锂电池快速充电系统的设计-开题报告

中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名： 学 号：学 院 、 系 ： 信息与通信工程学院、电气工程系专 业 ： 电气工程及其自动化设 计 题 目 ： 锂电池快速充电系统的设计指 导 教 师 : 年 月 日毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文 献 综 述一、课题研究意义及背景随着微电子技术的快速发展，使得各种各样的电子产品不断的涌现，并朝着便携和小型轻量化的趋势发展，为了能够更加有效地使用这些电子产品，可充电电池得到快速的发展。常见的可充电电池包括镍氢电池、镍镉电池、锂电池和聚合物电池等 1。其中，锂电池以其高的能量密度、稳定的放电特性、无记忆效应、安全可靠和循环寿命长等一系列的优点，很快在便携式电子设备中获得广泛应用，锂电池作为上世纪九十年代发展起来的一种新型电池，更获得了广大消费者的青睐 2。随着社会经济的迅速发展，电动汽车、移动电话、数码相机、笔记本电脑等便携式电子产品的普及， 消费者对电池电能要求日渐提高，人们希望在获得大容量电能的同时，能够尽量减轻重量， 提高整个电源系统的使用效率和寿命。锂电池智能管理系统能够实现蓄电池充放电过程的智能化监测、控制与管理，提高电池的功率因数，对于节约能源和提高能源利用率，有积极的意义，能够真正体现“绿色”电能变换，具有较高的使用价值 2！电池的使用寿命和单次循环使用时间与充电器维护过程和使用情况密切相关。一部好的充电器不但能在短时间内将电量充足，而且还可以对电池起到一定的维护作用，修复由于使用不当而造成的记忆效应，即电池活性衰退现象 3。但锂电池的不足之处在于对充电器的要求比较苛刻，对保护电路的要求较高。其要求的充电方式是恒流恒压方式，为有效利用电池容量，需将锂离子电池充电至最大电压，但是过压充电会造成电池损坏，这就要求较高的控制精度(精度高于1)。另外，对于电压过低的电池需要进行预充，充电终止检测除电压检测外。还需采用其他的辅助方法作为防止过充的后备措施，如检测电池温度、限定充电时间，为电池提供附加保护等 4。为此，研发性能稳定、安全可靠、高效经济的锂电池智能充电器显得尤为重要。现在比较流行的锂电池充电系统主要由以下三种方法：单片机控制的充电系统，单片机与芯片共同控制的充电系统，嵌入式系统由并集成芯片控制的充电系统。单片机控制的充电系统：例如，采用 STC12C5410AD 单片机为控制电路来制作一个能显示充电电压和电流，能够定时开关和充完自动停充的 36V/10AH 以上锂电池智能充电器。整个系统需要通过硬件系统和软件系统一起来运行。首先设计一个反激式开关电源为单片机主电路板提供电源，连通单片机电路主板与电脑进行串口通信下载程序到单片机进行电路控制，AD 进行数据采集传输给 LCD 液晶显示屏显示当前的充电电压和电流，并且实现定时开关和充完自动停充功能。单片机与芯片共同控制的充电系统：例如，通过 AT89C51 和 MAX1898(电源管理芯片，用于线性充电电路)可以控制实现预充，快速充电，及恒压充电。该设计可以监控充电过程中的各个状态，实现电路简单，成本较低，而且充电效果很好，包括安全性高，耗时短，对电池损坏小，满足一般用户的要求。嵌入式系统由并集成芯片控制的充电系统：例如，由于人们对系统性能和成本控制要求的不断提高，嵌入式系统凭借其优良的性价比和独特的便利性得到了越来越多的人们的青睐，而嵌入式系统由于其使用环境的特殊性,要求电源性能稳定、体积小、能量大、续航时间长,锂电池就是符合这些要求的一种电源。但锂电池的充放电特点导致其管理要求比较高。BQ24032 是 TI 公司推出的锂电池专用电源管理电路集成芯片,适用于 1 组锂电池的正常充电控制、快速充电控制等。其主要特点是能够可靠的控制充电终止,确保锂电池的充电安全、充电状态指示、以及充电的同时给系统提供高效率的电源。快速充电系统的研究成果广泛应用于手机，MP3、电动交通工具等电子产品，为人类日常生活和生活质量的提高有着深远的意义。二、本课题国内外研究现状在国家鼓励支持及市场前景的推动下，锂离子电池关键技术、关键材料和产品研究都取得了重大进展。其技术和经济性优势显著，推广应用的条件已经日趋成熟。如中信国安盟固利公司提供给北京奥运电动车的新型锂离子动力电池总成比能量已经超过 90wh/kg。但是此前一阶段锂离子电池工作关注重点是关键技术、关键材料和产品研究。锂离子电池的成组技术，成组充电、放电和维护管理等应用技术没有得到应有的重视，致使锂离子电池的充电、放电和维护管理技术及设备研究严重滞后于电池技术达到发展。当前仍然普遍采用的是不能适应锂离子电池特点的电池应用技术和设备。错误的将因为成组技术落后而造成的过充电、过放电、超温和过流问题引起的电池寿命下降、燃烧、炸裂等问题，转嫁到电池本身上。这已经严重制约了其推广应用和产业发展。由于锂电池具有优良的性能而具有广泛的应用价值，将成为动力以及通讯电池的首选。世界上许多大公司竞先加入到该研究产品的研究、开发行列中。如索尼、 三洋、东芝、三菱、富士通、日产、TDK、佳能、永备、贝尔、富士、松下、日本电报电话、三星等。目前常用的领域为电子产品，如手机、笔记本电脑、微型 摄像机等。对其他一些重要的领域，如电动交通工具、航空航天、军事等领域也正在进行渗透。新一代的聚合物锂离子电池在形状上可做到薄形化、任意面积化和任意形状化，大大提高了电池造型设计的灵活性。同时，聚合物锂离子电池的单位能量比目前的一般锂离子电池提高了 20%，其容量、与环保性能等方面都较锂离子电池皆获得改善 2。因此可以预见的是，未来锂离子电池的充电器，亦朝向更快速的充电速率与更强健的系统保护能力为未来发展趋势。参考文献：1张惠,冯英.电源大全M .西南交通大学出版社, 1993.2 郭炳焜. 锂离子电池M. 长沙: 中南大学出版社, 2002 3 创杰科技股份有限公司. 锂电池充电控制系统P. CN. 200610106895.2. 2006-08-09 4 李洪, 戴永军, 李向锋. 基于单片机控制的锂电池充电和保护系统 J. 电工技术杂志. 2009, 15(9): 57-585李利琼，陆瑞生，陈海清差示扫描量热法测定热电池材料中的微量水分电源技术，2002；046李震,洪添胜.基于 AVR 单片机和 PID 算法的水温控制器J .国外电子测量技术,2006 ,25 (6) :47-50.7王乾发,齐宇岚,于浩.基于 AVR 单片机的液晶显示系统的设计J .长春理工大学学报:自然 科学版,2008 ,3 (2) :96-99.8刘蕾蕾,王树杰,刘文霞,等.基于 AVR 单片机的智能跑步机控制器设计 J .微计算机信息, 2007 23(3) :118-120.9贺小亮,李艾华,王新军.基于 AVR 单片机的油液颗粒度检测仪 J .仪表技术与传感器,2007 ( 12 ) :20-22.10刘乃生,苑龙军.基于 AT89C52 的智能充电器的设计J.潍坊学院学报.2010,12,10(6):30-31.11王安华,邓孝祥.新型智能充电器的设计J.自动化技术与应用.2010,29(12):77-79.12 昆山盛鸿信息科技有限公司. 锂电池电源的智能负载分配电路P. CN.201110088362.7.2011-04-0813 唐雁彬. 三极管自动分选机硬件电路及其软件系统设计D. 成都: 电子科技大学, 2010 14 王青松, 孙金华, 姚晓林等. 锂离子电池中的热效应J. 应用化学, 200615 桂长清. 动力电池M. 北京: 机械工业出版社, 200916 吴宇平. 锂离子电池-应用与实践M. 北京: 化学工业出版社, 2004 17 吴宇平. 聚合物锂离子电池M. 北京: 化学工业出版社, 2007: 178-180 2007: 180-180 18M. Lampinen and J. Vuorisalo:“Thermodynamic analysis of electrochemical cells based on a balanced matrix theory”, Journal of the Electrochemical Society. 1992.19J.lvarez,J.Marcos,A.Lago,A.A.Nogueiras,J.Doval and C.M. Pealver .A Fully Digital Smart and Fast Lead-Acid Battery Charge SystemJ.Lagoas-Marcosende.2003,913-917.20 MAXIMCOM. Portable devices need high performance battery chargers M. America: Maxim Com, 200021 Cheekati, Sree Lakshmi. Graphemes Based Anode Materials for Lithium-Ion Batteries D. America: Wright State University, 200022 Cheekati, Sree Lakshmi. Graphemes Based Anode Materials for Lithium-Ion Batteries D. America: Wright State University, 2000 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：本锂电池快速充电系统采用单片机为控制电路来制作一个能显示充电电压和电流，能够定时开关和充完自动停充的 36V/10AH 以上锂电池智能充电器。采用单片机和充电集成电路进行充电器的设计，不但能够实现对锂电池进行充电，而且还能够实现相应的过压和温度保护，从而可以充分发挥锂电池的性能，并避免了充电器在充电时可能对电池造成损害的情况发生，具有一定的智能功能。该方案有效地保护了电池、缩短了充电时间并尽量延长锂电池的使用寿命，符合目前的环境保护潮流。通过网络、书籍等各种途径，搜索与本课题相关的资料并进行理解和学习，对各种充电方式和原理、以及一些单片机的程序编写有充分的了解。锂电池智能充电系统的设计思路及想法如下：由单片机电路、充电控制电路及充电电压、电流显示、定时开关和充完自动停充等相应模块组成。还要对其进行硬件设计和软件设计，硬件设计是将各功能模块组装起来形成一个合理的方案，然后使用单片机进行个模块的编程，用 Protues 画图进行软件进行仿真