文档介绍：一种锂电池充电器的设计
摘要:本设计以单片机为控制核心,实现了电池充电、LED 指示、保护机制及异常处理等充电器所
需要的基本功能。本文对锂离子电池的参数特性、充电原理与充电方法进行了详尽的描述,
并提出了充电器的设计思想和系统结构。
关键词:锂电池充电器;锂电池;充电
1 引言
随着电子技术的不断发展,便携式设备不断涌现,丰富和方便了人们的生活。现在,移动电话、笔记本电脑、数码相机等便携式设备已经成为人们生活的一部分,而且有着更为广阔的市场前景和发展空间。未来,肯定会有更多的便携式设备出现。便携式设备的发展,对电池产业提出了更高的要求。低成本、高电压、高能量密度、轻型化、长寿命、高安全性的电池,特别是可重复使用的电池备受关注。锂离子电池锂离子电池的研究是一个涉及化学、物理、材料、能源、电子学等众多学科的交叉领域。锂离子电池作为一种新型能源的典型代表,有十分明显的优势,同时有一些应用在国际上相当的活跃。目前该领域的进展已经引起化学电源界和产业界的极大兴趣。
在便携式应用中,一般采用容量相对不大的锂电池,以求在设备的便携性和工作时间之间取得一定的平衡。同样,作为设备内部锂电池管理系统,其体积和重量也应该相应缩小。由于电池容量不大,管理系统相对简单,一般不涉及复杂的均衡等问题。因此,基于专用芯片在一定的外围电路配合下,能够实现锂电池的充放电管理和保护功能,完全满足便携式设备的需要,同时有效的控制了设备的体积和成本,深受设备厂家的欢迎。锂离子电池因具有体积小、重量轻与能量密度高等优势,所以在GSM/CDMA和高端便捷式产品(如数字相机、摄像机等)中被广泛应用。
目前一些大的厂家生产的充电管理芯片都具有以下特点:具备限流保护,电流短路与反充保护线路设计、自动、快速充电、充满电后自动关断等等。有的还具有LED充电状态显示、低噪声、模拟微电脑控制系统等特点。锂离子电池在使用中为避免过充电、过放电对其早造成损坏,对保护电路要求较高。锂电池要求锂电池充电器具有严格与完善的安全保护特性,此外它的充电方式是恒流恒压方式,为有效利用电池容量,需将锂离子电池充电至最大电压,但是过压充电会造成电池损坏,这就要求较高的控制精度(精度高于1%)。另外,对于电压过低的电池除了需要进行预充、充电终止检测、电压检测外,还需采用其他的辅助方法作为防止过充的后备措施,如检测电池温度、限制充电时间,为电池提供附加保护。
为此,应用新型的DS2770和DS2720芯片可以设计一个具有充电控制、电源控制、电量计数、电池保护、计时和对电池组能识别等功能的高性能电池充电器。它已经替代目前市场上已有的锂电池保护/充电控制电路(充电器)。目前的芯片有能够单独使用,实现充放电保护功能;也有带微机控制接口,能够与处理设备协同工作,实现复杂功能的。基于专用芯片的锂电池管理已成为便携式设备电池管理的最主要方式。充电管理芯片是专为电池设计的理想产品,一个理想的充电管理芯片要使电池的三项关键指标容量、寿命和安全性达到最优化。
实现安全高效的充电控制己成为锂离子电池推广应用的目标。随着各种采用电池供电的便携式和可移动式设备的广泛应用,充电器的需求量也越来越大。人们对充电器的要求是在电池充足电、但不过量充电而把电池充坏的前提下,尽量方便使用。同时电化学的发展使得新型电池层出不穷,市场要求在充电器的设计上能够充分适应这些变化,并利用最先进的电子技术降低成本和改善性能。
2 锂电池的概述
锂电池的特点
锂电池的特点有以下几种:
①具有更高的重量能量比、体积能量比;
②电压高,,等于3只镍镉或镍氢充电电池的串联电压;
③自放电小可长时间存放,这是该电池最突出的优越性;
④无记忆效应,锂电池不存在镍镉电池的所谓记忆效应,所以锂电池充电前无需放电;
⑤寿命长。正常工作条件下,锂电池充/放电循环次数远大于500次;
⑥可以快速充电。~1倍容量的电流充电,使充电时间缩短至1~2小时;
⑦可以随意并联使用;
⑧由于电池中不含镉、铅、汞等重金属元素,对环境无污染,是当代最先进的绿色电池;
⑨成本高,与其它可充电池相比,锂电池价格较贵;
⑩容易显示剩余电量,因为锂离子电池的工作电压随时间徐徐下降;
⑪高低温适应性强,可以在-20℃—60℃的环境下使用,经过工艺上的处理,可以在-45℃环境下使用;
⑫高功率承受力,其中电动汽车用的磷酸亚铁锂锂离子电池可以达到15—30℃充放电的能力,便于高强度的启动加速。
锂电池的结构
根据锂电池的尺寸,重量和能量储存优点,锂离子可再充电电池正在被用于许多的应用领域。锂离子电池的正极材料通常有锂的活性化合物组成,负极则是特殊分子结构的碳。常见的正极材料主要