摘 要：本論文首先分析了鋰電池的主要特點(diǎn)，并在此基礎上提出了基于單片機控制的鋰電池智能充電器設計方案。此設計實(shí)現的是單節鋰電池充電，因此選用了AT89C52單片機配合MAX1898充電管理芯片及適當的配套元件，進(jìn)行硬件電路設計，使所設計的充電器具有智能控制的特點(diǎn)，能根據不同鋰電池的電參數自動(dòng)確定相應的充電控制規律，自動(dòng)檢測、充電、斷電、報警等。

1 引言

隨著(zhù)微電子技術(shù)的快速發(fā)展，使得各種各樣的電子產(chǎn)品不斷的涌現，并朝著(zhù)便攜和小型輕量化的趨勢發(fā)展，為了能夠更加有效地使用這些電子產(chǎn)品，可充電電池得到快速的發(fā)展。常見(jiàn)的可充電電池包括鎳氫電池、鎳鎘電池、鋰電池和聚合物電池等。其中，鋰電池以其高的能量密度、穩定的放電特性、無(wú)記憶效應和使用壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛的應用。目前絕大多數的手機、數碼相機等均使用鋰電池。電池的使用壽命和單次循環(huán)使用時(shí)間與充電器維護過(guò)程和使用情況密切相關(guān)。一部好的充電器不但能在短時(shí)間內將電量充足，而且還可以對電池起到一定的維護作用，修復由于使用不當而造成的記憶效應，即電池活性衰退現象。

2 鋰電池的主要特點(diǎn)

1)高能量密度，鋰離子電池的重量是相同容量的鎳鎘或鎳氫電池的一半，體積是鎳鎘的40%~50%,鎳氫的20%~30%.因此，鋰電池具有更高的重量能量比、體積能量比。

2)高電壓，單節鋰電池電壓平均為3.6V,等于三只鎳鎘或鎳氫充電電池的串聯(lián)電壓。

3)自放電小，可長(cháng)時(shí)間存放。

4)無(wú)記憶效應，鋰電池不存在鎳鎘電池的所謂記憶效應，所以鋰電池充電前無(wú)須放電。

5)壽命長(cháng)，正常工作條件下，鋰電池充放電循環(huán)次數遠大于500次。

6)多個(gè)鋰電池可以隨意并聯(lián)使用。

7)無(wú)污染，由于鋰電池中不含鎘、鉛、汞等重金屬元素，對環(huán)境無(wú)污染。

8)快速充電，使用額定電壓為4.2V的恒流恒壓充電器，可使鋰電池在1-2小時(shí)內得到滿(mǎn)充。鋰電池與其他可充電電池相比，其價(jià)格相對較高。但是隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，鋰電池的性?xún)r(jià)比越來(lái)越高，目前已廣泛應用在各類(lèi)便攜式移動(dòng)設備上。

3 鋰電池充電器的硬件設計方案

3.1 系統結構框圖

系統硬件電路由單片機電路、電壓轉換及光耦合隔離電路、充電控制電路三部分組成。通過(guò)單片機的控制實(shí)現預充、快充、滿(mǎn)充、斷電、報警等充電過(guò)程。

圖1 系統結構框圖

3.2 52單片機電路原理圖

單片機芯片為Atmel公司的AT89C52單片機，B1為蜂鳴器，單片機的P2.0口輸出控制光耦器件，可以在需要時(shí)及時(shí)關(guān)斷充電電源。

圖2 52單片機電路原理圖

3.3 充電電路控制部分

充電狀態(tài)輸出引腳/CHG經(jīng)反相器74LS04后與單片機的P3.2口連接，觸發(fā)外部中斷。PNP為P溝道的場(chǎng)效應管或三極管。D1為綠色發(fā)光二極管，處于通電狀態(tài)時(shí)亮;D2為紅色放光二極管，電源接通時(shí)亮。R1設置充電電流的電阻，阻值為2.8千歐，設置最大充電電流為500mA;C2為設置充電時(shí)間的電容，容值為100μF,設置最大充電時(shí)間為3小時(shí)。

圖3 充電電路控制部分

4 鋰電池智能充電器的功能實(shí)現

本設計中，需要完成預充、快充、滿(mǎn)充、斷電和報警等功能。這些功能主要依靠智能充電管理芯片MAX1898內置的充電狀態(tài)控制和外圍的單片機AT89C52控制下共同實(shí)現。下面分別進(jìn)行介紹。

4.1 預充

在安裝好電池后接通輸入直流電源，當充電器檢測到電池時(shí)則將定時(shí)器復位，從而進(jìn)入預充過(guò)程，在此期間，充電器以快充電流的10%給電池充電，使電池電壓、溫度恢復到正常狀態(tài)。

預充時(shí)間由外接電容控制，這里選擇100nF,即預充時(shí)間為45分鐘。若在規定的充電時(shí)間內電池電壓達到2.5V以上，且鋰電池溫度正常，則進(jìn)入快充過(guò)程;若在預充時(shí)間內鋰電池電壓仍低于2.5V,則認為該鋰電池不可充電，/CHG引腳連接的發(fā)光二極管閃爍，表示充電故障。

4.2 快充

當預充結束后，鋰電池電壓上升到2.5V以上，MAX1898便以恒定電路對鋰電池進(jìn)行快充�？斐湟卜Q(chēng)橫流充電。在快充過(guò)程中，鋰電池電壓逐漸上升，直至鋰電池電壓達到所設定的終止電壓。

4.3 滿(mǎn)充

當在快充過(guò)程中，鋰電池電壓達到所設定的終止電壓，快充結束，充電電流快速遞減，充電進(jìn)入滿(mǎn)充過(guò)程。此時(shí)，當充電速率降到設置值以下或滿(mǎn)充時(shí)間超時(shí)，進(jìn)入頂端截止充電過(guò)程。

在頂端截止充電時(shí)，MAX1898以極小的充電電流為電池補充能量。一般情況下，滿(mǎn)充和頂端截止充電過(guò)程可以延長(cháng)鋰電池5%-10%的使用時(shí)間。

4.4 斷電

當電池充滿(mǎn)后，MAX1898的第2引腳/CHG發(fā)送的脈沖電平會(huì )由低到高，會(huì )被單片機檢測到，引起單片機的中斷，在中斷中判斷出充電完畢的狀態(tài)。此時(shí)，單片機將通過(guò)P2.0口控制6N137,切斷LM7805向MAX1898的供電，從而保證芯片和鋰電池的安全，同時(shí)也減小損耗。

4.5 報警

當電池充滿(mǎn)后，MAX1898芯片本身會(huì )熄滅外接的LED綠燈。但是，為了安全起見(jiàn)，單片機在檢測到充滿(mǎn)狀態(tài)的脈沖后，不僅會(huì )自動(dòng)切斷MAX1898的供電，而且會(huì )通過(guò)蜂鳴器報警，提醒用戶(hù)及時(shí)取出電池。當充電出錯時(shí)，MAX1898本身會(huì )控制LED綠燈以1.5Hz左右的頻率閃爍，此時(shí)不要切斷MAX1898的供電，要讓用戶(hù)看到此提示。

5 總結

本設計中所采用的AT89C52單片機和充電集成電路進(jìn)行充電器的設計，不但能夠實(shí)現對鋰電池進(jìn)行充電，而且還能夠實(shí)現相應的過(guò)壓和溫度保護，從而可以充分發(fā)揮鋰電池的性能，并避免了充電器在充電時(shí)可能對電池造成損害的情況發(fā)生，具有一定的智能功能。該方案有效地保護了電池、縮短了充電時(shí)間并盡量延長(cháng)鋰電池的使用壽命，符合目前的環(huán)境保護潮流。