锂离子电池充电控制器修改后论文(3)

图3.3 恒流恒压充电法曲线

Fig 3.3 Constant current and voltage charge curve

4）脉冲充电法

脉冲充电方式是比较新的一种充电方式。脉冲充电法是从对电池的恒流充电开始的，大部分的能量在恒流充电过程中被转移到电池内部。当电池电压上升到充电终止电压VCV 后，脉冲充电法由恒流转入真正的脉冲充电阶段。在这一阶段，脉冲充电方式以与恒流充电阶段相同的电流值间歇性的对电池进行充电。每次充电时间为TC 后,然后关闭充电回路。充电时由于充电电流的存在，电池电压将继续上升并超过充电终止电压VCV；当充电回路被切断后，电池电压又会慢慢下降。电池电压恢复到VCV 时，重新打开充电回路，开始下一个脉冲充电周期。在脉冲充电电流的作用下，电池会渐渐充满，电池端压下降的速度也渐渐减慢，这一过程一直持续到电池电压恢复到VCV 的时间达到某个预设的值TO 为止，可以认为电池已接近充满，如图3.4 所示。

图3.4 脉冲充电法曲线 Fig 3.4 charging impulse curve

在以上四种充电方法中，锂电池充电仍以恒流恒压的方法为主。虽然恒流恒压充电需要复杂得多的电路来实现，但由于其充电时间短，充电效率高，因此在锂离子电池充电中占主导地位。本文所设计的智能电器充电控制部分将采用这种充电方法。

锂离子电池充电方式可分为三种： 1) 交换式(switch-mode) 2) 脉冲式(pulse) 3) 线性式(linear)

交换式充电控制器的效率较佳但其电路板面积较大，线路较为复杂及需较大的电感电容等被动组件，其电路复杂且成本较高；脉冲式及线性式充电控制器其电路板面积较小及只需

较少的外部组件，但脉冲式需要有限电流功能的交流适配器(AC adapter)，价格较昂贵且大部分的AC Adapter 不具此功能；线性式的充电控制器其周边组件不会占过多的电路板面积，只需小部分额外的面积以利晶体管的散热即可，成本较小，尽管与前二种相比其效率略差，但性价比较高。综合三种充电方式的优缺点，本文采用线性式充电方式。

一般有两种方法实现电路的智能化控制。一种是利用集成电路芯片来实现控制。目前市场上有很多厂家生产的集成芯片，能够以相对不高的成本完成各种充放电和保护功能。但是集成电路的应用场合比较窄，一般限于小容量的单、双节电池的控制。当需求功率较大，电池串并联数目较多时，集成电路就无能为力了。另一种方法就是采用单片机系统。单片机系统稍显复杂，但是其灵活性是集成电路无法比拟的。特别是在有特殊需求的场合，单片机系统更能体现出它的优势。

综合考虑，我们选用ATMEL公司生产的AT89C52单片机。AT89C52含有非易失FLASH、并行可编程的程序存储器，所有器件都是通过引导装载器串行编程(ISP)。该单片机采用先进CMOS工艺的单片8位微控制器，是80C51微控制器系列的派生，和80C51指令相同。图3.5是AT89C52的内部功能框图。

AT89C52的特性包括： ●80C51中心处理单元； ●片内FLASH程序存储器； ●速度可达33MHz； ●全静态操作；

●RAM可扩展到64K字节； ●4级中断； ●6个中断源； ●4个8位1/0口； ●全双工增强型UART ●帧数据错误检测； ●自动地址识别； ●电源控制模式； ●时钟的停止和恢复； ●空闲模式； ●掉电模式；

●可编程时钟输出； ●双DPTR寄存器； ●低EMI(禁止ALE)； ●3个16位定时器；

●外部中断可以从掉电模式中唤醒。

由于AT89C52 具有8k 片内FLASH 程序存储器，所需扩展片外ROM，而且与80C51 系列单片机指令相同，因此非常适合用做智能管理系统的中心控制单片机。

图3.5 AT89C52 内部功能框图

Fig 3.5 AT89C52 internal function block diagram

智能电源管理控制器设计包括三部分： 1) 控制电路

控制电路主要包括单片机及其外部的扩展电路。其主要作用是控制充电电路的工作，同时对充电电池各项反馈的数据(如电流、电压和温度等)进行处理。同时它还起着人机交互的作用(接收用户发出的各种指令来控制充电),并将显示的数据送至显示电路。

2) 充电电路

充电电路主要包括充电芯片和同步整流电路。它能够根据CPU 发出的指令给充电电池提供恒流或恒压。

3) 显示等外围电路

显示电路主要包括显示器及其驱动芯片。其主要作用是方便用户对智能控制器的操作和直观地了解智能控制器的工作进程。其它外围电路由报警和传感器等电路构成。

出于功能、性价比的考虑本文采用MAX1898 作为充电管理芯片，MAX1898 为线性式充电芯片；选用AT89C2052 单片机作为电源管理控制器的主芯片，单片机负责输电的控制和提示，智能电源管理控制器在单片机的管理下，能够完成充电管理、充满自停和充完显示及报警等功能。

MAX1898 是性价比较高的线性充电芯片，其输入电压范围为4.5V～12V；具有内置检流电阻；0.75%电压精度；可编程充电电流；输入电源自动检测；LED 充电状态指示；检流监视输出等基本特点。MAX1898 外接限流型充电电源和P 沟道场效应管，可以对单节锂离子电池进行安全有效的快充，其最大特点是在不使用电感的情况下仍能做到很低的功率耗散，可以实现预充电，具有过压保护、温度保护和最长充电时间限制等优点为锂离子电池提供保护。MAX1898 的典型充电电路如图3.6 所示。输入电流调节电路用于限制电源的总输入电流，包括系统负载电流与充电电流，当检测到输入电流大于设定的限流门限时，通过降低电池充电电流可达到控制输入电流的目的。因为系统工作时电源电流的变化范围较大，如果控制器没有输入电流检测功能，则输入电源必须能够提供最大负载电流与最大充电电流之和，这将使电源的成本增高、体积增大，而利用输入限流功能则能够降低控制器对直流电源的要求,同时也简化了输入电源的设计。

图3.6 MAX1898 的典型充电电路 Fig 3.6 MAX1898 typical charging circuit

1) 电源输入：锂离子电池要求的充电方式是恒流恒压方式，电源的输入需要采用恒流恒压源，一般地，可以采用直流电源加上变压器提供。

2) 输出：MAX1898 通过外接的场效应管提供锂电池的充电接口。 3) 充电时间的选择：MAX1898 充电时间CHG t 可选择通过外接的电容CT C 大小决定的。两者关系为：

CT C =34.33× CHG t (3.1)

式中， CHG t 的单位为小时， CT C 的单位为nF 。

标准的充电时间为 1 小时，最大不要超过2 小时，根据这个标准，可以计算得到外接电容的容值。也可以采用单片机设定最大充电时间。

4) 设置充电电流：MAX1898 充电电流在限制电流的模式下，可以通过选择外接的电阻阻值SET R 大小决定。关系式如下：

FSTCHG I =1400/RSET (3.2)

式中， SET R 的单位为Ω， FSTCHG I 的单位为A 。 当充电电源和电池在正常的工作温度范围内时，插入电池将启动一次充电过程；充电结束的条件是平均的脉冲充电电流达到快充电流的1%，或者是充电时间超出片上预置的充电时间。MAX1898 能够自动检测充电电源，没有电源时自动关断以减少电池的漏电。启动快充后打开外接的P 型场效应管，当检测到电池电压达到设定的门限时进入脉冲充电方式，P 沟道场效应管打开的时间会越来越短，充电结束时，LED 指示灯将会呈现周期性的闪烁。

§3-2 智能电器电路设计

3-2-1 硬件设计

在单片机和MAX1898 控制下,充电过程分为预充、快充、满充、断电和报警5 个部分。主要原理如图3.3 和3.4 所示：

图3.3 单片机控制部分原理图 Fig 3.3 The single-chip control schematic

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