【正文】 電池的充放電特性，尋找有效的充電及電池管理途徑。 (3)實(shí)現(xiàn)充電器具備強(qiáng)大的功能擴(kuò)展性，以便為該充電器的后續(xù)功能升級(jí)提供平臺(tái)。具體結(jié)構(gòu)如下 : 1 緒論 首先介紹了課題研究的背景，再介紹了 鋰 電池 的特點(diǎn) 和在應(yīng)用中存在的主要問題及課題研究的 意義 和主要工作，這是該論文的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。主要介紹了電池的充電方法和鋰電池的快速充電終止控制方法，確保在 充電控制過(guò)程中不過(guò)充、不損壞電池。選擇控制 芯片 進(jìn)行介紹和比較。 4 通過(guò) C 語(yǔ)言軟件編程設(shè)計(jì)出鋰電池快速充電器電路，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰電池的自動(dòng)化控制充電。當(dāng)采用恒流充電時(shí)，可使電池具有較高的充電效率，可方便地根據(jù)充電時(shí)間來(lái)決定充電是否終止，也可改變電池的數(shù)目。 圖 (2)準(zhǔn)恒流充電 準(zhǔn)恒流充電電路如圖 2 所示。電阻值根據(jù)充電末期的電流進(jìn)行調(diào)整，使電流不會(huì)超過(guò)電池的允許值。 圖 流充電電路 恒壓充電電路如圖 3所示。當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行這一充電時(shí)，電池兩端的電壓決定了充電電流。充電電流會(huì)隨著電壓的波動(dòng)而變化，因此充電電流的最大值應(yīng)設(shè)置在充電電壓最高時(shí)，以免時(shí)電池過(guò)充電。電池的充電電流將變大，會(huì)導(dǎo)致電池溫度升高。 圖 在浮充方式中，電池 以很小的電流 (C/30～ C/20)進(jìn)行充電，以使電池保持在滿充狀態(tài)。常規(guī)浮充方式充電電路如圖 4所示。正常情況下，直流電源作為負(fù)載的工作電源，并以涓充方式為電池充電，只有當(dāng)負(fù)載變得很大、直流電源端電壓低于電池端電壓或直流電源停止供電后，電池才對(duì)負(fù)載放電。它通常使用在緊急電源、備用電源或電子表等不允許斷電的場(chǎng)合。 圖 在分階段充電方式中，在電池充電的初始階段充電電流較大。分階段充電方式是電池最理想的充電方式，但缺點(diǎn)是充電電路復(fù)雜和成本較高。分階段充電方式的簡(jiǎn)單示意圖如圖 6所示。該電路在電池充電末期實(shí)時(shí)檢測(cè)電池電壓和電池溫度，并且根據(jù)檢測(cè)參數(shù)控制充電過(guò)程 。采用小電流充電方式是為了保證電池充電容量。 (2)－△ V檢測(cè) 電池充電過(guò)程的充電電流是通過(guò)檢測(cè)電池充電末期的電壓降來(lái)進(jìn)行控制的， －△V控制系統(tǒng)框圖如圖 7所示。電池的充電電流、電池電壓和充電時(shí)間的關(guān)系如圖 7圖 8所示。由于電池溫度升高將導(dǎo)致充電電流增大，為控制充電電流，可在電池外殼上設(shè)置溫度傳感器或電阻等溫度檢測(cè)元件。下面即給出了電池溫度檢測(cè)簡(jiǎn)圖和電池溫度與充電時(shí)間的關(guān)系圖 9?？焖俪潆娖?(1C～ 4C 的充電器 )的安全更為重要，終止快速充電的檢測(cè)方法要可靠、精確，以防止過(guò)充電。 功能全的充電器一般具有電池電壓檢測(cè)功能。先進(jìn)行快速充電，到終止快速充電時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)為涓流充電，各個(gè)充、放電過(guò)程都有 LED 指示。 當(dāng)充電電流較小時(shí)可采用線性電源，充電電流較大時(shí)常采用開關(guān)電源， 既省電又解決發(fā)熱問題，并有可能由市電直接整流經(jīng) AC／ DC 變換獲得低壓直流電，可省去笨重的工頻變壓器。一般功能較完善的充電器結(jié)構(gòu)框圖如圖 11AA 線右邊 。 但是，充電器實(shí)現(xiàn)的方式不同導(dǎo)致其充電效果不同。一些低成本的充電器采用電壓比較法，為了防止過(guò)充一般充電到 90%就停止大電流快充，采用小電流涓流補(bǔ)充充電。設(shè)計(jì)比較科學(xué)的充電器采 用專業(yè)充電控制芯片，具備業(yè)界公認(rèn)較好的 ―ΔV檢測(cè)，可以檢測(cè)出電池充電飽和時(shí)發(fā)出的電壓變化信號(hào)，比較精確地結(jié)束充電工作。還可加入關(guān)斷電源、蜂鳴報(bào)警和液晶顯示等，就可以完成一個(gè)比較實(shí)用的充電器。常用的充電電流值為 ～ 2小時(shí)率電流。例如用 1 小時(shí)率電流對(duì) 5 號(hào)鋰電池快 速充電，根據(jù) (Ah)／ 1(h)＝500(mA)，即采用 500mA 的充電電流 (一般慢速充電，選用 10 小時(shí)率電流 )。定 10 時(shí)主控電路常設(shè)置不同的時(shí)間以控制不同的小時(shí)率電流對(duì)電池按時(shí)間分擋充電，使用很方便。自制時(shí)，為了充電安全，最好選大于 5 小時(shí)率的電流充電。設(shè)計(jì)主控電路時(shí)，利用該特性監(jiān)測(cè)電池電壓出現(xiàn)峰值之后的微量下降，以控制充電結(jié)束，達(dá)到自動(dòng)充電的目的。由于這種控制電路比較復(fù)雜，故不適于自制。溫度監(jiān)測(cè)常用熱敏電阻監(jiān)測(cè)電池溫度。只有它復(fù)位 (人工或自動(dòng) )后，才能啟動(dòng)再次轉(zhuǎn)人快速充電。根據(jù)充電電池的原理，將鋰電池的電壓曲線分為三段，具體見圖 13。具體為 :進(jìn)入 B—C段之前，電池電量己基本用完，此時(shí)采用恒定的小電流充電。為防止自放電現(xiàn)象發(fā)生，采用浮充維護(hù)充電方式， 用小電流進(jìn)行涓流充電。由于電池內(nèi)阻不斷變大，導(dǎo)致充電電流不斷下降，當(dāng)充電電流下降到恒流狀態(tài)下充電電流的 1/10時(shí)，終止恒壓充電，進(jìn)入浮充維護(hù)充電階段。溫度的升高將 11 加速板柵腐蝕速度及電解液的分解，從而縮短電池壽命、容量下降。 (1)定時(shí)控制 該方法適用于恒流充電。充電的過(guò)程中，達(dá)到預(yù)定的充電時(shí)間后，定時(shí)器發(fā)出信號(hào)，使充電器迅速停止充電或者將充電電流迅速將至浮充維護(hù)充電電流，這樣可以避免電池長(zhǎng)時(shí)間大電流過(guò)充電。而該方法充電時(shí)間是固定的，不能根據(jù)電池充電前的狀態(tài)而自動(dòng)調(diào)整，結(jié)果使有的電池可能充不足電，有的電池可能過(guò)充電，因此 ，只有充電速率小于 ，才采用這種方法。常用的電壓控制法有： 最高電壓 (VMAX)：從充電特性曲線可以看出，電池電壓達(dá)到最大值時(shí)，電池即充足電。這種控制方法的缺點(diǎn)是：電池充足電的最高電壓隨環(huán)境溫度、充電速率而變，而且電池組中各單體電池的最高充電電壓也有差別，因此采用這種方法不可能非常準(zhǔn)確地判斷電池己足充電。這種控制方法的缺點(diǎn)是： ① 從多次快速充電實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，電池充足電之前，也有可能出現(xiàn)局部電壓下降的情況，使電池在未充足電時(shí)，由于檢測(cè)到了負(fù)增量而停止快充； ② 鎳鎘電池充足電后，電池電壓要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間，才出現(xiàn)負(fù)增量，此時(shí)過(guò)充電較嚴(yán)重，此時(shí)電池的溫度較高，對(duì)電池有所損害。 電壓零增量 (△ V)：鋰電池充電器中，為了避免等待出現(xiàn)電壓負(fù)增量的時(shí)間過(guò)久而損壞電池，通常采用 0△ V控制法。為此，目前大多數(shù)鋰電池快速充電器都采用高靈敏 0△ V檢測(cè)，當(dāng)電池電壓略有降低時(shí)，立即停止快速充電。常用的溫度控制方法有： 最高溫度 (TMAX)：充電過(guò)程中，通常當(dāng)電池溫度達(dá)到 40℃ 時(shí)，應(yīng)立即停止快速充電，否則會(huì)損害電池。這種方法的缺點(diǎn)是熱敏電阻的響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，溫度檢測(cè)有一定滯后。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明，由于熱敏電阻的阻值與溫度關(guān)系是非線性的，因此，為了提高檢測(cè)精度應(yīng)設(shè)法減小熱敏電阻非線性的影響。 (4)綜合控制法 以上各種控制方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)：由于存在電池個(gè)體的差異和個(gè)別的特殊電池，若只采用一種方法，則會(huì)很難保證電池較好的充電。 鑒于定時(shí)控制、溫度控制、最高電壓控制等單獨(dú)作為終止條件使用的局限性，有的系統(tǒng)中鋰電池的充電終止也采用綜合控制法。系統(tǒng)在充電過(guò)程檢測(cè)有無(wú)零增量 (△ V)出現(xiàn)，作為判斷電池已充滿的正常標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)判斷充電時(shí)間、電池溫度及端電壓，是否已超過(guò)預(yù)先設(shè)定的保護(hù)值作為輔助檢測(cè)手段。若其中有一個(gè)條件滿足，系統(tǒng)會(huì)終止現(xiàn)有充電方式，進(jìn)入浮充維護(hù)狀態(tài)。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀 存儲(chǔ)器的單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 AT89C 系列 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。與 MCS51 兼容 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 128*8 位內(nèi)部 RAM 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 可編程串行通道 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 (2)管腳說(shuō)明： VCC：供電電壓。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為第八位地址接收。 14 并因此作為輸入時(shí)， P2 口 的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。當(dāng) P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表 2 所示： 表 口管腳 備選功能 （串行輸入口） （串行輸出口） （外部中斷 0） （外部中斷 1） T0 （記時(shí)器 0 外部輸入） T1 （記時(shí)器 1 外部輸入） （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。當(dāng)振蕩器 復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。如想禁止 ALE的輸出可在 SFR8EH地址上置 0。另外，該引腳被略微拉高。 PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。注意加密方式 1 時(shí)， EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 15 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 (3)振蕩器特性 ： XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“ 1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。在閑置模式下， CPU 停止工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。內(nèi)部自帶 2K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲(chǔ)器的低電壓、高性能 COMS 八位微處理器，與 Intel MCS51 系列單片機(jī)的指令和輸出管腳相兼容。 AT89C2051 是一個(gè)有 20 個(gè)引腳的芯片，引腳配置與 8051 相比， AT89C2051 減少了兩個(gè)對(duì)外端口（即 P0、 P2 口），使它最大可能地減少了對(duì)外引腳下，因而芯片尺寸有所減小 。 GND 接地。當(dāng) RST 變?yōu)楦唠娖讲⒈３?2 個(gè)機(jī)器周期時(shí)，所有 I/O 引腳復(fù)位至 “ 1” 。 XTAL2 來(lái)自反向振蕩放大器的輸出。引腳 ～ 提供內(nèi)部上拉，當(dāng)作為輸入并被外部下拉為低電平時(shí)，它們將輸出電流，這是因內(nèi)部上拉的緣故。在閃速編程與編程校驗(yàn)期間， P1 口也可接收編碼數(shù)據(jù)。 在內(nèi)部已與片內(nèi)比較器輸出相連，不能作為通用 I/O 引腳訪問。 P3 口也可用作特殊功能口，其功能見表 1。 電壓轉(zhuǎn)換及光耦隔離電路部分 耦合器（ optical coupler，英文縮寫為 OC）亦稱 光電隔離器 ，簡(jiǎn)稱光耦，是開關(guān)電源電路中常用的器件。它對(duì)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大。這就完成了電 —光 —電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強(qiáng)的共模抑制能力。在計(jì)算機(jī)數(shù)字通信及實(shí)時(shí)控制中作為信號(hào)隔離的接口器件，可以大大增加計(jì)算機(jī)工作的可靠性。具有溫度、電流和電壓補(bǔ)償功能，高的輸入輸出隔離， LSTTL/TTL 兼容，高速 (典型為 10MBd)， 5mA 的極小輸入電流。 ②擺率高達(dá) 10kV/us。 ④邏輯電平輸出 。 工作參數(shù)：最大輸入電流，低電平： 250uA 最大輸入電流，高電平： 15mA 最大允許低電平電壓 (輸出高 )： 最大允許 高電平電壓： Vcc 最大電源電壓、輸出： 扇出 (TTL 負(fù)載 )： 8 個(gè) (最多 ) 工作溫度范圍： 40176。 C 典型應(yīng)用：高速數(shù)字開關(guān)，馬達(dá)控制系統(tǒng)和 A/D 轉(zhuǎn)換等 6N137 光耦合器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、管腳如圖 15 表 3 所示。在選擇電容類型時(shí)，應(yīng)盡量選擇高頻特性好的電容器，如陶瓷電容或鉭電容，并且盡量靠近 6N137 光耦合器的電源管腳；另外，輸入使能管腳在芯片內(nèi)部已有上拉電阻，無(wú)需再外接上拉電阻。 電源產(chǎn)生電路部分 1. LM7805 介紹 電子產(chǎn)品中，常見的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的 lm78系列和 負(fù)電壓輸出的 lm79系列。它的樣子象是普通的三極管， TO 220 的標(biāo)準(zhǔn)封裝，也有 lm9013 樣子的 TO92 封裝。該系列集成穩(wěn)壓 IC 型號(hào)中的 lm78或 lm79 后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如 lm7806 表示輸出電壓為正 6V， lm7909 表示輸出電壓為負(fù) 9V。 圖 樣品 主要特點(diǎn) ① 輸出電流可達(dá) 1A ② 輸出電壓有： 5V ③ 過(guò)熱保護(hù) ④ 短路保護(hù) ⑤ 輸出晶體管 SOA 保護(hù) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 17 所示： 圖 功能框圖如圖 18 所示： 19 圖 充電控制電路部分 MAX1898 充電芯片 選擇電池充電芯片時(shí)需要結(jié)合實(shí)際的應(yīng)用，具體的選擇標(biāo)準(zhǔn)有以下幾點(diǎn)。 ② 電流大?。撼?電的電流大小決定充電時(shí)間。 ④ 使用的電池類型：不同的電池需要不同的充電器。首先需要了解 MAX1898 的一些基本的特性和