1、 本科毕业设计 （ 20 届） 智能充电器的设计 所在学院 专业班级 通信工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘 要 当前社会，随着电子产业日益的发达，手机成为了人们必不可少的通讯工具，手机电池也经历了复杂的发展变化。锂离子电池由于能量密度 高、循环寿命长、无记忆效应、自放电率低等诸多优点使其成为了二次电池的主流产品。但另一方面，由于锂离子电池极易受到过充电、过放电、过电流等损坏，其中充电器的好差对电池起着不可无视的作用。 本文首先介绍了锂离子电池的工作原理及其保护电路的现状与发展趋势。以及一些影响电池寿命的因素。在此基础上，主要采用了 MAX1898， 7805 等芯片，
2、对锂离子电池充电器模块进行了设计。主要模块包括：充电指示，电池充电，电压转换。 关键词： MAX1898； 7805；锂电池；充电指示；充电器 Abstract The current society, as the electronic industry increasingly developed, cell phone became people indispensable communication tools, cell phone battery also experienced the development and change of the complex. Lithium
3、ion batteries due to higher energy density, long cycling life, no memory effect, low self-discharge has created many advantages for the mainstream of the secondary battery products. But on the other hand;Because of over-charge and over-discharge ,Rechargeable lithium-ion battery vulnerable will be d
4、amaged easily. So,the quality of battery chargers played a significant role. This paper firstly introduces the working principle of lithium ion battery and its protection circuit of the present situation and the development tendency. And some of the influence factors of battery life. On this basis,
5、mainly adopts MAX1898 7805 chip, etc, lithium ion battery charger module of the design. Main modules, including: charging instructions, battery, voltage conversion. Key Words:MAX1898;7805;Lithium; batteriesCharging indicator; charger 目 录 1 绪论 . 1 1.1 研究的背景 . 1 1.2 手机蓄电池的现状和发展趋势 . 1 1.3 充电技术的发展 . 2 1
6、.4 本文研究的内容和意义 . 3 1.5 论文各部分的主要内容 . 3 2 手机智能充电器的设计基础 . 4 2.1 锂离子电池的基本结构 . 4 2.2 锂离子电池的电特性 . 5 2.2.1 锂离子电池的容量 . 5 2.2.2 温度的影响 . 5 2.2.3 放电深度 . 5 2.2.4 放电率关系 . 6 2.2.5 自放电 . 6 2.3 充电模式及控制方式 . 6 2.3.1 充电模式 . 6 2.3.2 控制方法 . 7 2.4 小结 . 8 3 手机电池智能充电器的硬件设计 . 9 3.1 智能充电器的设计原理 . 9 3.2 智能充电器的硬件设计 . 9 3.2.1 MAX
7、1898 的作用 . 10 3.2.2 充电电路的设计 . 11 4 智能充电器的软件设计 . 14 4.1 充电控制程序 . 14 4.2 充电系统主 程序设计 . 14 4.3 小结 . 17 5 智能充电器的测试 . 18 5 1 智能充电器的仿真测试 . 18 5.2 自制硬件电路 . 20 6 结论和展望 . 22 6.1 结论 . 22 6.2 展望 . 22 致谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 23 附录 1 系统实物图 . 24 附录 2 实验原理图 . 25 附录 3 毕业设计作品说明书 . 26 1 1 绪论 1.1 研究的背景 随着 3G 网络的全球化发展， 3
8、G 用户数大幅增长。技术上的先进性， 3G 业务所具有的独特吸引力，促使用户越来越频繁地使用各种多媒体业务。手机 从仅具有通话功能发展成了集多种功能于一体的便携设备。与此同时，手机电池也经历了复杂的发展变化。随着便携式电子产品的日益普及，作为其电源的二次电池市场正迅速拓宽。而锂离子电池由于能量密度高、循环寿命长、无记忆效应、自放电率低等诸多优点使其成为了二次电池的主流产品。但另一方面，由于锂离子电池极易受到过充电、过放电、过电流等损坏，其中充电器的好差对电池起着不可无视的作用。 本文首先介绍了锂离子电池的工作原理及其保护电路的现状与发展趋势。以及一些影响电池寿命的因素。在此基础上，对锂离子电池
9、充电器模块进行了设计。主要 模块包括：充电指示，电池充电，电压转换。 1.2 手机蓄电池的现状和发展趋势 随着用户对手机性能以及形态大小的要求趋势，手机电池从早期的占 2/3 体积的镍镉电池为主，逐步过度到以镍氢为主。随着锂电池成本的迅速下降，现在市场上的主流手机基本上都已采用锂离子电池。这是因为锂电池的轻薄小巧以及锂电池的容量更大，输出功率密度更高，充电速度更快。 锂电池主要应用于笔记 本 计算机、 手机 、摄录像机、携带式光盘等电子产品上。电子、信息及通讯等 3C 产品均朝向无线化、可携带化方向发展，对于产品的各项高性能组件也往 “ 轻、 小 、薄、短 ” 的 目标迈进，而锂电池是最佳的电
10、源供应来源。未来随着 3G 手机和其它电动工具的发展，国内锂电池市场份额将快速增长，国内锂电池企业拥有巨大的市场增长空间。 对于现在一般常用的几种电池比较可见： 2 表 1 各类蓄电池性能比较 通过表一的蓄电池性能比较可以看到，虽然它们各有优缺点，但考虑到作为手机电池，锂离子电池要比其他电池综合性能更高一些，因此根据手机对电池的性能要求，在手机上使用锂离子电池的前景是可观的。但是在锂离子电池的安全性和成本上还是有待提高，这是锂离子电池发展的必然趋势。 目前锂电池已逐步向电动自行车、电动汽车等领域拓展。全球锂电池需求量随着应用领域的不断扩展而逐年递增。 1.3 充电技术的发展 蓄电池充电技术是从
11、二次电池诞生开始的，而且和蓄电池的发展与应用有着极为密切的关系。当时各国对 蓄电池充电特性的认识提出了总结性的充电经验法则，即常规充电的经验规律，这些经验法则是（姜绍信 1984）： （ 1）蓄电池温度为 75（ 24）时，充电电压应为 2.3V 左右，在此基础上温度每上升一度，电压应相应的降低 0.004V。 （ 2）蓄电池的充电电流（单位为安培）不应超过蓄电池待重新充入的安时数。 （ 3）在不减损蓄电池循环寿命的情况下，完成蓄电池满充电的时间，不能少于 5小时。 这些经验法则虽然是在当时的科学技术水平上提出来的，以往的蓄电池充电方法都是遵循这些法则设计的，但对于目前的常规 充电技术仍具有一
12、定的指导意义。 各类蓄电池性能对比 铅酸蓄电池 锂电池 镍镉蓄电池 镍氢蓄电池 燃料电池 能量密度 一般 优秀 良好 良好 优秀 动力 良好 优秀 良好 良好 优秀 循环寿命 一般 良好 良好 优秀 安全性 良好 一般 良好 良好 待提升 资源 优秀 良好 优秀 良好 良好 成本 良好 一般 一般 一般 一般 3 充电技术也从原来的常规充电往智能化方向发展，从以往的电压转换向着如今的单片机程控化。同时电池产品也在快速发展着。其中手机常用的电池也从原来的传统锂离子电池向着聚合物锂离子电池发展。 1.4 本文研究的内容和意义 3G业务的全球化发展以及手机等电子产品的应用对锂离子有着很大的需求，手机
13、锂离子电池的各方面性能都影响着它们的发展，锂离子电池以其特有的性能优势已在便携式电器如手提电脑、摄像机、移动通讯中得到普遍应用。目前开发的大容量锂离子电池已在电动汽车中开始试用，它将成为 21 世纪电动汽车的主要动力电源之一，并将在 人造卫星 、航空航天和储能方面得到应用。 本文主要手机锂离子电池自身的特点，研究如何建立一个良好的智能化程度较高的锂离子电池充电系统。本设计以单片机作为核心控制部件，设计一款基于单片机控制的智能型充电器，采用常规充电与脉冲充电相结合的充电方法，不仅可以有效的提高充电效率，而且可以有效的 延长锂离子电池的循环寿命。 1.5 论文各部分的主要内容 第二章主要介绍手机智
14、能充电器的设计基础，通过分析锂离子电池的内部结构和充电特性，以及影响锂离子电池寿命的主要因素，提出一种基于单片机的充电技术。 第三章主要介绍手机智能充电器硬件电路的设计，包括设计的原则和主要的技术参数。 第四章主要对智能充电器进行软件设计，对各部分控制程序进行设计，使其对硬件起到较好的控制作用。 第五章主要是对智能充电器的硬件和软件进行试验调试，并对系统进行验证性试验，以比较试验数值和理论设计的误差。 第六章主要对 所设计的智能型充电器进行总结，找出其中的问题，并对蓄电池智能充电器的进一步发展做出展望。 4 2 手机智能充电器的设计基础 要想实现手机智能充电器的智能化，首先就必须要了解锂离子电
15、池的基本知识。本章主要介绍锂离子电池的基本知识及其应用方面的问题。 2.1 锂离子电池的基本结构 图 2 锂电池结构图 锂离子电池由正极端子、负极端子（电池连接外部的正负极）、正极板、负极板、隔膜组成。当电池充电时，锂离子从正极中脱嵌，在负极中嵌入，放电时反之。这就需要一个电极在组装前处于嵌锂状态，一般选择相对 锂而言电位大于3V且在空气中稳定的嵌锂过渡金属氧化物做正极。 5 2.2 锂离子电池的电特性 2.2.1 锂离子电池的容量 电池容量是指从电池获得电量的量，常用 C表示，单位常用 Ah或 mAh 表示。容量是电池电性能的重要指标。电池的容量通常分为理论容量、实际容量和额定容量。 电池容
16、量由电极的容量决定，若电极的容量不等，电池的容量取决于容量小的那个电极，但决不是正负极容量之和。锂离子电池有一个对电量计量很有用的特性，就是在放电的时候 ,，电池电压随电量的流逝会逐渐降低，并且有相当大的斜率。 2.2.2 温度的影响 锂离子电池的实际容量及活性物质的利用率随温度的升高而增加，在蓄电池放电容量不变的情况下，蓄电池的放电深度随着温度的升高而降低，故蓄电池的使用寿命会随着温度的升高而延长（朱松然 2002）。在温度低的地方会影响锂电池的电容量，但当回到温度高的地方时又恢复电容量 。 2.2.3 放电深度 锂离子电池的放电深度是指蓄电池放电停止时达到何种放电程度。若在放电停止时放出了电池的全部电量，则称为 100%的放电深度。在影响电池的寿命的诸多因素中，放电深度对电池循环寿命的影响是最大的。放电深度对 锂离子电池使用寿命的影响如图 1 所示： 图 3 锂电池放电深度影响图 由图中可以看出，当电池经过百次充放电使用以后；电池能放出的电将越来越少，也就是说电池性能越来越差。
