锂电池智能充电器.docVIP

第1章 绪论 电池的发展最早可以追溯到200年前。远在180年意大利科学家伏打研制成了伏打电池，这是世界上第一个能够实际应用的电池。法国的科学家普兰特发明了铅酸蓄电池，这是世界上第一个可充电的电池。其后由于科学技术的进步和人们生活水平的提高。推动原有各种化学电源的改进和新型化学电能的产生。50年代碱性锌-锰于电池问世，60年代燃料电池研制成功，70年代各种锂电池开发成功。80年代氢-镍蓄电池问世以及90年代的锂离子电池。 Li+电池是目前世界上广泛使用的一种化学电源，该产品具有良好的可逆性，电压特性平稳，使用寿命长，适用范围广，原材料丰富（且可再生使用）及造价低廉等优点而得到了广泛的使用。是社会生产经营活动中不可缺少的产品。但是，若使用不当，其寿命将大大缩短。影响Li+电池寿命的因素很多，而采用正确的充电方式，能有效延长Li+电池的使用寿命。研究发现：电池充电过程对电池寿命影响最大，放电过程的影响较少。也就是说，绝大多数的Li+电池不是用坏的，而是“充坏”的。由此可见，一个好的充电器对Li+电池的使用寿命具有举足轻重的作用。而且，传统充电器的充电策略比较单一，只能进行简单的恒压或者恒流充电，以致充电时间很长，充电效率降低。另外，充电即将结束时，电池发热量很大，从而造成电池极化，影响电池寿命。人们一直非常重视提高锂离子电池的容量，以期以物理尺寸最小的电池实现最长的产品工作间。但是在有些应用中，较长的电池寿命、较多的充电次数或较安全的电池比电池容量更重要。尽管电池充电器对电池的深度放电、放电电流和电池温度不加以控制，但是所有这些因素对电池寿命都有影响，很多充电器具有能够延长电池寿命的功能，而且有时可以极大地延长电池寿命电池充电器延长电池寿命的作用主要由充电器的浮动电压和充电终止方法决定。针对上述问题，设计了一种智能充电器，尽量延长Li+电池的使用寿命。（1） 方案一 普通电源：市电经过电源变压器将高压交流电转化成低压交流电，再通过整流滤波，将交流电转化为直流电，滤除整流输出的剩余交流成分，最后输出稳定的直流电压。它具有输出电压稳定、波纹小等优点，但是电压范围小，效率低。 （2） 方案二 开关电源：市电进入电源，首先要经过扼流圈和电容，滤除高频杂波和同相干扰信号。然后再经过电感线圈和电容，进一步滤除高频杂波接下来再经过由4个二极管组成的全桥电路整流（也有半桥等其他电路），和大容量的滤波电容滤波后，电流才由高压交流电转换为高压直流电。经过了交直转换后，电流就进入了整个电源最核心的部分：开关电路。开关电路主要由两个开关管组成，通过它们的轮流导通和截止，便将直流电转换为高频率的脉动直流电。接下来，再送到高频开关变压器上进行降压。经过高频开关变压器降压后的脉动电压，同样要使用二极管和滤波电容进行整流和滤波，此外还会有1、2个电感线圈与滤波电容一起滤除高频交流成分。最后成为设备所需要的较为纯净的低压直流电。它是近代普遍推广的稳压电源，具有效率高、电压范围宽，输出电压相对稳定等特点。所以，本设计选取方案二。Li+电池恒压充电只是充电中的一个阶段。当电池用完时，电池的二端电压就不到4.2v，此时充电电压也不足4.2v。电池很快升到4.2v后，很长一段时间一直保持在4.2v进行恒压充电。当电快充满时，自动从恒压转到恒流充电。电池电压缓慢上升，大约到5v左右，电池完全充满电。充电器转到涓流充电，涓流充电不会损电池，可以长时间充。当刚去下电池，电压为5v，一开始使用电池，电压迅速降到4.2v的工作电压，一直到电池接近用完，电压才开始继续下降。Li+电池恒流充电，它包括输入导线段、输出导线段及电路容置腔；输入导线段的一端设有用于连接直流电源输出端的输入插口；输出导线段的一端设有用于与充电电池电气连接的输出插口；输入导线段及输出导线段的另一端穿入所述电路容置腔中，它们的外侧分别与所述电路容置腔的壳体固接；电路容置腔内装设有恒流源电路，该恒流源电路的输入端与输入导线段的另一端连接，其输出端与输出导线段的另一端连接。为其所使用的Li+电池进行恒流充电。（1） 方案一 恒流充电法恒流充电法是用调整充电装置输出电压或改变与蓄电池串联电阻的方法，保持充电电流强度不变的充电方法，如图1所示。控制方法简单，但由于电池的可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降的，到充电后期，充电电流多用于电解水，产生气体，使出气过甚。（2） 方案二 恒压充电法充电电源的电压在全部充电时间里保持恒定的数值，随着蓄电池端电压的逐渐升高，电流逐渐减少。与恒流充电法相比，其充电过程更接近于最佳充电曲线。用恒定电压快速充电，如图2所示。由于充电初期蓄电池电动势较低，充电电流很大，随着充电的进行，电流将逐渐减少，因此，只需简易控制系统。这种充电方法电解水很少，避免了蓄电池过充。但在充电