开题报告-电池充电管理器的设计

开题报告

电气工程及自动化

电池充电管理器的设计

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

随着半导体元件、大规模集成电路的飞速发展及人们生活水平的不断提高，各种便携式收录机、电动剃须刀、笔记本、电脑、摄像机、电子计算器、移动电话等电器广泛应用，这就使各种干电池的需求量迅速增加。一次性的普通碱性电池使用寿命较短,特别是对诸如便携式收录机一类功耗较大的小型家用电器来说，一般1~2小时就需更换电池，因此，人们普遍希望用可充电的干电池来代替一次性干电池，尽管可充电电池成本较高，一次性投资较大，但由于可反复充电使用，其总的成本相对还是比较低的。据有关资料介绍，普通一次性碱性电池只要使用得当

（即电池电压在使用中不致降至过低）

采用适当的充电方法也可以反复使用,充放电循环可达30

次以上，甚至可以用上几年。采用可充电的电池（如镍福电池）虽一次性投资较高，但使用寿命很长可反复充放电1000%

次以上，因此，不管是一次性碱性电池还是可充电电池都可以通过适当的充电器来延长其使用寿命。然而，各种可充电电池对充电方式有不同的要求，所以，根据电池的特性，研究其相应的充电方法就显得十分重要了。此外，充电器的开发应用，对节约原材料、节约能源、减少环境污染也有重要意义。

当今可充电电池的材料，结构、规格种类很多，其作用原理大多是相同的，它们都属反应可逆的化学能源，即充电时借助充电产生的化学反应将能量储存起来，使用时再利用逆向反应将储存的能量释放出来。二次世界大战后，各国为满足战争和军备竞赛的需要而开发了许多种可充电电池，除大量使用的铅酸电池外还有镍铁、镍锌、银氢、氧化银锌、锌空气、镉空气、铝空气、锂碘（广泛用于心脏起博器）锂钥、锂铁铝等等。每种可充电电池均有其自身的充电要求，如果混用将会严重影响它的使用寿命，因此应根据使用情况选用合适的充电器。简易充电器有的过于简单,充电参数不易调正控制,有的采用专用集成电路控制,调正参数较多,但又过于繁琐,此外成本也较高。

单片机是在一块芯片上集成了CPU、存储器、输入输出部件、时钟电路及各种应用系统所需的部件，如A/D转换器、D/A转换器等。它具有体积小、使用灵活方便、成本低、易于产品化、抗干扰能力强、可在各种恶劣的环境下可靠地工作等特点。特别是它强大的面向控制的能力，使它在工业控制、智能仪表、外设控制、家用电器、机器人、军事装置等方面得到了广泛的应用，整个工业设备和工艺将进行一次以普及应用微机为特征的技术改造。

单片机技术正以惊人的速度向前发展，就已出现的单片机而言也正以其各自独特的优点或先进的技术在进行挑战，主要表现在（1）CPU的发展，增加CPU的字长或提高时钟频率均可提高CPU的数据处理能力和运算速度。CPU的字长已有8位、16位、32位、64位。时钟频率也已发展到20MHZ以上。标准的8051单片机一个机器周期要占用12个时钟周期，执行一条命令最少要一个机器周期，而现在的单片机执行命令的速度大大的提高了。（2）一般的RAM为64~128B，程序存储器ROM在1~2KB，新型的单片机片内的RAM在256B以上，片内程序存储器也采用了快速闪存Flash，使得在线编程ISP和在应用中编程技术得以实现。（3）加强片内输入/输出接口功能，最初的单片机，片内只有输入/输出接口、定时器、计数器，他们的功能也较差，在实际应用中往往还要通过特殊的接口扩展功能，这样既增加了应用系统结构的复杂性，也降低了系统的稳定性。近几年来，新型单片机内的接口，无论从类型上还是从数量上都有很大的发展。这不仅大大的提高了单片机的功能，且使系统的总体结构也大大的简化了

8位单片机是目前品种最丰富、应用最广泛的单片机自8位单片机问世以来，由于制造工艺的提高和新技术的采用，使8位单片机的性能也以惊人的提高和完善，当今在单片机内集成的应用系统常用电路越来越多，还有的在单片机内集合了局部网络控制模块，其资源已能满足很多应用场合的需要。加之单片机具有体积、功耗低、功能强、稳定、可靠、使用灵活、性能/价格比高、便于推广应用等显著优点、所以8位单片机被广泛应用于自动控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信系统、计算机、家用电器等领域。

随着半导体工艺技术的发展，在单硅片上的集成度越来越高，使设计者把目标系统所需要的功能部件都集成在单硅片上成为可能，如在单片机中再集成A/D/、D/A、看门狗定时器、LCD控制器、局部网络控制模块等。把一个微型的应用系统集成在一块芯片，称为片上系统SOC。SOC就是将中央处理器、模拟IP核、数字IP核和存储器等都集合成在一块片上。SOC的出现使集成电路发展成为集成系统。片上系统可以提供更好的性能、更低的功耗、更小的印制板空间以及更低的成本，因而日益受到人们的重视

铅酸蓄电池由于其制造成本低、容量大、价格低廉而广泛应用于发电厂、变电站、通讯系统、电动汽车、航空航天等各个部门，但若使用不当，其寿命将大大缩短。影响铅酸蓄电池寿命的因素很多。研究发现，电池充电过程对电池寿命的影响最大，放电过程的影响较小，而采用正确的充电方式能有效延长蓄电池的使用寿命。也就是说，绝大多数蓄电池不是用坏的，而是“充坏”的。由此可见，一个好的充电器对延长蓄电池的使用寿命具有举足轻重的作用，为了达到这个目的，完全有必要研制智能型的充电设备。

针对铅酸蓄电池充电器在充电过程中不能对电流、电压实时性监测，交互能力和控制能力弱等问题。设计了一种基于

MSP430F169

单片机能够实时显示电流、电压大小、并且可以调节电流大小的智能充电器，这种充电器具有硬件电路简单，功耗低等特点。MSP430F169

是美国TI公司生产的16位超低功耗单片机它具有超低功耗的结构体系

(0.1~400微安的额定工作电流，1.8~3.6伏的工作电压)，丰富的存储器和外设，编程相对简单，良好的可扩展性。且其ADC12是高精度的12位A/

D

转换模块，具有高速、通用的特点。如果采用传统的微处理器8051则需要在外部扩展

A/D

转换模块，电路复杂，且很难达到较高的精度，在此使用MSP430F169多功能超低功耗混合信号处理器则可以解决以上问题。其内置8通道12bit

A/D电路简单且精度高

。MSP430F169内置256B

Flash存储器能够方便的保存重要数据，且掉电不失。MSP430F169功耗极低，能够减小系统的电源负荷，同时也为系统的电池供电提供了可能。

对于充电器开发来说，今后要做的工作还有很多：（1）今后会有很多种先进的。新蓄电池面市，每种电池性能各异，就是同一种电池也有不同的规格，因此要进行产品系列化，将先进的设计理念和好的电路做成通用模块应用于系列的各产品中，可使生产过程简化、成本降低。（2）变换器中采用软开关和同步整流等新技术后，振荡频率可大幅提高（如提至200kHz）从而使体积大幅减少，成本降低，效率提高。（3）电路成熟定型以后尽量制成专用集成块，大批量生产，可以非常便宜，而且质量可靠体积小。（4）体积变小以后，可直接装在电池箱里，这省去了外壳电缆、插头等。热敏电阻直接装在电池内，减少了补偿误差。（5）充电器与均衡器合并成一体，总造价更便宜。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：

1.有多个电源输入，比如交流适配器、USB接口、电池等直流输入；

2.采用专业的电池充电芯片实现对充电过程的控制；

3.对电池充放电状态进行监视，并给出相应的状态信号；

4.利用单片机实现充电器的智能化，具有预充、充电保护、自动断电和充电完成报警提示等功能。

三、研究步骤、方法及措施：

1．要了解要研究的对象是充电器，该充电器要实现多个电源输入，比如交流适配器、USB接口、电池等直流输入。

2．通过对电池基本特性的了解选择合适的方法来实现智能化充电。

3.学习充电芯片MAX1898各个引脚的功能，设计合理的电路图。

4．通过对单片机的应用实现充电器的电路保护以及报警等功能。

四、参考文献

[1]何明．炜变革中的可充电电池．http://www.xiexiebang.com．1996.11

[2]王海麟,钱建立,周晓军.智能快速充电器设计与制作[M].北京：科学出版社,1998.7

[3]李景.基于单片机控制的智能型稳压电源充电器的开发与设计[J],电气传动自动化.2008.20-30

[4]周志敏，周纪海.开关电源实用技术——设计与应用[M].北京：人民邮电出版社,2003.6

[5]蔡美．MCS—51系列单片机系统及其应用[J]．北京：高等教育出版社，2004．1—10

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[7]李建忠，单片机原理及运用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2003.3