单片机的电力锂离子电池充电保护电路设计【字数：10826】
锂电池的充电电压或电流不当会造成电池的永久性损害，因此充电保护电路的设计十分重要。本文设计了基于单片机的锂离子电池充电保护电路，通过检测锂电池的电压，使充放电速度得到控制，并且保证锂电池充电电路安全无故障运行，当检测到电池的电压高过设置的最高值时，迅速断开电路，保护电路的安全。所设计的锂离子电池充电保护电路以AT89C51单片机为控制核心，包括电池电压变换电路、单片机电源电路、buck/boost电路和检测电路等部分。通过输入电压采集信号，用程序控制锂电池电压大于4V时采用恒压充电，小于4V时采用恒流充电。设计了锂离子电池充电保护电路的硬件和软件程序，用Matlab Simulink软件对设计的充电保护电路控制算法进行了仿真验证，结果证明所设计的电路与算法是有效可行的。
目 录
1. 绪 论 6
1.1 研究的背景和意义 6
1.2 国内外充电技术现状 6
1.2.1 电压的检测 7
1.2.2 充电控制 8
1.3 充电技术难点 8
1.4本课题研究内容 9
2. 方案选择与设计 11
2.1 电路系统构成及工作原理 11
2.2 电路系统的保护功能 12
3.硬件设计 13
3.1 单片机的选择 13
3.2 硬件设计 14
3.2.1电源电路 14
3.2.2 A/D变换 14
3.2.3 LED 数码管 15
3.2.4 DC/DC控制电路的选择 16
3.2.5 BuckBoost电路工作原理 17
3.3本章小结 19
4. 算法设计 20
4.1 c语言编程 20
4.2 BuckBoost控制算法概述 21
4.3本章小结 23
5. 仿真验证 24
5.1 仿真验证的目的 24
5.2 仿真操作与结果 24
5.3本章小结 28
6. 毕设总结 29
参考文献 35
致谢 36
1. 绪 论
1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
.1 研究的背景和意义
锂离子电池具有工作电压高、使用寿命长、重量轻、体积小等优点，是现代高性能电池的代表，成为重要的储能部件。锂离子电池广泛应用于电力行业、电动汽车领域，也是手机等便携式电子设备的理想电源。锂离子电池的相关技术研究受到全球范围的高度关注。
锂电池充电时对于电压的要求比较严格，如果在电压低于额定电压下限太多，很容易会造成电池的永久性损害，当然电池充电速率的控制也十分重要。一般电池在充电的过程中，都会产生热量，这样会造成能量的损失。快速的充电会使得充电电池的电压与电流加大，进而产生热量会引起充电电池的温度升高，造成电池损坏。
在充电过程中，锂电池组易发生过压、过充、过放、过流等不均衡现象，锂电池会遭到严重的破坏，而且可能造成安全事故的发生。因此，在给锂电池进行充电的时候，需要对其进行控制，防止安全事故的发生。目前，由于环保理念的普及以及国家政策的支持，与人们生活出行息息相关的电动汽车技术快速发展，与之相对应的电动汽车使用的锂电池管理技术日益完善且成熟。但是相对于出行的电动汽车技术，同样是针对于人们生活的便携式设备的锂电池组却还停留在使用保护集成电路上，这种电路板保护的功能单一、智能化程度低，并不有利于人们的方便出行与在外携带。因此，对于便携式的锂电池产品来说，一种稳定可靠、性价比高的锂电池充电控制系统，有着密切的市场需求。
现有锂电池充电控制系统的主要问题有：不能全面保护、高成本、不便携等，为了解决这些问题，本文设计了基于单片机的锂离子电池充电保护电路，由单片机完成锂离子电池充电保护功能，编写了保护电路的单片机程序，设计了智能电池控制管理系统。所设计的系统功能全面，可极大地降低电池管理系统的成本和功耗，能够全面的保护锂电池。
1.2 国内外充电技术现状
电池的历史可追溯到1800年，然而锂电池发展历程离现在只有50年。蓄电池充电理论是在1972年提出的充电定律：在接近蓄电池的最佳充电电流曲线充电时，充电速度快、效率高、损失小。
锂电池同样也存在一条最佳充电曲线，其充电方法的基础也是以马斯充电理论为主。所以对于锂电池充电问题，国内外相关领域的技术人员也是提出了多种充电方法，同时在不断的研究和完善锂电池组保护电路的设计。
锂电池组保护电路的要求越来越高，性能也越来越强，其主要的功能包括对电压的检测和充电时的控制等等。
1.2.1 电压的检测
保护电路中需要检测的有电压、电流还有温度等。但电池电压可以直接反映电池的情况，所以可以准确检测电池电压来设计保护电路。电池电压的检测方法大致有以下四种：
表11 电池电压的检测方法
电压检测的具体方法
特点
现有的芯片
1
利用多路开关和高速光耦构成独立电压
电路分立器件较多、而且检测精度也不高；
2
采用智能电池保护芯片检测电压
可以检测电池组电压，还可以独立实现过压、过流和温度保护功能，并且具备存储和通讯功能；
如 由Intersil 公司生产的保护芯片 X3100 和ISL9208、由凹凸公司推出的 OZ89xx和TI 公司推出的 BQ77PL900 等。
3
采用集成电池来监控芯片，也就是电池模拟前端的芯片来检测电池的电压
一般具有检测、存储和通讯功能，但不具备有独立实现对电池的保护功能，也就是将检测到的电池电压数据进行 A/D 转换后通过通讯接口传递给后端处理电路，执行过压、过流、温度等保护功能由后端的处理电路计算和处理电池组数据信息，
比如美信公司的电池监测芯片 MAX14920/1492和Linear 公司推出的 LTC6802/6804等。
目 录
1. 绪 论 6
1.1 研究的背景和意义 6
1.2 国内外充电技术现状 6
1.2.1 电压的检测 7
1.2.2 充电控制 8
1.3 充电技术难点 8
1.4本课题研究内容 9
2. 方案选择与设计 11
2.1 电路系统构成及工作原理 11
2.2 电路系统的保护功能 12
3.硬件设计 13
3.1 单片机的选择 13
3.2 硬件设计 14
3.2.1电源电路 14
3.2.2 A/D变换 14
3.2.3 LED 数码管 15
3.2.4 DC/DC控制电路的选择 16
3.2.5 BuckBoost电路工作原理 17
3.3本章小结 19
4. 算法设计 20
4.1 c语言编程 20
4.2 BuckBoost控制算法概述 21
4.3本章小结 23
5. 仿真验证 24
5.1 仿真验证的目的 24
5.2 仿真操作与结果 24
5.3本章小结 28
6. 毕设总结 29
参考文献 35
致谢 36
1. 绪 论
1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
.1 研究的背景和意义
锂离子电池具有工作电压高、使用寿命长、重量轻、体积小等优点，是现代高性能电池的代表，成为重要的储能部件。锂离子电池广泛应用于电力行业、电动汽车领域，也是手机等便携式电子设备的理想电源。锂离子电池的相关技术研究受到全球范围的高度关注。
锂电池充电时对于电压的要求比较严格，如果在电压低于额定电压下限太多，很容易会造成电池的永久性损害，当然电池充电速率的控制也十分重要。一般电池在充电的过程中，都会产生热量，这样会造成能量的损失。快速的充电会使得充电电池的电压与电流加大，进而产生热量会引起充电电池的温度升高，造成电池损坏。
在充电过程中，锂电池组易发生过压、过充、过放、过流等不均衡现象，锂电池会遭到严重的破坏，而且可能造成安全事故的发生。因此，在给锂电池进行充电的时候，需要对其进行控制，防止安全事故的发生。目前，由于环保理念的普及以及国家政策的支持，与人们生活出行息息相关的电动汽车技术快速发展，与之相对应的电动汽车使用的锂电池管理技术日益完善且成熟。但是相对于出行的电动汽车技术，同样是针对于人们生活的便携式设备的锂电池组却还停留在使用保护集成电路上，这种电路板保护的功能单一、智能化程度低，并不有利于人们的方便出行与在外携带。因此，对于便携式的锂电池产品来说，一种稳定可靠、性价比高的锂电池充电控制系统，有着密切的市场需求。
现有锂电池充电控制系统的主要问题有：不能全面保护、高成本、不便携等，为了解决这些问题，本文设计了基于单片机的锂离子电池充电保护电路，由单片机完成锂离子电池充电保护功能，编写了保护电路的单片机程序，设计了智能电池控制管理系统。所设计的系统功能全面，可极大地降低电池管理系统的成本和功耗，能够全面的保护锂电池。
1.2 国内外充电技术现状
电池的历史可追溯到1800年，然而锂电池发展历程离现在只有50年。蓄电池充电理论是在1972年提出的充电定律：在接近蓄电池的最佳充电电流曲线充电时，充电速度快、效率高、损失小。
锂电池同样也存在一条最佳充电曲线，其充电方法的基础也是以马斯充电理论为主。所以对于锂电池充电问题，国内外相关领域的技术人员也是提出了多种充电方法，同时在不断的研究和完善锂电池组保护电路的设计。
锂电池组保护电路的要求越来越高，性能也越来越强，其主要的功能包括对电压的检测和充电时的控制等等。
1.2.1 电压的检测
保护电路中需要检测的有电压、电流还有温度等。但电池电压可以直接反映电池的情况，所以可以准确检测电池电压来设计保护电路。电池电压的检测方法大致有以下四种：
表11 电池电压的检测方法
电压检测的具体方法
特点
现有的芯片
1
利用多路开关和高速光耦构成独立电压
电路分立器件较多、而且检测精度也不高；
2
采用智能电池保护芯片检测电压
可以检测电池组电压，还可以独立实现过压、过流和温度保护功能，并且具备存储和通讯功能；
如 由Intersil 公司生产的保护芯片 X3100 和ISL9208、由凹凸公司推出的 OZ89xx和TI 公司推出的 BQ77PL900 等。
3
采用集成电池来监控芯片，也就是电池模拟前端的芯片来检测电池的电压
一般具有检测、存储和通讯功能，但不具备有独立实现对电池的保护功能，也就是将检测到的电池电压数据进行 A/D 转换后通过通讯接口传递给后端处理电路，执行过压、过流、温度等保护功能由后端的处理电路计算和处理电池组数据信息，
比如美信公司的电池监测芯片 MAX14920/1492和Linear 公司推出的 LTC6802/6804等。
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