摘 要：本論文首先分析了鋰電池的主要特點,，并在此基礎上提出了基于單片機控制的鋰電池智能充電器設計方案,。此設計實現(xiàn)的是單節(jié)鋰電池充電，因此選用了AT89C52單片機配合MAX1898充電管理芯片及適當?shù)呐涮自?，進行硬件電路設計,，使所設計的充電器具有智能控制的特點，能根據(jù)不同鋰電池的電參數(shù)自動確定相應的充電控制規(guī)律,，自動檢測,、充電、斷電,、報警等,。
1 引言
隨著微電子技術的快速發(fā)展，使得各種各樣的電子產(chǎn)品不斷的涌現(xiàn),，并朝著便攜和小型輕量化的趨勢發(fā)展,，為了能夠更加有效地使用這些電子產(chǎn)品，可充電電池得到快速的發(fā)展,。常見的可充電電池包括鎳氫電池,、鎳鎘電池,、鋰電池和聚合物電池等。其中,，鋰電池以其高的能量密度,、穩(wěn)定的放電特性、無記憶效應和使用壽命長等優(yōu)點得到廣泛的應用,。目前絕大多數(shù)的手機,、數(shù)碼相機等均使用鋰電池。電池的使用壽命和單次循環(huán)使用時間與充電器維護過程和使用情況密切相關,。一部好的充電器不但能在短時間內將電量充足,，而且還可以對電池起到一定的維護作用，修復由于使用不當而造成的記憶效應,，即電池活性衰退現(xiàn)象,。
2 鋰電池的主要特點
1）高能量密度，鋰離子電池的重量是相同容量的鎳鎘或鎳氫電池的一半,，體積是鎳鎘的40%~50%,，鎳氫的20%~30%.因此，鋰電池具有更高的重量能量比,、體積能量比,。
2）高電壓，單節(jié)鋰電池電壓平均為3.6V,，等于三只鎳鎘或鎳氫充電電池的串聯(lián)電壓,。
3）自放電小，可長時間存放,。
4）無記憶效應，鋰電池不存在鎳鎘電池的所謂記憶效應,，所以鋰電池充電前無須放電,。
5）壽命長，正常工作條件下,，鋰電池充放電循環(huán)次數(shù)遠大于500次,。
6）多個鋰電池可以隨意并聯(lián)使用。
7）無污染,，由于鋰電池中不含鎘,、鉛、汞等重金屬元素,，對環(huán)境無污染,。
8）快速充電，使用額定電壓為4.2V的恒流恒壓充電器,，可使鋰電池在1-2小時內得到滿充,。鋰電池與其他可充電電池相比，其價格相對較高。但是隨著技術的發(fā)展,，鋰電池的性價比越來越高,，目前已廣泛應用在各類便攜式移動設備上。
3 鋰電池充電器的硬件設計方案
3.1 系統(tǒng)結構框圖
系統(tǒng)硬件電路由單片機電路,、電壓轉換及光耦合隔離電路,、充電控制電路三部分組成。通過單片機的控制實現(xiàn)預充,、快充,、滿充、斷電,、報警等充電過程,。
圖1 系統(tǒng)結構框圖
3.2 52單片機電路原理圖
單片機芯片為Atmel公司的AT89C52單片機，B1為蜂鳴器,，單片機的P2.0口輸出控制光耦器件,，可以在需要時及時關斷充電電源。
圖2 52單片機電路原理圖
3.3 充電電路控制部分
充電狀態(tài)輸出引腳/CHG經(jīng)反相器74LS04后與單片機的P3.2口連接,，觸發(fā)外部中斷,。PNP為P溝道的場效應管或三極管。D1為綠色發(fā)光二極管,，處于通電狀態(tài)時亮,；D2為紅色放光二極管，電源接通時亮,。R1設置充電電流的電阻,，阻值為2.8千歐，設置最大充電電流為500mA;C2為設置充電時間的電容,，容值為100μF,，設置最大充電時間為3小時。
圖3 充電電路控制部分
4 鋰電池智能充電器的功能實現(xiàn)
本設計中,，需要完成預充,、快充、滿充,、斷電和報警等功能,。這些功能主要依靠智能充電管理芯片MAX1898內置的充電狀態(tài)控制和外圍的單片機AT89C52控制下共同實現(xiàn)。下面分別進行介紹,。
4.1 預充
在安裝好電池后接通輸入直流電源,，當充電器檢測到電池時則將定時器復位，從而進入預充過程,，在此期間,，充電器以快充電流的10%給電池充電,，使電池電壓、溫度恢復到正常狀態(tài),。
預充時間由外接電容控制,，這里選擇100nF，即預充時間為45分鐘,。若在規(guī)定的充電時間內電池電壓達到2.5V以上,，且鋰電池溫度正常，則進入快充過程,；若在預充時間內鋰電池電壓仍低于2.5V,，則認為該鋰電池不可充電，/CHG引腳連接的發(fā)光二極管閃爍,，表示充電故障,。
4.2 快充
當預充結束后，鋰電池電壓上升到2.5V以上,，MAX1898便以恒定電路對鋰電池進行快充,。快充也稱橫流充電,。在快充過程中,，鋰電池電壓逐漸上升，直至鋰電池電壓達到所設定的終止電壓,。
4.3 滿充
當在快充過程中,，鋰電池電壓達到所設定的終止電壓，快充結束,，充電電流快速遞減,，充電進入滿充過程。此時,，當充電速率降到設置值以下或滿充時間超時,，進入頂端截止充電過程。
在頂端截止充電時,，MAX1898以極小的充電電流為電池補充能量,。一般情況下,，滿充和頂端截止充電過程可以延長鋰電池5%-10%的使用時間,。
4.4 斷電
當電池充滿后，MAX1898的第2引腳/CHG發(fā)送的脈沖電平會由低到高,，會被單片機檢測到,，引起單片機的中斷，在中斷中判斷出充電完畢的狀態(tài),。此時,，單片機將通過P2.0口控制6N137,，切斷LM7805向MAX1898的供電，從而保證芯片和鋰電池的安全,，同時也減小損耗,。
4.5 報警
當電池充滿后，MAX1898芯片本身會熄滅外接的LED綠燈,。但是,，為了安全起見，單片機在檢測到充滿狀態(tài)的脈沖后,，不僅會自動切斷MAX1898的供電,，而且會通過蜂鳴器報警，提醒用戶及時取出電池,。當充電出錯時,，MAX1898本身會控制LED綠燈以1.5Hz左右的頻率閃爍，此時不要切斷MAX1898的供電,，要讓用戶看到此提示,。
5 總結
本設計中所采用的AT89C52單片機和充電集成電路進行充電器的設計，不但能夠實現(xiàn)對鋰電池進行充電,，而且還能夠實現(xiàn)相應的過壓和溫度保護,，從而可以充分發(fā)揮鋰電池的性能，并避免了充電器在充電時可能對電池造成損害的情況發(fā)生,，具有一定的智能功能,。該方案有效地保護了電池、縮短了充電時間并盡量延長鋰電池的使用壽命,，符合目前的環(huán)境保護潮流,。