仍然不變，充電電流多用于電解質(zhì)，產(chǎn)生大量氣泡，這不僅消耗電能，而且容易造成極板上活性物質(zhì)脫落，影響鋰電池的壽命。充電曲線如圖 所示。 圖 恒壓充電法曲線 Fig Constant voltage charge curve 3）恒流恒壓充電法（ CC/CV） 在 CC/CV 充電器中，充電通過恒定電流開始。當(dāng)電壓達(dá)到設(shè)定的端電壓時，電路切換為恒定電壓充電，直到把電池充滿為止。在 CV 周期中，電池電壓恒定，充電電流逐漸下降，在電流下降到低于電池的 1/10 容量時，充電周期完成。 圖 恒流恒壓充電法曲線 Fig Constant current and voltage charge curve 4）脈沖充電法 脈沖充電方式是比較新的一種充電方式。當(dāng)電池電壓上升到充電終止電壓 VCV 后，脈沖充電法由恒流轉(zhuǎn)入真正的脈沖充電階段。每次充電時間為 TC 后 ,然后關(guān)閉充電回路。電池電壓恢復(fù)到 VCV 時，重新打開充電回路，開始下一個脈沖充電周期。 圖 脈沖充電法曲線 Fig charging impulse curve 在以上四種充電方法中，鋰電池充電仍以恒流恒壓的方法為主。本文所設(shè)計的智能電器充電控制部分將采用這種充電方法。綜合三種充電方 式的優(yōu)缺點(diǎn)，本文采用線性式充電方式。其主要作用是控制充電電路的工作，同時對充電電池各項反饋的數(shù)據(jù) (如電流、電壓和溫度等 )進(jìn)行處理。 2) 充電電路 充電電路主要包括充電芯片和同步整流電路。 3) 顯示等外圍電路 顯示電路主要包括顯示器及其驅(qū)動芯片。其它外圍電路由報警和傳感器等電路構(gòu)成。一種是利用集成電路芯片來實(shí)現(xiàn)控制。但是集成電路的應(yīng)用場合比較窄，一般限于小容量的單、雙節(jié)電池的控制。另一種方法就是采用單 片機(jī)系統(tǒng)。特別是在有特殊需求的場合，單片機(jī)系統(tǒng)更能體現(xiàn)出它的優(yōu)勢。由于AT89C52含有非易失 FLASH、并行可編程的程序存儲器，所有器件都是通過引導(dǎo)裝載器串行編程 (ISP)。不僅具有 8k 片內(nèi) FLASH 程序存儲器，所需擴(kuò)展片外 ROM，而且與 80C51 系列單片機(jī)指令相同，因此非常適合用做智 能管理系統(tǒng)的中心控制單片機(jī)。 充電控制器電路設(shè)計 在單片機(jī)和 MAX1898 控制下 ,充電過程分為預(yù)充、快充、滿充、斷電和報警 5 個部分。預(yù)充時間由充電控制器確定，如果在規(guī)定的充電時間內(nèi)電池電壓達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)以上，電池溫度正常，充電進(jìn)入快充過程；如果電池電壓低于標(biāo)準(zhǔn)，則認(rèn)為電池不可充電，控制器顯示電池故障。根據(jù)電池廠商推 薦的充電速率，一般鋰離子電池大多選用標(biāo)準(zhǔn)充電速率，充滿電池需要 1 個小時左右的時間。 3) 滿充 在滿充過程中，充電電流逐漸衰減，直到充電速率降到設(shè)置值以下或滿充時間超時，轉(zhuǎn)入頂端截止充電；頂端截止充電時，控制器以極小的充電電流為電池補(bǔ)充能量。 4) 斷電 當(dāng)電池正常充滿后， MAX1898 芯片的 2 引腳發(fā)送的脈沖 電平將會被單片機(jī)檢測到，引起單片機(jī)的中斷，在中斷中判斷出充電完畢的狀態(tài)。同樣當(dāng)電池因短路或斷路不可充電時，也由單片機(jī)