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摘要：目前，我国的经济发展迅速，智能化建设的发展也有了很大的改善。锂离子充电器是给锂离子电池充电的设备，对n*3.6V（n=1，2，3，4）多规格的锂离子电池，不同手机等电子产品一般匹配多套充电设备，而且充电器不具兼容性、充电速度慢，缺乏充电监测功能，不能筛选已经失效的或者故障的电池，电池充电的各种状态以人的监控为主。此类普通锂离子充电器兼容性差、稳定性低、极易对锂离子电池过充引起电池内部损耗、对损耗大的电池充电甚至有爆炸的潜在危险。
关键词：智能锂离子;电池充电器;设计与实现
引言
锂电池可以分为一次性电池和可充电电池，其中可充电电池又分为锂离子电池和聚合物电池。锂离子电池具有放电电压平稳、使用寿命长、适用范围大的特点，因而在便携式电子产品中得到广泛使用。目前，市场上低成本的锂离子电池充电器良莠不齐，一些产品在额定电，放电性能，安全性保护性能方面存在质量问题，这些质量问题会影响到电子产品的正常使用，严重时还可能给消费者带来人身伤害。为此，有必要设计安全性能高，使用方便的智能锂离子电池充电器。
1锂电池理论知识
锂电池充电最经典的理论是马斯三定律，目前，针对各种类型的锂电池充电器的设计都以此为基础进行研究。其中，1）对于任何给定的放电电流，蓄电池充电时的电流接受比a与电池放出的容量的平方根成反比;2）对于任何给定的放电量，蓄电池充电电流接受比a与放电电流Id的对数成正比;3）蓄电池在以不同的放电率放电后，其最终的允许充电电流It（接受能力）是各个放电率下的允许充电电流的总和。
2优化措施分析
2.1充电曲线设计
锂电池充电器的充电流程主要包含恒流充电、恒压充电及脉冲充电3部分，并在充电初始阶段进行电池评估，充电结束后进行电池性能判断及维护。在充电过程中，充电电压及电流根据电池实时状态进行动态调整，以期维持电池性能动态平衡过程。充电器的电压与电流输出是由硬件控制，但动态平衡调整则由软件来完成。本系统智能充电器的充电流程如下：1）电池评估阶段：充电器上电后，打开充电开关，进入电池评估阶段;读取当前电池电压，判断电池电压是否低于阈值，如果低于设定阈值，则充电器首先进行一段保护充电过程，直到电池电压高于阈值后，停止充电一段时间，重新开始进行1）。对12V充电器，阈值一般选择10V。2）恒流充电：恒流充电是锂电池充电过程的主要部分，充电电流一般选择0.2C左右，这个电流也是保护电池特性与保证充电安全的最佳值。一般选择充电3个小时，可以将电池充电至70%以上，保证电池容量的最大化;当电池电压达到13V时，充电流程跳出恒流充电，进入3）。3）恒压充电：充电器输出电压为13V，此时，电流逐渐减小，直至减小到0.01C左右，充电结束，可保证电池充电至少至95%以上，进入4）。4）脉冲充电：电池此时已接近充满，为避免充电器断开后电池自放电导致的电池容量损耗，充电器每隔一段时间关闭继器，以小电流为其脉冲充电，以保证电池容量充足。该过程持续10小时后，充电器断开，进入步骤5）。5）维护充电：充电器此时进入睡眠状态，仅电池电压采样AD端口间隔时间工作，当电池电压值低于12.5V以下时，充电器重新唤醒，充電流程重新进入1）。
2.2软件设计
根据电池电压的状态，把充电过程分为：空闲阶段、涓流充电阶段、恒流充电阶段、恒压充电阶段和满电阶段。在不同的充电阶段，不仅设置了合理的充电电流还增加了弱充电器、坏充电器、坏电池、电池温度过高等异常情况的检测与处理。软件设计的目的是在保证充电安全的基础上，尽量缩短充电时间，提高充电效率。为了更好地说明整个充电过程，本文用充电状态来表示充电阶段，不同的充电状态表示不同的充电阶段。恒流充电阶段：以恒定的充电电流对电池进行充电，是整个充电过程中一个比较重要的阶段，此阶段完成了电池从低电状态到接近满电状态的转变，此阶段约完成70%的充电容量。它的主要作用是让电池快速充电，缩短充电时间。恒压充电阶段：充电芯片以恒定的充电电压对电池充电，充电电流随着电池电压的升高而逐渐降低。它的作用是使充电的安全性和电池的充满度达到最大。满电状态：标志电池充满的状态，是一个不充电的状态。各个充电阶段都需要实时监测充电过程的异常，当充电器电压、电池电压、电池温度不满足充电条件时，就进入了异常处理状态。
2.3充电流程
12V锂电池在充电过程中的最高电压为14.2V，与传统的铅酸蓄电池的额定电压14.4V稍低;并且最大充电电流不超过0.2C，防止过压过流导致锂电流内部离子失衡而引起电池失效。在充电过程中，恒流充电至电池容量的50%～70%时，充电流程可转变为恒压充电模式，此时，电流逐步下降，当充电至95%左右时，可停止充电。此时，充电的主要流程结果，采用补充维护充电或脉冲充电来继续增加电池容量，直至100%。在充电过程中，如果遇到失效电池，即电池电压已不受充电器控制，在电池恒压充电后，可在一段时间内判断电池是否失效;若电池初始电压不足，则需要用小电流持续充电，直到电池电压超过一定值，再重新充电。锂电池充电器在充电过程中，不仅时刻监测电压、电流值，并且具有温度保护与过压过流保护功能，通过温度值与电压电流值的采集，与控制器内设定阈值比较，达到充电流程与反馈相结合，再经过调整匹配，达到最佳充电状态。
2.4MAX1898智能充电电路设计
MAX1898是MAXIM公司生产的线性锂电池充电芯片，充电芯片MAX1898内部电路包括输入电流调节器电压检测器、充电电流检测器、定时器、温度检测器和主控制器。外部接晶体管PNP或PMOS组成一个锂离子充电器，可精确地恒流/恒压充电，电池电压精度可达±0.75%。由该款芯片构成的典型充电电路如图1所示。通过外接的场效应管提供锂电池的充电接口。通过外接的电容CCT来设置充电时间TCHG。这里的充电时间指的是快充时的最大充电时间，它和定时电容CCT的关系如下式所示：CCT=34.33×TCHG（TCHG的单位小时，CCT的单位为nF）大多数情况下快充时最大充电时间不超过3小时，因此常取CCT为100nF。MAX1898能够自动检测充电电源，没有电源时自动关断以减少电池的漏电，启动快充后，打开外接的P型场效应管，当检测到电池电压到达设定的门限时进入脉冲充电方式，P型场效应管打开时JI时间会越来越短。
结语
文中通过对锂电池及智能充电的研究，设计一款可在线调试与下载程序的智能锂电池充电器，对充电器的硬件进行了选择与设计，并重新设计充电流程;智能充电器通过闭环拓扑反馈控制，实时动态调整充电电压与充电电流。实验结果表明：该智能充电器充电过程完整，适合工业批量生产。
参考文献
[1]张文亮，武斌，李武峰.我国纯电动汽车的发展方向及能源供给模式的探讨[J].电网技术，2009，33（4）：1-5.
[2]刘超HEV车载铅酸蓄电池快速充电系统研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2007.
[3]黄峰.12V阀控密封铅酸蓄电池智能充电器研发[D].杭州：浙江大学，2007.
[4]王云艳，姜久春，牛利勇.电动汽车充电站管理系统[J].微机发展，2005，15（11）：57-59.
[5]孟时春，傅志中，董云兰.车载无线手机充电器的研究[J].仪器仪表学报，2007，28（4）：669-670.
关键词：智能锂离子;电池充电器;设计与实现
引言
锂电池可以分为一次性电池和可充电电池，其中可充电电池又分为锂离子电池和聚合物电池。锂离子电池具有放电电压平稳、使用寿命长、适用范围大的特点，因而在便携式电子产品中得到广泛使用。目前，市场上低成本的锂离子电池充电器良莠不齐，一些产品在额定电，放电性能，安全性保护性能方面存在质量问题，这些质量问题会影响到电子产品的正常使用，严重时还可能给消费者带来人身伤害。为此，有必要设计安全性能高，使用方便的智能锂离子电池充电器。
1锂电池理论知识
锂电池充电最经典的理论是马斯三定律，目前，针对各种类型的锂电池充电器的设计都以此为基础进行研究。其中，1）对于任何给定的放电电流，蓄电池充电时的电流接受比a与电池放出的容量的平方根成反比;2）对于任何给定的放电量，蓄电池充电电流接受比a与放电电流Id的对数成正比;3）蓄电池在以不同的放电率放电后，其最终的允许充电电流It（接受能力）是各个放电率下的允许充电电流的总和。
2优化措施分析
2.1充电曲线设计
锂电池充电器的充电流程主要包含恒流充电、恒压充电及脉冲充电3部分，并在充电初始阶段进行电池评估，充电结束后进行电池性能判断及维护。在充电过程中，充电电压及电流根据电池实时状态进行动态调整，以期维持电池性能动态平衡过程。充电器的电压与电流输出是由硬件控制，但动态平衡调整则由软件来完成。本系统智能充电器的充电流程如下：1）电池评估阶段：充电器上电后，打开充电开关，进入电池评估阶段;读取当前电池电压，判断电池电压是否低于阈值，如果低于设定阈值，则充电器首先进行一段保护充电过程，直到电池电压高于阈值后，停止充电一段时间，重新开始进行1）。对12V充电器，阈值一般选择10V。2）恒流充电：恒流充电是锂电池充电过程的主要部分，充电电流一般选择0.2C左右，这个电流也是保护电池特性与保证充电安全的最佳值。一般选择充电3个小时，可以将电池充电至70%以上，保证电池容量的最大化;当电池电压达到13V时，充电流程跳出恒流充电，进入3）。3）恒压充电：充电器输出电压为13V，此时，电流逐渐减小，直至减小到0.01C左右，充电结束，可保证电池充电至少至95%以上，进入4）。4）脉冲充电：电池此时已接近充满，为避免充电器断开后电池自放电导致的电池容量损耗，充电器每隔一段时间关闭继器，以小电流为其脉冲充电，以保证电池容量充足。该过程持续10小时后，充电器断开，进入步骤5）。5）维护充电：充电器此时进入睡眠状态，仅电池电压采样AD端口间隔时间工作，当电池电压值低于12.5V以下时，充电器重新唤醒，充電流程重新进入1）。
2.2软件设计
根据电池电压的状态，把充电过程分为：空闲阶段、涓流充电阶段、恒流充电阶段、恒压充电阶段和满电阶段。在不同的充电阶段，不仅设置了合理的充电电流还增加了弱充电器、坏充电器、坏电池、电池温度过高等异常情况的检测与处理。软件设计的目的是在保证充电安全的基础上，尽量缩短充电时间，提高充电效率。为了更好地说明整个充电过程，本文用充电状态来表示充电阶段，不同的充电状态表示不同的充电阶段。恒流充电阶段：以恒定的充电电流对电池进行充电，是整个充电过程中一个比较重要的阶段，此阶段完成了电池从低电状态到接近满电状态的转变，此阶段约完成70%的充电容量。它的主要作用是让电池快速充电，缩短充电时间。恒压充电阶段：充电芯片以恒定的充电电压对电池充电，充电电流随着电池电压的升高而逐渐降低。它的作用是使充电的安全性和电池的充满度达到最大。满电状态：标志电池充满的状态，是一个不充电的状态。各个充电阶段都需要实时监测充电过程的异常，当充电器电压、电池电压、电池温度不满足充电条件时，就进入了异常处理状态。
2.3充电流程
12V锂电池在充电过程中的最高电压为14.2V，与传统的铅酸蓄电池的额定电压14.4V稍低;并且最大充电电流不超过0.2C，防止过压过流导致锂电流内部离子失衡而引起电池失效。在充电过程中，恒流充电至电池容量的50%～70%时，充电流程可转变为恒压充电模式，此时，电流逐步下降，当充电至95%左右时，可停止充电。此时，充电的主要流程结果，采用补充维护充电或脉冲充电来继续增加电池容量，直至100%。在充电过程中，如果遇到失效电池，即电池电压已不受充电器控制，在电池恒压充电后，可在一段时间内判断电池是否失效;若电池初始电压不足，则需要用小电流持续充电，直到电池电压超过一定值，再重新充电。锂电池充电器在充电过程中，不仅时刻监测电压、电流值，并且具有温度保护与过压过流保护功能，通过温度值与电压电流值的采集，与控制器内设定阈值比较，达到充电流程与反馈相结合，再经过调整匹配，达到最佳充电状态。
2.4MAX1898智能充电电路设计
MAX1898是MAXIM公司生产的线性锂电池充电芯片，充电芯片MAX1898内部电路包括输入电流调节器电压检测器、充电电流检测器、定时器、温度检测器和主控制器。外部接晶体管PNP或PMOS组成一个锂离子充电器，可精确地恒流/恒压充电，电池电压精度可达±0.75%。由该款芯片构成的典型充电电路如图1所示。通过外接的场效应管提供锂电池的充电接口。通过外接的电容CCT来设置充电时间TCHG。这里的充电时间指的是快充时的最大充电时间，它和定时电容CCT的关系如下式所示：CCT=34.33×TCHG（TCHG的单位小时，CCT的单位为nF）大多数情况下快充时最大充电时间不超过3小时，因此常取CCT为100nF。MAX1898能够自动检测充电电源，没有电源时自动关断以减少电池的漏电，启动快充后，打开外接的P型场效应管，当检测到电池电压到达设定的门限时进入脉冲充电方式，P型场效应管打开时JI时间会越来越短。
结语
文中通过对锂电池及智能充电的研究，设计一款可在线调试与下载程序的智能锂电池充电器，对充电器的硬件进行了选择与设计，并重新设计充电流程;智能充电器通过闭环拓扑反馈控制，实时动态调整充电电压与充电电流。实验结果表明：该智能充电器充电过程完整，适合工业批量生产。
参考文献
[1]张文亮，武斌，李武峰.我国纯电动汽车的发展方向及能源供给模式的探讨[J].电网技术，2009，33（4）：1-5.
[2]刘超HEV车载铅酸蓄电池快速充电系统研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2007.
[3]黄峰.12V阀控密封铅酸蓄电池智能充电器研发[D].杭州：浙江大学，2007.
[4]王云艳，姜久春，牛利勇.电动汽车充电站管理系统[J].微机发展，2005，15（11）：57-59.
[5]孟时春，傅志中，董云兰.车载无线手机充电器的研究[J].仪器仪表学报，2007，28（4）：669-670.