1、毕业设计开题报告电气工程及其自动化高效电能收集充电器设计一、选题的背景与意义随着中国经济的发展，便携式电子产品如笔记本电脑、PDA、手机等越来越普及，而这些手持式设备都需要一种可靠、轻便、高性能的电池为其供电。锂电池的额定电压高、使用寿命长、自放电率低且高低温适应性强，诸多的优点使其在移动应用领域得到了广泛的应用。而与此同时锂电池的很多缺点也暴露了出来，如锂电池不能过度充放电，否则会造成永久性损坏，充电时温度过高则会使其发生爆裂。因此研发性能稳定、安全可靠、效率高的锂电池充电器就显得尤为重要。锂离子充电方式主要由两种线性充电方式、脉冲充电方式和开关充电方式。相应地就有线性充电器、脉冲充电器和开
2、关充电器。线性充电方式控制简单，外电路少，成本比较低，但是高压差下发热高效率低，大电流的时候芯片发热也较大，充电精度收电池内阻影响。脉冲充电方式电源允许范围宽，但它仅仅在恒流源下有高效率，普通电源下效率并不高，所以用普通电源高压差时效率超低，并且成本较高。同时因为芯片自己不发热，热量由电源发，所以大电流会烧电源，充电精度不会受电池内阻影响。开关充电方式下电源允许范围宽，且在任意情况下都有很高的效率，发热小，但是其成本要稍高一些。本项目首要解决的是效率问题，要以尽可能高的效率给电池充电，因此选用开关充电方式。在保证效率的前提下采用单片机做为微控制器，控制灵活且降低成本，使得开关充电器更加完善，能
3、够更好地完成充电任务。二研究的基本内容与拟解决的主要问题锂离子电池一种性能优良的电池，但是在某些方面却很脆弱。首先，深度放电的锂离子电池如果直接快速充电则很容易损坏甚至会发生危险，因此在正式充电之前要先检测电池电压，如果电池电压低于一定值（一般是3V），则就需要进行预充电（涓流充电，电流大小一般在快充时的1）。当电池电压大于3V之后就可以进行快速充电阶段（该阶段一般能完成6070的充电量）。当电池电压达到预置电压时，开始恒压充电，同时充电电流降低，此恒压值一般处于4142V之间，充电电压波动应控制在50MV以内。最后，当电流逐渐减小到一个规定的值时，充电过程结束。在整个充电阶段要保证电池温度在
4、25C475C范围内,如果温度不符,则要控制充电器暂停充电。锂离子电池多用于移动领域，在很多时候都要讲求充电的高效率。在传统上由于电路简单、成本低，锂离子充电多用线性方式，但是其充电效率却不高。为了提高充电效率，应该用开关充电方式代替线性方式。单片开关电源结构比较简单，使用方便，其效率高的特点特别适用于给电池充电。从上面的介绍可以看出在充电过程中需要检测电压、电流和温度等参数，而且需要达到比较高的精度，同时需要采用微控制器进行灵活的控制。因此本项目的核心由单片开关电源和单片机组成，外围辅之以检测和反馈电路。单片机拟采用C8051F330，其片上的高速ADC可以提供较高的检测精度，保证电池充电三
5、个阶段顺利安全地进行。拟解决的主要问题有1正确使用单片开关电源，控制其输出电压和电流满足每个阶段的充电要求。2为保证电压和电流采样的准确，同时采用硬件滤波和数字滤波技术。3检测温度传感器，保证电池温度在充电时处在合理的范围内。4充电完成后关断充电器,且电池部分放电后自动启动充电。5通过LED灯等方式来显示充电状态。三研究的方法与技术路线系统总体结构图如下单片开关电源单片机锂电池电压电流检测温度传感器LED显示PWM控制图31硬件系统框图1单片开关电源单片开关电源起到电能转换的作用，具有体积小、重量轻、效率高的优点，有些还具有调压、限流、过热等保护，特别适合于构成充电电源。2单片机单片机在整个系
6、统中起到控制作用，具有使用方便、控制灵活、成本低的特点，且便于系统扩展。拟采用C8051F330单片机，其具有10位200KSPS的16通道单端/差分ADC和10位电流输出DAC，带模拟多路器，可以进行精读比较高的控制，且成本比较低。3单片机软件设计充电器主要充电整体过程为1检测电池电压，判断是否需要涓流充电；2检测电池电压，判断是否开始全电流充电；3检测电池电压，判断是否开始恒压充电；4检测电池电流，判断是否结束冲电。软件流程图为开始系统初始化检测电压电压大于3V涓流充电恒流充电否电压大于41V否是恒压充电是检测充电电流小于电流阈值否充电结束图32软件流程图四研究的总体安排与进度12010年
7、11月2010年12月，查阅相关资料，翻译文献，完成开题报告；22010年1月2011年3月，单片开关电源部分的制作与调试；32011年4月，检测、反馈和微控制部分的制作与调试及整体的调试；42011年5月,撰写毕业论文，完成毕业答辩。五、主要参考文献1童诗白，华成英，清华大学电子学教研组模拟电子技术基础（第三版）高等教育出版社20042马忠梅,籍顺心,张凯,马岩单片机的C语言应用程序设计第四版北京航空航天大学出版社20073盛莉锂离子电池智能充电器硬件的设计J今日电子,2008,795974王洪辉，庹先国，余小平等基于单芯片的锂电池/组充电器设计J电源技术,2009,21271295马爱华，
8、张晓冬，张伟基于AVR的锂电池智能充电器的设计与实现单片机开发与运用,2009,271736决蒙，刁节涛基于12C5A62AD的智能充电器科学技术与工程,2010,4100510097张方军，徐振充电器便携式锂电池充电电路的设计电源技术,2008,111031078庞静,刘伯文,卢世锂离子电池性能研究现状与进展电池,2004,842892919MINCHEN,GABRIELARINCNMORAACCURATE,COMPACT,ANDPOWEREFFICIENTLIIONBATTERYCHARGERCIRCUITIEEETRANSACTIONSONCIRCUITSANDSYSTEMS,2006,111180118410LIANGRUICHEN,ROYCHAOMINGHSU,CHUANSHENGLIUAVARIABLEFREQUENCYPULSECHARGESTRATEGYFORLIIONBATTERYIEEEISIE2005,62023
