锂离子电池通用充电器的设计

　煤　矿　机　电

2006年第3期　　　　

锂离子电池通用充电器的设计

朱旋,欧阳名三

(安徽理工大学,安徽淮南232001)

摘　要:　本文设计一种通用锂离子充电器,只要用户手册上电池的特性参数和充、放电曲线与设

计的充电器相同,就可以利用它进行充电,以克服专用充电器的不足。关键词:　锂离子电池;单片机;充电器中图分类号:TH832;TM911.41　　文献标识码:A　　文章编号:1001-0874(2006)03-0010-03

DesignofLithiumHydroniumBatteryChargeinCommonUse

ZHUXuan,OUYANGMing2san(AnhuiUniversityofScienceandTechnology,Huainan232001,China)

Abstract:　Thepaperdesignsasortoflithiumhydroniumbatterychargerincommonuse.Aslongasthebattery’scharacteristicparametersandcharge,dischargecurvesinuser’smanualareidenticalwiththedesignedcharger,itthencanbeusedforcharge,therebyovercomingthedeficiencyofthespecialcharger.Keywords:　lithiumhydroniumbattery;SCM;charger

　　针对锂离子电池不同的型号、生产厂家、应用范围及极性,根据锂离子电池的特性及充放电曲线确定充电器的技术参数,设计一种通用的锂离子充电器。1　系统技术参数

锂离子电池在使用中不可过充、过放,否则将损

坏电池,使之报废。不同阳极材料电池的放电曲线略有差别,如图2所示。

　　(1)设计框架

为保证充电不对电池造成永久性的损坏,设计中考虑过流、过压和温度保护措施。充电器充电过程中包括了恒流和恒压工作阶段,且系统必须保证恒流、恒压的稳定性。系统框架设计如图1所示。

图2　锂电池放电曲线

　　2)充电特性

锂电池易受过充、深放电及短路造成的损害。锂离子电池以恒流转恒压方式进行充电,采用1C恒流充至4.1V(或4.2V)时,充电器应立即转入恒

图1　系统框架设计

　　(2)锂离子电池的充放电特性

1)放电特性

压充电,当电池充足电后,进入涓流充电过程。充电曲线如图3所示。　　(3)系统技术参数

根据图2和图3设定本系统参数,如图4所示。

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入,I/O口可直接驱动LED数码管,且有1～2路

PWM输出(CCP)。

(2)系统功能1)指示灯电路系统指示灯有:红色LED和绿色LED。当电池处于充电状态时,红色指示灯亮,绿色指示灯灭;当充电基本完成,进入涓流状态时,绿色指示灯亮,红色指示灯灭。若出现异常情况,则红色指示灯闪烁,绿色指示灯灭;在指示灯电路中,绿灯还具有指示充电器充电速度的功能,即通过绿灯的发光强弱能判别充电快慢。

2)温度/电压采样电路

系统利用热敏电阻的压降计算得到温度值,利用T2AD连接至单片机的RA2/AN2管脚,该管脚的A/D转换器向单片机输入环境温度采样值。利用P2AD连接至单片机的RA5/AN5管脚,该管脚的A/D转换器向单片机输入电源电压采样值。

3)基准电源产出电路使用TI公司的TL431三端分流基准源,其基准电压为2.5V,根据外部的精密电阻网络可得到4.2±0.2V电压。

4)充电控制电路

包括A/D采样电路和控制电路,利用与电池串

图4　充电器的设定充电曲线

图3　锂电池充电曲线

　　曲线分析及参数设定如下:

1)预充电阶段

A为快速充电之前的阶段,应检测电池是否正

联的电阻的压降计算得到充电电流,用I2AD连接至单片机的RAO/ANO脚,再用该脚的A/D向单片机输入充电电流。U2AD电压值是与之相连的电阻的压降,连至单片机的RA1/AN1脚,再用的A/D向单片机输入电池电压采样值。用PWM波控制晶体管的通断,可控制晶体管的通断时间,可以做到恒流充电;同理根据电池电压也可做到恒压控制。3　软件设计

常。当充电电压达3.8±0.05V时,充电器转至快速充电阶段,其充电电流维持在80±30mA。

2)快速充电阶段

B该阶段电流应维持在650±50mA。3)涓流充电阶段

C阶段电池电压应维持在4.2±0.03V,充电电

　　(1)总体设计

充电器接上电源后,系统检测电池是否放入,准备充电,同时还须检测是否可用。然后系统需连续检测各个A/D通道,进行电压、环境温度等数据的初始化设定系统初始值。充电期间,单片机每隔3ms做一次采样,轮流采集电源电压、电池温度、电池充电电压、充电电流和时间的计数,每检测一次后进行判断,系统的采集值是否在正常的范围之内。若这些采集值超出设定范围,系统将报警指示,否则正常充电。

在充电状态时,用与PWM波成比例的脉冲驱

流小于50±15mA。2　系统硬件设计

　　(1)单片机

单片机用作系统的主控单元,它控制所有的输入输出。由于充电器要求I/O端口支持双向模式,且需要单片机内自带A/D转换功,选用美国Micro2chip公司生产的低功耗、低价格、小体积的PIC16C72型单片机。该单片机具有A/D转换输

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动绿灯,使之随PWM波的占空比变化而变化,以使

其能指示出充电的状态及速度。

(2)系统主流程

系统主流程如图5所示。4　结语

　　本设计经测试基本与设计值相吻,用示波器观察及使用基本正常。该充电器可对不同型号、不同参数的锂离子电池进行充电。不仅克服了传统专用充电器只能对特定电池充电的局限,还设置了各种保护电路,大大提高电池的使用寿命和可靠性,具有广泛的应用范围和使用价值。

参考文献:

[1]　路秋生.常用充电器电路和应用[M].北京:机械工业出版社,

2004

[2]　关德新.单片机外围器件实用手册.电源分册[M].北京:北京

航空航天大学出版社,1998

[3]　徐曼珍.新型蓄电池原理与应用[M].北京:人民邮电出版社,

2005

作者简介:朱旋(1977-),男,安徽理工大学电气工程系硕士研究生。主要从事智能电源技术的研究工作。(收稿日期:2006-02-20;责任编辑:姚克)

图5　系统主程序

(上接第9页)

　　(3)三偏心蝶阀的轴向偏心距c对蝶阀的密封

力矩影响不大,几乎成水平直线,对于一定口径,不同θ值及e值都对应一个最小的c值,否则将发生干涉。一般在设计时由于结构和空间的问题,c的值不会很大。

(4)对于同一口径的三偏心蝶阀,其密封力矩与蝶板的角偏心θ近似成反比,而且变化较为明显,推荐角偏心的范围为10°～20°。

图6　密封力矩与径向偏心距e的关系曲线

参考文献:

[1]　张旭芝.三偏心蝶阀的设计与计算[J].控制阀信息,2002(8)[2]　杜兆年,吴健.三维偏心蝶阀的结构分析与运动学研究[A].

中国流体工程学会,2002中国流体机械技术[C].合肥:中国机械工程学会流体工程学会,2002

[3]　别斯金H.M.解析几何学教程[M].北京:高等教育出版社,

1956

[4]　郝承明.三偏心蝶阀密封结构的分析与研究[J].阀门,2001

(1)

[5]　张宜华.精通MATLAB5[M].北京:清华大学出版社,1999

图7　密封力矩与角θ的关系曲线

作者简介:吴健(1976-),男,助教。2003年毕业于兰州理工大学,现在衢州学院机电工程系从事化工机械方面的教学与研究,发表论文4篇。

(收稿日期:2005-11-15;责任编辑:陈锡强)

　　(2)对于同一口径的三偏心蝶阀,其密封力矩与蝶板的径向偏心距近似成正比,而且变化也很明显,在设计时应尽量减小e的值。