小型充电控制器的设计
小型充电控制器的设计[20200408101525]
摘 要
当今社会，随着科技的飞速发展，移动电话，数码相机，汽车，轮船，飞机等设备已经成为我们生活中必不可少的一部分，而这些设备的发展，对电池行业以及充电控制器有了更高的要求。
本文对锂电池和铅酸蓄电池的参数特性、充电原理和充电方法进行了详尽的描述，并且为了便携通用，提出了完成锂电池与铅酸蓄电池同时充电的构想，设计锂电池与铅酸蓄电池充电一体的充电控制器。本设计使用CN3705芯片与UC3909芯片为主要控制电路。其中CN3705芯片用于对锂电池充电部分的电路，而UC3909芯片则用于对铅酸蓄电池充电部分的电路。CN3705是PWM降压模式锂电池或磷酸铁锂电池充电管理集成电路，独立对单节或多节锂电池或磷酸铁锂电池充电进行自动管理，具有恒流和恒压充电模式，非常适合锂电池的充电；UC3909可以控制电压，能有效提高系统的工作频率，减小开关损耗，可以实现铅酸蓄电池的恒流和恒压充电。
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关键字:充电控制器恒流恒压
目录
1.绪论 1
1.1研究背景 1
1.2研究的目的与意义 1
2.电池的充电方法 3
2.1锂电池充电控制器的充电方法 3
2.2铅酸蓄电池充电控制器的充电方法 4
3.锂电池与铅酸蓄电池充电一体化设计 7
3.1 锂电池充电控制器的设计 7
3.1.1 CN3705芯片 7
3.1.2 恒压充电模式 9
3.1.3 恒流充电模式 10
3.1.4 锂电池充电器整体电路设计 10
3.2 铅酸蓄电池充电控制器的设计 12
3.2.1 UC3909芯片 12
3.2.2 铅酸蓄电池充电器整体电路的设计 17
3.3 设计结果 19
3.4 本章小结 22
结语 23
参考文献 24
致谢 25
1.绪论
1.1 研究背景
锂电池一般采用锂金属或者锂合金来作为它的负极材料，它使用非水电解质溶液。锂电池放电时反应为：Li+MnO2=LiMnO2。锂的化学性质非常活泼，因此，在加工、保存及使用的时候，锂金属非常容易发生反应。正因为如此，很久以来人们都很少使用锂电池。不过现在，锂电池的使用已经非常普遍。
锂离子电池是继镍氢电池后研发的一种新型的二次电池，真正无污染的高性能可充电电池，它的能量密度高达140—200W·h／kg，300—400W·h／L，远大于铅酸、镍铬及镍氢电池。锂离子电池有许多优点，如体积小、性能好、使用寿命长。相对于锂电极而言，锂离子电池的负极电位为正，电位为4V。锂离子电池的工作电压约为3．6V。锂离子电池无记忆效应、无污染，跟镍氢电池一样，也被称为绿色电池。
最近才有发展的聚合物理离子电池，也被称为第二代理离子电池，因为它采用导电聚合物电解质，并且使用特别的流延工艺，所以易做成非常薄的还有形状各异的电池。美国和日本也已宣布开始生产聚合物锂电池。
而铅酸蓄电池，因为具有高电动势、可大电流放电、使用温度范围宽、性能稳定、价格低廉、原材料丰富等的优点，在各个领域得到广泛的应用，特别在电动汽车、工矿电机车、汽车起动电源等方面得到广泛的应用。
在高效、快速、无损这三个方面，目前国内外公认较好的充电方法是使其充电电流尽可能地跟踪美国科学家马斯提出的以最低出气率为前提的蓄电池可接受的充电电流曲线，这条曲线即为最佳充电曲线,由此便产生了智能充电的概念，所谓智能充电(即快速充电)是使实际充电电流动态跟踪电池可接受的充电电流,充电系统由充电机与被充电电池组成二元闭环回路，充电机根据电池的状态确定充电工艺参数，充电电流自始至终处于电池可接受充电电流曲线附近，使电池几乎在无气体析出的条件下充电，做到既节约用电又对电池无损割引[1]。
而现在，在电池业发展这么迅速的情况下，如何只用一个充电器就能对几种电池充电，是人类现在最关心的问题。
1.2研究的目的与意义
由于科技在不断进步，电力已经渗透在人类生活中的各个角落，成为人类平时生活中不可缺少的东西，而各类电池也随之成为必不可少的部分。锂电池由于其重量轻，使用寿命较长，高低温度适应性强，绿色环保，在手机等电子设备中被广泛使用；而铅酸蓄电池因为其维护简单，成本较低，性能稳定，广泛地作为汽车、飞机、轮船等的启动电源。所以锂电池和铅酸蓄电池在人们的日常生活中使用很广泛，而充电控制器也随之成为人类生活中必不可少的东西，目前，锂电池的充电方法有很多，如恒压充电、恒流充电，涓流充电、快速充电以及脉冲充电等方法；而铅酸蓄电池的充电方法也有很多，如恒压充电、恒流充电以及分级充电等方法。为了方便人们的使用，设计锂电池与铅酸蓄电池充电一体的充电控制器，使该充电器能同时完成两种电池的充电。
本文设计了锂电池与铅酸蓄电池充电一体的充电控制器，整个设计分为两大部分，第一部分为由CN3705芯片控制的锂电池充电控制器，第二部分为由UC3909芯片所控制的铅酸蓄电池充电器，由开关选择为锂电池或铅酸蓄电池充电，实现电池的智能充电过程。
2.电池的充电方法
2.1锂电池充电控制器的充电方法
二次电池工作时，正负极发生的反应均为可逆，所以，在其使用之后，可以用充电控制器对它充电，使两个电极上的活性物质回复到原来的状态，从而使电池具有在此放电的能量。它的参数指标最主要有四个，分别为工作温区、工作电压、电池容量和循环寿命。而在选择适合的充电方法的时候，应该考虑几个因素，如电池的放电倍率和使用频率等。因此，以下简要概述了几种不同的充电方法。
(1) 恒压充电
恒压是指蓄电池两极间的电压保持为一个定值。充电过程中电流会随着电压变化而变化，所以最大的充电电流值应该在充电电压最高时，避免电池的过充。恒压充电有许多优点，如能自动调整充电的电流；如果设定的电压值合适，就可以确保蓄电池完全充电，还能减少析气和失水。不过，这种充电方式，充电尾期时充电的电压达到最大值后便降低。电池充电的电流会增大，这将使电池的温度升高，两端电压降低，这会造成电池的热失控，电池的性能会损害。恒压充电有很多方式，如电信装置、不间断电源等的蓄电池的浮充电和涓流充电。
（2）恒流充电
恒流是指充电时电流保持恒定。一般来说，交流电源的电总是在不断波动，所以充电的时候，要使用一个恒流充电器。当用恒定电流充电的时候，电池充电的频率会较高，人们能非常方便地根据充电的时间来决定充电的过程是否要终止，当然，也可以增加或减少电池的数量。也能够串联一电位器在电池与电源之间，加大电路的内阻，使电流维持不变。根据后期的充电电流，电阻会自动调整值，让电流保持在电池允许的值内。铅酸蓄电池初次的充电，多采用（分阶段）恒流充电法。使用这种方式，充电电流值可以由铅酸电池的容量决定，然后可算出电荷的量和完成充电的时间。
（3）涓流充电
为了弥补电路的自放电，维持铅酸电池 在接近完全充电时的持续小电流充电 叫做涓流充电，也叫浮充充电。直流电源 系统的铅酸蓄电池完全充电后，通常为涓流模式的充电，准备放电。
（4）快速充电
使用电压控制和检测电路，以用大电流对电池进行短时的充电。首先，要实时检测电池两端的电压，当电压达到所设置的值时，大电流将转化为小电流进行充电。为了保证电池充电的容量，使用小电流对其充电。控制电路中，充电截止的电压务必比充电的最大电压低。
然后，为了检测-△v，充电时，检测充电后期的电压降，以控制电流，使用-△v检测充电电路，在确定充电时电压最大值后，如果检测到电压降达到所设定的值，控制电路会关断大电流电路。
最后是检测电池的温度，充电后期，电池的负极会发生有热量产生的反应，电池的温度便会升高。由于电池温度升高将导致充电电流增大，为控制充电电流，可在电池外壳上设置温度传感器或热电阻等温度检测组件，当温度达到设定值时，电池充电电路被切断。
摘 要
当今社会，随着科技的飞速发展，移动电话，数码相机，汽车，轮船，飞机等设备已经成为我们生活中必不可少的一部分，而这些设备的发展，对电池行业以及充电控制器有了更高的要求。
本文对锂电池和铅酸蓄电池的参数特性、充电原理和充电方法进行了详尽的描述，并且为了便携通用，提出了完成锂电池与铅酸蓄电池同时充电的构想，设计锂电池与铅酸蓄电池充电一体的充电控制器。本设计使用CN3705芯片与UC3909芯片为主要控制电路。其中CN3705芯片用于对锂电池充电部分的电路，而UC3909芯片则用于对铅酸蓄电池充电部分的电路。CN3705是PWM降压模式锂电池或磷酸铁锂电池充电管理集成电路，独立对单节或多节锂电池或磷酸铁锂电池充电进行自动管理，具有恒流和恒压充电模式，非常适合锂电池的充电；UC3909可以控制电压，能有效提高系统的工作频率，减小开关损耗，可以实现铅酸蓄电池的恒流和恒压充电。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:充电控制器恒流恒压
目录
1.绪论 1
1.1研究背景 1
1.2研究的目的与意义 1
2.电池的充电方法 3
2.1锂电池充电控制器的充电方法 3
2.2铅酸蓄电池充电控制器的充电方法 4
3.锂电池与铅酸蓄电池充电一体化设计 7
3.1 锂电池充电控制器的设计 7
3.1.1 CN3705芯片 7
3.1.2 恒压充电模式 9
3.1.3 恒流充电模式 10
3.1.4 锂电池充电器整体电路设计 10
3.2 铅酸蓄电池充电控制器的设计 12
3.2.1 UC3909芯片 12
3.2.2 铅酸蓄电池充电器整体电路的设计 17
3.3 设计结果 19
3.4 本章小结 22
结语 23
参考文献 24
致谢 25
1.绪论
1.1 研究背景
锂电池一般采用锂金属或者锂合金来作为它的负极材料，它使用非水电解质溶液。锂电池放电时反应为：Li+MnO2=LiMnO2。锂的化学性质非常活泼，因此，在加工、保存及使用的时候，锂金属非常容易发生反应。正因为如此，很久以来人们都很少使用锂电池。不过现在，锂电池的使用已经非常普遍。
锂离子电池是继镍氢电池后研发的一种新型的二次电池，真正无污染的高性能可充电电池，它的能量密度高达140—200W·h／kg，300—400W·h／L，远大于铅酸、镍铬及镍氢电池。锂离子电池有许多优点，如体积小、性能好、使用寿命长。相对于锂电极而言，锂离子电池的负极电位为正，电位为4V。锂离子电池的工作电压约为3．6V。锂离子电池无记忆效应、无污染，跟镍氢电池一样，也被称为绿色电池。
最近才有发展的聚合物理离子电池，也被称为第二代理离子电池，因为它采用导电聚合物电解质，并且使用特别的流延工艺，所以易做成非常薄的还有形状各异的电池。美国和日本也已宣布开始生产聚合物锂电池。
而铅酸蓄电池，因为具有高电动势、可大电流放电、使用温度范围宽、性能稳定、价格低廉、原材料丰富等的优点，在各个领域得到广泛的应用，特别在电动汽车、工矿电机车、汽车起动电源等方面得到广泛的应用。
在高效、快速、无损这三个方面，目前国内外公认较好的充电方法是使其充电电流尽可能地跟踪美国科学家马斯提出的以最低出气率为前提的蓄电池可接受的充电电流曲线，这条曲线即为最佳充电曲线,由此便产生了智能充电的概念，所谓智能充电(即快速充电)是使实际充电电流动态跟踪电池可接受的充电电流,充电系统由充电机与被充电电池组成二元闭环回路，充电机根据电池的状态确定充电工艺参数，充电电流自始至终处于电池可接受充电电流曲线附近，使电池几乎在无气体析出的条件下充电，做到既节约用电又对电池无损割引[1]。
而现在，在电池业发展这么迅速的情况下，如何只用一个充电器就能对几种电池充电，是人类现在最关心的问题。
1.2研究的目的与意义
由于科技在不断进步，电力已经渗透在人类生活中的各个角落，成为人类平时生活中不可缺少的东西，而各类电池也随之成为必不可少的部分。锂电池由于其重量轻，使用寿命较长，高低温度适应性强，绿色环保，在手机等电子设备中被广泛使用；而铅酸蓄电池因为其维护简单，成本较低，性能稳定，广泛地作为汽车、飞机、轮船等的启动电源。所以锂电池和铅酸蓄电池在人们的日常生活中使用很广泛，而充电控制器也随之成为人类生活中必不可少的东西，目前，锂电池的充电方法有很多，如恒压充电、恒流充电，涓流充电、快速充电以及脉冲充电等方法；而铅酸蓄电池的充电方法也有很多，如恒压充电、恒流充电以及分级充电等方法。为了方便人们的使用，设计锂电池与铅酸蓄电池充电一体的充电控制器，使该充电器能同时完成两种电池的充电。
本文设计了锂电池与铅酸蓄电池充电一体的充电控制器，整个设计分为两大部分，第一部分为由CN3705芯片控制的锂电池充电控制器，第二部分为由UC3909芯片所控制的铅酸蓄电池充电器，由开关选择为锂电池或铅酸蓄电池充电，实现电池的智能充电过程。
2.电池的充电方法
2.1锂电池充电控制器的充电方法
二次电池工作时，正负极发生的反应均为可逆，所以，在其使用之后，可以用充电控制器对它充电，使两个电极上的活性物质回复到原来的状态，从而使电池具有在此放电的能量。它的参数指标最主要有四个，分别为工作温区、工作电压、电池容量和循环寿命。而在选择适合的充电方法的时候，应该考虑几个因素，如电池的放电倍率和使用频率等。因此，以下简要概述了几种不同的充电方法。
(1) 恒压充电
恒压是指蓄电池两极间的电压保持为一个定值。充电过程中电流会随着电压变化而变化，所以最大的充电电流值应该在充电电压最高时，避免电池的过充。恒压充电有许多优点，如能自动调整充电的电流；如果设定的电压值合适，就可以确保蓄电池完全充电，还能减少析气和失水。不过，这种充电方式，充电尾期时充电的电压达到最大值后便降低。电池充电的电流会增大，这将使电池的温度升高，两端电压降低，这会造成电池的热失控，电池的性能会损害。恒压充电有很多方式，如电信装置、不间断电源等的蓄电池的浮充电和涓流充电。
（2）恒流充电
恒流是指充电时电流保持恒定。一般来说，交流电源的电总是在不断波动，所以充电的时候，要使用一个恒流充电器。当用恒定电流充电的时候，电池充电的频率会较高，人们能非常方便地根据充电的时间来决定充电的过程是否要终止，当然，也可以增加或减少电池的数量。也能够串联一电位器在电池与电源之间，加大电路的内阻，使电流维持不变。根据后期的充电电流，电阻会自动调整值，让电流保持在电池允许的值内。铅酸蓄电池初次的充电，多采用（分阶段）恒流充电法。使用这种方式，充电电流值可以由铅酸电池的容量决定，然后可算出电荷的量和完成充电的时间。
（3）涓流充电
为了弥补电路的自放电
（4）快速充电
使用电压控制和检测电路，以用大电流对电池进行短时的充电。首先，要实时检测电池两端的电压，当电压达到所设置的值时，大电流将转化为小电流进行充电。为了保证电池充电的容量，使用小电流对其充电。控制电路中，充电截止的电压务必比充电的最大电压低。
然后，为了检测-△v，充电时，检测充电后期的电压降，以控制电流，使用-△v检测充电电路，在确定充电时电压最大值后，如果检测到电压降达到所设定的值，控制电路会关断大电流电路。
最后是检测电池的温度，充电后期，电池的负极会发生有热量产生的反应，电池的温度便会升高。由于电池温度升高将导致充电电流增大，为控制充电电流，可在电池外壳上设置温度传感器或热电阻等温度检测组件，当温度达到设定值时，电池充电电路被切断。
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