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锂电池管理系统软件设计 1 引言 1.1 课题的背景及意义 锂离子电池充电管理芯片的发展反映了当今信息时代锂离子电池的广泛应用。近年 来，随着科学技术的不断进步与发展，越来越多的便携式电子产品如移动电话、笔记本 电脑、个人数字助理(PDA)、摄录像机等逐渐普及，为人们的日常工作和生活带来便利。 由于这些产品均朝向无线化、可携带化方向发展，其关键性零组件—— 电源，也往轻、薄、短、小的目标迈进，团此 于体积小、重量轻、能量密度高的二次电池 需求相当迫切。 小型二次电池包括镍镉电池、镍氢电池及锂电池。在防止镉污染的环保需求下，镍 镉电池慢慢被取代已成趋势。镍氢电池虽无环保问题，但是能量密度低，高温特性差及 少许记忆效应等缺点，在3C产品应用上，己逐渐被锂离子电池所取代。锂电池具有工作 电压高(3.7Volt)、能量密度大(175Wh/Kg)，重量轻、寿命长及环保性佳等优点，目前已 大量应用于可携带式电子产品上，包括笔记型计算机、PDA、移动电话、摄录像机、数字 相机、迷你光驱、掌上型终端机及游戏机等，未来更可作为电动工具、电动自行车、电动 机车的动力来源，其未来需求及发展前景是相当看好的。总的来说，锂离子电池具有以 下优点。 （1）工作电压高：通常单节锂离子电池的电压为3.7V，单体电池即可为3V的逻辑电路 供电。 于要求较高供电电压的电子设备，电池组所需串联电池数也可大大减少。 （2）体积小、重量轻、比能量高：通常锂离子电池的比能量可达镍镉电池的2倍以上， 与同容量镍氢电池相比，体积可减少30%，重量可降低50%，有利于便携式电子设备小型 轻量化。 （3）寿命长：锂离子电池采用碳负极，在充放电过程中，碳负极不会生成金属锂，从 而可以避免电池因内部金属锂短路而损坏。目前，锂离子电池的寿命可达1200次以上， 远远高于各类电池。 （4）安全快速充电：锂离子电池与金属锂电池不同，它的负极用特殊的碳电极代替金 属锂电极，因此允许快速充电。在特定情况下可在短时间内充足电，而且安全性能大大 提高。 本文所设计系统以AT89C51单片机为核心，可实现电池的过流过压保护，过温保护。 能实时显示充电量的多少，同时带有LED灯指示，充满电后能自动提示。 1.2 锂电池的发展阶段及发展趋势 1 锂电池管理系统软件设计 锂电池(Lithium Battery,简写成LB)分为锂一次电池(又称锂原电池,Primary LB)与锂二次电池(又称锂可充电电池,Rechargeable LB)。锂原电池通常以金属锂或者锂合金为负极，用MnO2，SOCl2，(CF)n等材料为正极。 锂二次电池研发分为金属锂二次电池、锂离子电池与锂聚合物电池三个阶段。 （1）锂电池概念与锂原电池发展（1960-1970） 1960- 1970年代的石油危机迫使人们去寻找新的替代能源，同时军事、航空、医药等领域也 电源提出新的要求。当时的电池已不能满足高能量密度电源的需要。由于在所有金属中 锂比重很小（M=6.94g/mol,ρ=0.53g/cm3）、电极电势极低（- 3.04V相对标准氢电极），它是能量密度很大的金属，锂电池体系理论上能获得最大的能 量密度，因此它顺理成章地进入了电池设计者的视野。与其他碱金属相比较，锂金属在 室温下与水反应速度比较慢,但要让锂金属应用在电池体系中，“非水电解质”的引入是 关键的一步。 （2）锂金属二次电池(1972-1984) 锂原电池的成功激起了二次电池的研究热潮。除Exxon等零星几家公司继续氟化碳 的理论问题研究外，学术界的目光都集中在“如何使该电池反应变得可逆”这个问题上， 锂二次电池的研究正式拉开了序幕。 当锂原电池由于其高能量密度迅速被应用到如手表、计算器以及可植入医学仪器等 领域的时候，众多无机物与碱金属的反应显示出很好的可逆性。这些后来被确定为具有 层状结构的化合物的发现，对锂二次电池的发展起到极为关键的作用。事实上，嵌入化 合物化学、固体材料化学、固体离子学的发展,为锂二次电池正极材料的选择带来解决 方案，从而使锂二次电池的研发迈出了决定性一步。 （3）锂离子电池(1980-1990) 鉴于各种改良方案不奏效，锂金属二次电池研究停滞不前，研究人员选择了颠覆性 方案。第一种方案是抛弃锂金属，选择另一种嵌入