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但是，由于电池的区别和试验条件不成熟，电池充放电控制系统的设计还有许多关键技术没有解决好，技术不够成熟，具有很大的发展空间[6]。
1.2 本课题研究的目的及意义
随着社会的发展，各种便携式设备已经逐步走进了我们的生活：手机,MP3,笔记本电脑，数码相机，便携式DVD等已经成为了我们日常生活的一部分。伴随着便携式电子产品的发展，其用电问题也越来越受到大家的关注。目前，市场上有一次电池和二次电池，一次电池是一次性应用的电池，二次电池是可以反复使用的电池。随着便携式设备的发展，无论从节约成本来说，还是从环境保护的角度来说，二次电池都比一次电池更有优势，因此二次电池的市场需求量也越来越大[3]。
锂离子电池自20世纪90年代上市以来，它以能量密度高，使用寿命长的特点倍受重视。基于市场的要求，世界各大电池生产商为了在市场领域里取得优势，无不致力于开发具有能量密度高，小型化，薄型化，轻量化，安全性高，循环寿命长，低成本的新型电池。对此，聚合物锂离子电池具有上述各项优点，是各厂商致力研究的目标。聚合物锂离子电池基于安全、轻薄等特性，广泛应用于便携式设备，所以聚合物锂离子电池是21世纪移动设备最佳的电源解决方案。
然而，锂离子电池已易受到过充电、深放电以及短路的损害。单体锂离子电池的充电电压必须严格限制。充电速率通常不超过1C，最低放电电压为2.7～3.0V，如再继续放电，则会损害电池。锂离子电池以恒流转恒压方式进行充电。采用1C充电速率充电至4.1V时，充电器应立即转入恒压充电，充电电流逐渐减小；当电池充足电后，进入涓流充电过程。为避免过充电或过放电，充电器必须采取安全保护措施，以监测锂离子电池的充放电状态[5]。
本课题研究的对象主要是锂离子电池的充电原理和充电控制，锂离子电池的充电设备需要解决的问题有：
（1）能进行充电前处理，包括电池充电状态鉴定、预处理。
（2）改善充电控制不合理，而造成过充、欠充等问题，提高电池的使用性能和使用寿命。
（3）能守加强单片机的控制，简化外围电路的复杂性，同时增加自动化管理设置，减轻充电过程的劳动强度和劳动时间，从而使充电具有更高的可靠性，更大的灵活性。
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2 锂电池充放电特性和充电方法的研究
2.1 锂电池的现状及发展趋势
我国锂电池的研究始于20世纪60年代，70年代初期已开始军用。我国对锂电池的研究几乎与国际同步，但形成规模生产却落后许多。迄今为止，研究单位数以百计，但不少是重复的工作。有的虽然有所创新，但仍未能形成规模生产。目前，日本在锂电池的研制和应用方面处于世界领先地位。
锂电池可用于心脏起搏器，电子手表，计算器，录音机，无线电通信设备，志弹点火系统，潜艇，飞机及一些军事用途。其广泛的用途预示了其广阔的前景。但现状是国内未有高性能的锂电池出现，即在高电压和大电容上未有所突破。因此，现在锂电池的发展方向应集中在电压的升高和电容的增大主面，以此来适应更广泛的用途。
一次锂电池的比能量高于锌-银，锌-镍，镉-镍，锌-锰，碱性锌-锰电池。比功率 比锌-锰电池好，但重负荷特性不及镉-镍和锌-银 电池。一次锂电池主要有Li-SO2、Li-(CFx)n、Li-SOC12、Li-MnO2，等几类[6]。
2.1.1 Li-SO2电池
Li-SO2 电池是1971年发表的专利，其特点是高功率输出，低温性能较好，适用于军用。 Li—SO2 电池都是圆筒卷式结构。负极用厚度为0.33mm的锂片压在铜网上。正极是将PTFE和乙炔炭黑的混合物用铝网网在导电骨架上，活性物质以液体形式加入电解液中。溶剂采用PC和AN的混合物，电解质为溴化锂，浓度为1.8mol／L。电池放电反应形成连二亚硫酸锂(Li2S2O4 )。 电池表示式为 (-)Li| LiBr，PC+AN | SO2 (+) 电池反应为 2Li+2SO2→Li2S2O4
Li-SO2电池是目前研制的有机电解液电池中综 合性能最好的一种电池，比能量高，电压精度高，贮存性能好。其开路电压为2.95V，终止电压2.0V，放电电压高且放电曲线平坦。Li-SO2电池比能量为330Wh.Kg-1 和520Wh.L-1，比普通锌和镁电池高2-4倍。其另一特点是电压滞后现象。电池反应 SO2与 Li之间发生的自放电反应，均使锂电极表面生成Li2S2O4保护膜,防止自放电发生，但带来电压滞后现象。
安全性差是 Li-SO2电池的主要缺点。Li-SO2电池如果使用不当会发生爆炸或SO2 气体泄漏。
2.1.2 Li-(CFx)n电池
Li-(CF)电池以锂为负极，固体聚氟化碳 (CF)为正极(0≤X≤1．5)。 电池表示式为 (-)Li | LiCl4 – PC| (CF)n (+)
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正极反应(X=1) (CF)n +ne → nC +nF 负极反应 Li- e→Li+
电池反应为 nLi + (CF)n →nLiF + nC
电池放电反应产物 LiF在正极上沉淀，碳能起导电作用。 Li-(CFx)n 电池有扣式、圆柱式和针杆形电池等。
电解液通常用 LiAsF6-DMSI(亚硫二甲酯)、LiBF4- (γ-BL+THF)、LiBF4-(PC+1，2-DME)和 LiC1O4- PC等。隔膜为非编织的聚丙烯膜等。
(CFx)n 是通过碳粉和氟在400～600℃生成的夹层化合物，其反应为
2nC +nxF2 → 2(CFx)n
Li-(CFx)n 电池的开路电压 2.8—3.3V，工作电压 2.6V。放电平稳。电池理论 比能量 2260Wh．Kg-1，圆 筒行电池比能量为 285Wh.kg-1 和500Wh.L-1，约为锌-锰干电池的 5—10倍。Li－(CFx)n 电池在贮存过程中元气体析出自放电极微，安全性能好。
2.1.3 Li-SOC12电池
Li-SOC12 电池的负极为锂箔，在手套干燥箱内将 锂箔压制在拉伸的镍网上而得负极。正极活性物质SOC12加入锂后在氩气保护下回流，然后蒸溜提纯去除 杂质和水份。将正极活性物质、乙炔炭黑或石墨粉和PVC乳液按比例混合成膏状，压到镍网上，在真空中恒温干燥。电解液用 LiA1C14-SOCI2溶液。LiA1C14 用等摩尔的氯化锂和三氯化铝制得，或直接从熔盐 中制得。 隔膜采用非编织的玻璃纤维膜。 电池反应为 4Li+ 2SOC12 → 4LiC1+ S + SO2
放电产物二氧化硫部分溶于SOC12,中,硫大量析出并沉淀在炭黑中，氯化锂是不溶物。可能还有如下反应发生 ： 8Li+ 4SOC12 → 6LiC1+ S2Cl2+ Li2S2O4 或 8Li+3SOC12 → 6LiC1+2S+Li2S2O4
Li-SOCl2电池开路电压为3.65V，放电曲线平稳。其比能量高，工作温度范围宽，成本低。但存在两个突 出的问题，即“电压滞后”和“安全”。电压滞后是由于在锂电极表面形成了保护膜LiCI，虽然能防止电池自放电，但导致电压滞后。
Li-SOC12电池放电产物是LiC1，SO2和S，其中SO2和S主要溶解在电解液中。当电池短路时,电池温度升高，引发Li与S的放热反应：
2Li+ S = Li2S +433.Okg.mool-1
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Li2S在 145C下又可与 SOCl2,发生剧烈放热反应。这两个反应很可能是在短路条件下爆炸的触发反应。
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2.1.4 Li-MnO2电池
Li／MnO2 电池广泛地用于计算机、照相机、手机、电子表、电表、军事通讯、电台等领域。用作 Li/MnO2电池正极材料的二氧化锰有γ/β型、α型、λ型以及复合型 (CDMO)等。其制备时所用的原材料、热处理温度和时间等对产物的微观结构 、形貌和粒径大小影响很大，并直接影响到电池的电性能[14]。
Li－MnO2，电池的负极用金属锂 ，正极活性物质用经过专门热处理的电MnO2 ，溶剂用 PC和 1，2－DM为 1：1的混合物，导电盐为 LiClO4 ，电解液浓度为1mol／L。电池放电反应的结果是锂离子进入MnO2 的晶格中，在 LiMnO2中锰为 +3价。 电池表达式为
Li | LiC104，PC+1，2-DME | MnO2(+) 负极反应 Li→ Li+ +e
正极反应 MnO2+Li+ +e → LiMnO2 电池反应为 Li + MnO2→ LiMnO2
Li-MnO2电池的正极 MnO2可采用压成式和涂膏 式方法制备。压成式(粉末式 )正极是将 MnO2粉和乙炔炭黑粉混合，加入适量水,加热和冷却后，再加入一定量的 PTFE乳液(粘合剂 )混合均匀,烘干和过筛后,在钢模内加压成型，并套上支撑环,即得压成式正极。压成式正极主要用于扣式电池。涂膏式正极是将 MnO2 粉、炭粉和粘合剂调成膏状,涂在集流体骨架上,进行热处理形成薄式电极 ，涂膏式正极主要用于矩形电池。
Li-MnO2 电池的电解液配制是制造锂电池的一个重要步骤。
LiClO4脱水：首先将含有结晶水的 LiC1O4 放人干燥箱中烘干，直至变成白色粉末，然后转入真空干燥箱中，在 120C抽真空至完全脱水为止。溶剂提纯：PC和 1，2－DME沸点分别为241℃和85.2℃ ，应分别进行提纯。PC用减压蒸馏提纯 ，当压力减至 666Pa时，沸点为 100℃；蒸馏操作是将锂带加入磨口的三颈烧瓶中，注入PC，用油浴加热至120℃，进行减压蒸馏。取中间馏分为溶剂，放入磨口瓶中保存加入锂带脱水；而1.2-DME用常压蒸馏提纯，用水浴控制温度为95～100℃。
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在真空干燥箱中，称取 106.5g LiClO4 粉末，加入比例为 1：1的 PC和 1，2-DME混合溶剂至1000ml，即得浓度为 1mol／L的电解液。用锂带控制水含量小于 0.005％ 。
MnO2 的晶型对正极放电性能影响很大 ，其中γ与β晶型的混合晶型 MnO2 的放电性能最好。由于电解 MnO2或化学 MnO2 中含有相当多的α和γ型 MnO2以及少量水。通过煅烧方法脱水，并将其 转化为和P的混合型 MnO 。热处理温度对 MnO2粉的放电性能影 响也很明显。一般热处理温度控制在 360℃左右，恒温数小时，自然冷却即可。
Li-MnO2 电池的比能量可达到300Wh.kg及500Wh．L 以上，约为铅酸蓄电池的 5—7倍，其开路电压约为3.5V，工作电压2.9V，约为锌-二氧化锰干电 池的两倍。Li-MnO2 电池工作温度范围宽(-20～ 5O℃)，贮存性能好，自放电小。贮存和放电过程中无气体析出，安全性好。因此，中小容量的Li-MnO2 电池适合于作袖珍电子计算机,电子打火机,照相机,助听器,小型通讯机的电源。大容量的Li-MnO2电池是军事方面应用的理想电源。
随着科学技术的飞速发展，对电源性能要求越来越高,传统 Li-MnO2 电池已经难以满足这些要求,改进 Li-MnO2电池正极材料性能一直是锂一次电池的研究热点。
2.2 锂电池的原理及特点
锂作为负极的锂电极具有开路电压高（3V）以上，放电电压平稳，适用范围大和使用寿命长等特点。早期的锂电池直接在负极中使用金属锂，容易在充电过程中产生锂沉积和锂枝晶，并且产生腐蚀现象，大大缩短了电池的循环寿命，严重时可造成电池短路甚至爆炸。
为了解决这一问题，人们开发了锂离子电池。所谓锂离子电池，是在正极和负极中采用可以容纳锂离子的晶状结构活性材料，使锂离子随着充放电从正极转移到负极或者从负极转移到正极。电池通过锂金属氧化物正极产生的锂离子在负极碳材料中的嵌入与迁出来实现电池的充放电过程。当对电池进行充电时，电池的正极有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有许多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量就越高。同样的道理，当对电池进行放电时，嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回到正极。回到正极的锂离子越多，放电容量就越高[5]。
一般，锂离子电池的负极由碳（C）材料组成，正极由锂金属氧化物构成，主要化学反应为：
负极反应：Li??e??6C?LiC6
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