基于MAX1898的智能充电器设计

中北大学信息商务学院2011届毕业设计说明书基于MAX1898智能充电器设计摘要电子技术的快速发展使得各种各样的电子产品都朝着便携式和小型轻量化的方向发展，也使得更多的电气化产品采用基于电池的供电系统。目前，较多使用的电池有镍镉、镍氢、铅蓄电池和锂电池。它们的各自特点决定了它们将在相当长的时期内共存发展。由于不同类型电池的充电特性不同，通常对不同类型，甚至不同电压、容量等级的电池使用不同的充电器，但这在实际使用中有诸多不便。本课题设计是一种基于单片机的锂离子电池充电器，在设计上，选择了简洁、高效的硬件，设计稳定可靠的软件。系统的硬件组成，包括单片机电路、充电控制电路、电压转换及继电器电路，并对本充电器的核心器件——MAX1898充电芯片、AT89C51单片机进行了较详细的介绍。系统的软件设计，以C语言为开发工具，进行了详细设计和编码。实现了系统的可靠性、稳定性、安全性和经济性。该智能充电器具有检测锂离子电池的状态；自动切换充电模式以满足充电电池的充电需要；充电器短路保护功能；充电状态显示的功能。在生活中更好的维护了充电电池，延长了它的使用寿命。关键词：充电器；单片机；锂电池；MAX1898中北大学信息商务学院2011届毕业设计说明书LithiumBatteryChargerDesignBasedOnMAX1898AbstractElectronictechnology'sfastdevelopmentcausesvariouselectronicproductsdevelopstowardportableandthesmalllightweightdirection,Italsocausesmoreelectrificationproductsusepowersupplysystembasedonbattery.Atpresent,thenickelcadmium,thenickelhydrogen,theleadaccumulatorandthelithiumbatteryarewidelyused.Duetotheirrespectivecharacteristic,theirapplicationareasarenotthesame.Becausedifferenttypeofbattery'schargecharacteristicvaries,so,usually,batterywhichhasdifferenttype,evendifferentvoltage,capacityrank,usedifferentbatterycharger,butthishasmanyinconveniencesintheactualapplication.ThistopicdetailsakindoflithiumionbatterychargerbasedonSingleChip,includingsuccinctly,thehighlyeffectivehardwareandreliablesoftware.Thissystem'shardwareismadeupofthemonolithicintegratedcircuitelectriccircuit,thechargecontrolelectriccircuit,thevoltagetransformationandtherelaycircuit,andthisbatterycharger'scorecomponent-MAX1898chargingchip,at89C51monolithicintegratedcircuithasbeenintroducedelaborately.Thesystem'ssoftware,takingtheClanguageasthedevelopmentkit,hasbeendesignedandencodedseriously.Sothissystemisprovidedwithreliability,stability,securityandefficiency.Theintelligencebatterychargerhastheabilitytoexamlithiumionbattery'scondition,tocutoverchargepatternautomatically,inordertomeetbattery'schargeneeds.Thechargeralsohasshortcircuitprotectionfunctionandchargeconditiondisplayingfunction.Thebatterychargerhaspreservedthebatterymoredurableinthelife，andlengtheneditsservicelife.Keywords：Charger;SCM;Lithiumbattery;MAX1898中北大学信息商务学院2011届毕业设计说明书第I页共Ⅱ页目录1引言………………………………………………………………………………11.1课研究的背景……………………………………………………………………11.2课题研究主要内容………………………………………………………………12锂电池原理及特性………………………………………………………………32.1锂电池原理………………………………………………………………………32.1.1锂离子电池的充电要求………………………………………………………32.1.2电池充电的基本参数…………………………………………………………32.1.3过充，过放及过温现象………………………………………………………42.2电池的充电方法与充电控制技术………………………………………………52.2.1电池充电方法…………………………………………………………………52.2.2充电控制方式…………………………………………………………………82.2.3充电终止控制…………………………………………………………………103.智能充电器设计…………………………………………………………………133.1硬件电路设计……………………………………………………………………133.1.1充电控制模块…………………………………………………………………133.1.2充电电压提供模块……………………………………………………………183.1.3继电器电路……………………………………………………………………203.2单片机模块………………………………………………………………………213.2.1AT89C51………………………………………………………………………223.2.2在单片机系统中使用MAX1898…………………………………………………263.2.3看门狗功能……………………………………………………………………284.软件设计…………………………………………………………………………314.1主要变量说明……………………………………………………………………314.2程序流程图………………………………………………………………………315结论………………………………………………………………………………34附录A电路原理图及PCB图…………………………………………………………35附录B源程序代码……………………………………………………………………37参考文献………………………………………………………………………………39中北大学信息商务学院2011届毕业设计说明书第II页共Ⅱ页致谢………………………………………………………………………………41中北大学信息商务学院2011届毕业设计说明书第1页共41页1引言1.1课题研究的背景电器在国民经济的各部门和国防领域均占有非常重要的位置，电器的主要发展趋势是高性能、高可靠、小型化、电子化、数字化、组合化、集成化、多功能化、智能化及可通信化/网络化，其核心是智能化和网络化[1][2]。随着电器产品的高速发展以及可充电电池市场的不断增大，研究如何充分适应电池特性，最大可能延长电池寿命，并且符合电子设备充电单元小型化的发展趋势，具有较高效率、安全快速的充电器，具有十分重要的意义[3]。目前市场上很多采用大电流的快速充电器，在电池充满后如不及时停止会使电池发烫，过度的过充会严重损害电池的寿命。也有一些低成本的充电控制器采用电压比较法，为了防止过充一般充电到90%就停止大电流快充，采用小电流涓流补充充电。一般地，为了使得电池充电充分，容易造成过充，表现为有些充电控制器在充终了时电池经常发烫。对电池经常出现过充和欠充的缺点已越来越不能满足们的需要[4]。锂电池的使用寿命和单次循环使用时间与充电维护过程和使用情况密切相关。一部好的充电控制器不但能在短时间内将电量充足，而且对电池还能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，即容量下降现象。因而传统的普通充电控制器存在明显的不足。基于以上问题的提出与分析，本次设计设计了一款基于51单片机和充电芯MAX1898的智能充电器，即能根据用户的需要智能控制充电进程，并且在充电过程中能对被充电电池进行保护从而防止过电压和温度过高的一种智能化的充电控制器[3,5]，其核心部件为微控制器/微处理器。1.2课题研究主要内容本文实现基于单片机控制的智能充电器设计，这里主要是针对锂离子电池的智能充电器设计。根据锂电池的特点，要求智能充电器的最基本需求有二[6,7]：一是要求其能提供较高的充电电流以缩短充电时间，同时要具备最大充电电流和最大充电电压的限制以保证充电系统的安全；二是要求为增加电池的充放次数及使用寿命，当中包括对过放(over-discharged)的电池减少充电电流，对电池电压的检测或电池容量的检测，输入电流的限制，电池充饱时关闭智能控制器，对充饱电池经中北大学信息商务学院2011届毕业设计说明书第2页共41页过一段时间漏电后能自动再充电功能，充电状态的指示，外部智能控制器的开关控制等。首先，介绍锂离子电池的化学原理，充放电原理及特性[4,8]。介绍了锂电池的特点和在应用中存在的主要问题及充放电电流对锂离子电池的影响，过充过放及过温对锂离子电池的危害。这是论文的设计基础。其次，介绍电池的充电方法与充电控制技术[5,7]。主要介绍了电池的充电方法和锂电池的快速充电终止控制方法，确保在充电控制过程中不过充、不损坏电池。最后，为智能充电器设计其硬件电路和软件部分，以实现其智能功能。本文所设计的智能充电器充电控制部分将采用恒流恒压充电方法。智能充电器设计包括三部分：控制电路，充电电路等外围电路，以及相关的程序设计，以实现智能充电。为保证智能充电器中的单片机工作时不可避免会受到外界的干扰，这里设计看门狗功能。系统总体设计框图如下。图1系统设计框图电压转换电路继电器电路充电控制电路电池组单片机电路报警电路中北大学信息商务学院2011届毕业设计说明书第3页共41页2锂电池原理及特性2.1锂电池原理电池是一种化学电源，是通过能量转换而获得电能的器件。二次电池[7]是可多次反复使用的电池，它又称为可充电池或蓄电池。当对二次电池充电时，电能转变为化学能，实现向负荷供电，伴随吸热过程。二次可充电锂电池，主要包括锂离子和锂聚合物电池。所谓锂离子电池[9,10]，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，电池的正极上有锂离子生成，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，它有很多微孔，到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样道理，当对电池进行放电时(即使用电池的过程)，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，放电容量越高。通常所说的电池容量指的就是放电容量[10]。2.1.1