摘 要
电子信息技术的快速发展使得各种各样的电子产品不断涌现，并朝着便携和小型轻量化的趋势发展，这也使得更多的电气化产品采用基于电池的供电系统。目前，较多使用的电池有镍镉、镍氢、铅蓄电池和锂电池，由于它们各自的优缺点使得它们在相当长的时期内将共存发展。由于不同类型的电池的充电特性不同，目前通常对不同类型，甚至不同电压、容量等级的电池使用不同的充电器，但这在实际使用中有诸多不便。本课题设计的是一种基于单片机的锂离子电池智能充电器的控制系统，在设计上，选择了简洁、高效的硬件、设计稳定可靠的软件，详细说明系统的硬件组成，包括单片机电路，充电控制电路、电压转换电路及光耦隔离电路，并对本设计中的MAX1898充电芯片、AT89C2051单片机进行了较详细的介绍，来说明智能充电器的控制系统的实现。
关键词: 单片机 ；智能充电器 ；锂电池；AT89C2051
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Abstract
Electronic information technology’s fast development causes various electronic products develops toward portable and the small lightweight direction. It also causes the more electrification products to use based on battery’s power supply system. At present, more use of a nickel-cadmium batteries, nickel hydrogen, lithium batteries and lead-acid batteries, as their respective advantages and disadvantages of allowing them for a long period of time will be the development of coexistence. Because the different type battery’s charge characteristic is different, usually to different type, even different voltage, capacity rank battery use different battery charge, but this has many inconvenience in the actual use. This topic design is one kind lithium ion battery intelligent charger which is based on Single Chip, in the design, it has chosen succinctly, the highly effective hardware, the design stable reliable software, explained in detail system’s hardware composition. Including the monolithic integrated circuit electric circuit, the charge control electric circuit, the voltage transformation and the light pair isolating circuit, and to this design –MAX1898 charge chip, at 89C2051 monolithic integrated circuit has carried on the detailed introduction. At this introduction, it illustrates the intelligent charger control system how to achieve.
Key words: Single Chip; Intelligent charger; Lithium batteries; AT89C2051
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目 录
1 绪论 ........................................................................................................... 1 1.1 课题研究的现状、背景及意义 ................................................................... 1 1.1.1 国外电池控制系统的研究现状 ............................................................... 1 1.1.2 国内电池控制系统的研究现状 ............................................................... 1 1.2 本课题研究的目的及意义.......................................................................... 2 2 锂电池充放电特性和充电方法的研究............................................................... 3 2.1 锂电池的现状及发展趋势.......................................................................... 3 2.1.1 Li-SO2电池 ......................................................................................... 3 2.1.2 Li-(CFx)n电池 ................................................................................... 3 2.1.3 Li-SOC12电池 ...................................................................................... 4 2.1.4 Li-MnO2电池 ........................................................................................ 5 2.2 锂电池的原理及特点 ................................................................................ 6 2.3 锂离子电池的各种充电方式 ...................................................................... 7 2.3.1.恒流充电方式 ....................................................................................... 7 2.3.2 恒压充电方式 ...................................................................................... 7 2.3.3 浮云充电方式 ...................................................................................... 8 2.3.4 涓流充电方式 ...................................................................................... 8 2.3.5 分阶段充电方式................................................................................... 9 2.4 充电器的特点及发展 .............................................................................. 10 2.5 充电控制技术........................................................................................ 12 2.5.1 快速充电器介绍................................................................................. 12 2.5.2 快速充电终止控制方法 ....................................................................... 13 3 智能充电器控制系统的硬件设计 ................................................................... 16 3.1 单片机电路部分 .................................................................................... 16 3.2 充电控制电路部分 ................................................................................. 20 3.2.1 如何选择充电器充电芯片 .................................................................... 20 3.2.2 芯片MAX1898的特点 .......................................................................... 20 3.2.3 MAX1898的充电工作原理..................................................................... 22
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3.3 充电控制电路的实现 .............................................................................. 26 3.4 电压转换及光电隔离器 ........................................................................... 25 4 智能充电器控制系统的软件设计 ................................................................... 28 4.1 系统主程序 ........................................................................................... 28 4.2 主要变量说明........................................................................................ 28 4.3 程序流程图 ........................................................................................... 28 5 智能充电器控制系统的总结与展望 ................................................................ 31 5.1 总结 .................................................................................................... 31 5.2 本设计存在的问题 ................................................................................. 31 5.3 充电控制的未来发展趋势........................................................................ 31 参考文献 ........................................................................................................ 33 致 谢 ........................................................................................................... 34 附录A 智能充电器及其控制电路的电路图 ....................................................... 35 附录B 主要源程序 ....................................................................................... 36
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1 绪论
1.1 课题研究的现状、背景及意义
1.1.1 国外电池控制系统的研究现状
为了确保电池性能良好，延长电池使用寿命，必须对电池进行合理有效的管理和控制。国此，国内外均投入大量的人力物力开展广泛深入的研研。在过去的三十里，国外一些大的汽车生产商和电池生产商对电池管理系统的研究取得了一定的成果，比较有代表性的有：以美国Aerovironment公司开发的SmartGuard系统；德国的Ｂ.Huauck设计的BATTMAN系统；美国通用汽车生产的电动汽车EV1上的电池管理系统，深海领域的电池管理系统等等。
SmartGuard电池控制系统：这个系统的主要特点是在电池在装一个分布式的管理装置来测量电池的电压和温度，在主控制部件有信号来时还可以起动电流旁路电路。同时，它由其各自的电池模块单独供电，有低功率睡眠模式，使用光隔离通信总线。
主要功能有：过充检测并防止过充、提供放电极性反向报警、电池历史记录和归档、提供剩余电量信息。
BATTMAN电池控制系统：此系统强调了将所有不同型号动力型电池组的管理做成一个系统，通过改变硬件的跳线和在软件上增加选技参数的办法，来实现不同型号电池组的管理。根据对不同型号的电池的管理可分为共同部分和特殊部分。而且共同部分的比例很大，有：决定电池能存贮的电流能量、决定最弱电池单元的剩余电量、能影响电池的运行和数据的记录、温度的测量。
EV1电池控制系统：主要有四个组成部分：电池模块、软件BPM、电池组热系统、电池组高压断电保护装置。这种控制系统与一般意义上的电池管理系统有区别，它把系统侧重点放在了电池的可靠性上。
深海领域的电池控制系统：随着锂电池在潜水艇、水下机器人等深海领域的广泛应用，一些科研机构和电池供应商成功开发出适合在深海领域应用的电池管理系统。系统的监控单元管理电池的电压、电流、温度等信息，通过这些功能实现温度保护功能、过流保护功能、短路保护功能、过充保护功能和过放保护功能[11]。
1.1.2 国内电池控制系统的研究现状
国内针对电池充放电控制系统，仍然处于起步阶段，尤其是在对电动汽车方面。目前，有很多的高校，如北京理工大学、清华大学、北京航天航空大学等等，依托自己的科技优势，联合了电池供应商共同开展研究，取得了丰硕的成果。如北京理工大学为纯电动汽车研制的电池控制系统以单片机为核心，采用分布式控制系统结构，可以实时检测电池的各种运行参数。
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