锂离子电池保护电路设计(项目教学法)

课题：锂离子电池保护电路课题准备•课程目标•1、使同学们充分认识到安全使用锂离子电池的重要性。•2、掌握锂离子电池充电保护电路原理。3、充分理解DW01模块工作特性。项目教学法实施：资讯一计划一决策一实施一检查一评估资讯计划决策实施检查评估一、咨询•课题引入：请同学关注生活中笔记本电脑、手机等锂离子电池爆炸燃烧事故。一、咨询•请同学们搜集以下资料：•1、锂离子电池结构原理、发展历程、电学特性。•2、锂离子电池爆炸原因。•3、如何避免类似事故。•4、锂离子电池充电保护电路的种类。电池太阳能电池双层电气电容热电池物理电池生物电池酶解电池微生物电池化学电池一次电池二次电池燃料电池镍铬电池镍氢电池锂离子电池铅酸电池一、咨询锂与过渡金属的复合氧化物锂离子电池比能量电压负极层状结构的石墨120-150Wh/kg是普通镍镉电池的2-3倍高达3.6V正极20世纪80年代末，日本Sony公司提出者一、咨询锂离子电池工作原理图schematicrepresentationandoperationprincipleofrechargeablelithiumionbattery锂离子电池工作原理一、咨询•工作电压又称端电压，是指电池在工作状态下即电路中有电流流过时电池正负极之间的电势差。在电池放电工作状态下，当电流流过电池内部时，不需克服电池的内阻所造成阻力，故工作电压总是低于开路电压，充电时则与之相反。锂离子电池的放电工作电压在3.6V左右。开路电压和工作电压开路电压是指电池在非工作状态下即电路中无电流流过时，电池正负极之间的电势差。一般情况下，锂离子电池充满电后开路电压为4.1—4.2V左右，放电后开路电压为3.0V左右。通过对电池的开路电压的检测，可以判断电池的荷电状态。一、咨询方型锂离子电池外观与内部结构如图所示，其主要部件与圆柱型锂离子电池类似，主要也是由正负极和电解质，以及外壳等部件组成。通常电解质为液态时，使用钢壳；若使用聚合物电解质，则可以使用铝塑包装材料。方型锂离子电池（PrismaticLi-ionBattery）隔膜的主要作用：•隔离正、负极，并使电池内部的电子不能自由穿过。能够让电解质液中的离子在正负极间自由通过。锂电池中内层组件—隔膜锂离子电池爆炸原因•负极容量不足•水份含量过高•内部短路•过充•过放•外部短路二、计划定项目的工作计划，做出工作流程图、建立工作小组（4-5人）、明确分工职责、时间计划表。设计要求：A、锂电池：3.6V/650mAB、充放电电流大于800mA时保护C、充电过压保护D、放电欠压保护E、充放电电流电压显示二、计划锂离子电池供电设备的安全性是人们目前最为关注的问题，所以对其的保护就非常重要。锂离子电池的保护主要包括如下：过度充电保护：当充电器对锂电池过充电时，为防止因温度上升所导致的内压上升，需终止充电状态。为此，保护器件需监测电池电压，当其到达电池过充电压时，即激活过充电保护功能，中止充电。过度放电保护：为了防止锂离子电池的过放电状态，当锂离子电池电压低于其过放电电压检测点时，即激活过放电保护，中止放电，并将电池保持在低静态电流的待机模式。放电过大电流及短路保护：当锂离子电池的充放电电流过大或短路情况产生时，保护器件将激活过电流保护功能。温度过高保护:当锂电池在充放电过程中的温度过高时，保护电路将激活过温保护功能。三、决策方案---程序流程保护电路程序流程图开始初始化按键扫描电流电压采样显示充放电电流、电压结束是否有键按下？放电充电YN是否过温、过流、过压、欠压？Y显示充放电电流、电压电流电压采样N无操作DW01工作电路•当电芯电压在2.5V至4.3V之间时，DW01的第1脚、第3•脚均输出高电平(等于供电电压)，第二脚电压为0V。此时DW01的•第1脚、第3脚电压将分别加到8205A的第5、4脚，8205A内的•两个电子开关因其G极接到来自DW01的电压，故均处于导通状•态，即两个电子开关均处于开状态。此时电芯的负极与保护板的P-•端相当于直接连通，保护板有电压输出。三、决定设计方案AVR单片机是系统的控制枢纽，控制相关的外围器件产生需要的信号，通过判断送出所需要的PWM占空比，对过放电电池在充电初期采用涓流对电池进行激活处理；然后采用较大的恒定电流对电池充电，以实现快速充电的目的；充电后期采用恒压浮充，确保电池充满。然而电池在充放电过程中，假如电路失去控制，导致锂电池发生过压、欠压过流、短路等现象，专用集成电路DW01会立即关断充放电回路，停止对锂电池充放电，进而进行保护。单片机液晶PWM控制电路锂电池DW01保护器监测采样三、决策方案PWM控制电路设计当开关闭合时，电流由于充电器提供的电压(充电器Vin)而流过电路，此时电容通过电感充电。当开关打开时，电感试图通过感应电压来保持电流流动，但它不能立刻充电。然后电流流过肖特基二极管并给电容充电。此过程循环往复。当通过减少PWM占空比来缩短开关“通”时间时，平均电压减少。相反，当通过增加PWM占空比来延长开关“断”时间时，平均电压增加。故通过MCU控制PWM占空比来调整充电电压(或电流)可达到所需的输出值，从而控制锂电池可随时处于涓流、恒流、恒压充电阶段。四、方案实施主PCB图四、方案实施五、检查检查方案实施的效果：（1）完整的电池充放电保护电路设计方案（2）模块化的“C”源代码（3）支持多数电池类型（4）快速充电算法（5）充电参数易修改（6）片内EEPROM可用于存储电池信息（7）支持在线编程，低成本六、评价•1、学生学习小组自评。•2、小组互评。•3、教师讲评。