智能充电器的设计开题报告

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太原工业学院

毕业论文开题报告

学生姓名：

系

专部：业：张恒学号：自动化电气工程及其自动化102033430

论文题目：基于充电模式感知的智能充电器系统设计指导教师:刘彬

2014年2月22日

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开题报告填写要求

1．开题报告作为毕业论文答辩委员会对学生答辩资格审查的

依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业论文工

作前期内完成，经指导教师签署意见及所在系审查后生效；

2．开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格

式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，

完成后应及时交给指导教师签署意见；

3．学生的“学号”要写全号（如072074123），不能只写最后

2位或1位数字；

4.有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T7408—94

《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”；

5.指导教师意见和所在系意见用黑墨水笔工整书写，不得随

便涂改或潦草书写。

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毕业论文开题报告

一．论文研究目的及意义：

在现今的电子电器高度发展的时代，现代通讯设备、便携式电子产品、电动车等普遍使用蓄电池作为电源，应用非常广泛，然而大多数设备中的蓄电池，只能使用专用的充电器进行充电，不能跨平台使用，当家里的电子产品很多时就会需要配备单独的各种各样的专用充电器，很不经济。而且普通的充电器充电策略比较单一，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。

目前各种电器使用的充电电池主要有镍镉电池（NiCd）、镍氢电池（NiMH）、锂电池（Li-Ion）和密封铅酸电池（SLA）四种类型。本设计主要针对镍镉电池（NiCd）、镍氢电池（NiMH）、锂电池（Li-Ion）这三种电池的识别和自动充电，首先需要充分考虑以下三种用的比较广泛的电池的充电特性，针对每一种电池的特性给出不同的充电模式以及相应的算法，然后在充电时根据自己的电池的特性选择相应的模式。

通过对电池的内部结构、工作原理和充电特性的了解和学习，快速充电法的优缺点之后，探讨一种新充电技术——新型多模式充电技术，即根据电池容量的多少及电池端电压的大小，使充电过程按照涓流充电、大电流充电、过充电和浮充电四个模式进行。为保证电池充足电又不受到损坏，采用具有温度控制和电池电压控制功能的综合控制法来终止充电过程。

根据新型多模式充电技术，提出了单片机控制的多模式智能充电器。文中进行了方案设计、软件设计、硬件设计、软件编程和可靠性分析工作，并对新型充电器的性能指标进行了分析。该智能充电器能按照涓流充电、大电流充电、过充电和浮充电四个模式给电池进行充电，还可随时改变充电电流的大小，并具有超温报警的功能。

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参考文献：

[1]沈文、Eagle、詹卫前编著

社2010

AVR系列单片机C语言编程与应用实例清华AVR单片机C语言开发入门指导清华大学出版[2]金春林、邱慧芳、张皆喜编著

大学出版社2011

[3]武锋、陈新建编著

2009

[4]夏路易、石宗义编著

2009PIC单片机C语言开发入门北京航空航天大学出版社电路原理图与电路板设计教程北京希望电子出版社

[5]图形液晶显示模块使用手册(第二版)

[6]郭永贞主编

[7]吴国经主编

[8]徐泳龙主编数字电子技术单片机应用技术单片机原理及应用北京精电蓬远显示技术有限公司2010西安电子科技大学出版社中国电力出版社机械工业出版社

201220112012[9]陆坤、奚大顺等编著

[10]卢胜利主编电子设计技术智能仪器设计与实现重庆大学出版社2012

机械工业出版社2008

清华大[11]王兆安、黄俊主编电力电子技术(第四版)[12]K.Alexander，N.O.Sadiku

学出版社2011FundamentalsofelectricCircuits

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毕业论文开题报告二．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

2.1镍氢/镍镉电池充电模式

这两种镍类电池具有相似的充电特性曲线，因而可以用一样的充电算法。这2种电池的主要充电控制参数为-ΔV和温度θ。

对镍氢／镍镉电池由预充电到标准充电转换的判据为：①单节电池电压水平0.6～1V；②电池温度-5～0oC。电池饱和充电的判据为：①电池电压跌落或接近零增长–ΔV=6～15mV／节；②电池最高温度θmax＞50℃；③电池温度上升率dθ/dt≥1.0℃／min。由于温度的变化容易受环境影响,因而实际用于判别充电各阶段的变量主要为–ΔV、θmax，其中对–ΔV的检测需要有足够的A／D分辨率和较高的电流稳定度。-△V的测量与A/D分辨率、充电电流的稳定性与电池内阻之间有以下关系：当电池内阻等于50Ω(接近饱和充电)时，充电电流=1200mA，电流漂移等于5%，单节电池的最高充电电压为1.58V，则此时电流漂移可能引起的电池电压变化为3mV。

2.2锂离子电池充电模式

在锂离子电池充电采样时，测量到的电压是电池的在线电压，一般在线电压要高于静态电压（与内阻有关）。在充电器设计中，对锂离子电池充电各阶段转换判断的测量参数只有在线电压，电压采样偏差小于0.05V。

该设计的通用智能识别充电器还设计了自适应模式，在对不是以上三种通用电号的电池或放入某种电池后而未选择相应模式的充电功能的，则充电器自动转入自适应充电模式，此时充电器将提供一种公共算法对电池进行预充电，并对其进行型号识别判断，然后转入相应的最优化充电模式，进入充电状态。具体做法为：检测充电电池电压的变化率，并判断是否检测到有–ΔV。如果检测到电池电压V特别高，且无–ΔV，则转入锂离子电池充电模式，否则进入镍类电池充电模式。

在充电过程中，所设计的充电器能自动转换充电状态，并有完善的保护措施，实现无人值守充电，极大地提高了效率。同时，根据电池充电时的特点，充电器默认使用温度保护。当用户误操作时，因充电电流与充电电压不匹配，会使电池温度异常升高。当充电器实时检测到电池温度高于某一临界点时，会自动切断供电，保护电池与系统的安全。在该充电器中，设定了最大充电时间，是为了防止过充，如果阈值设定过高，则最大充电时间能避免电池过充，保护电池使用寿命。

2.3本课题要研究或解决的问题：

（1）采用专用的电池充电芯片实现对电池的识别和充电过程的控制。

（2）分析充电的实现和智能化的实现方法，选择合适的充电电池芯片。

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（3）涓流充电、大电流充电、过充电和浮充电四个模式的原理和实现方法。

（4）采用电压转换芯片将外部+12V电压转换为需要的+5V电压。

（5）进行硬件电路的设计，绘制充电电路原理图。

（6）软硬件的A/D转换电路的设计。

（7）进行软件设计，设计程序代码。

（8）试硬件和软件电路，验证整个设计。

（9）调在充电过程中队蓄电池的保护功能。

2.4研究手段：将智能充电器设计分为以下几个部分：外部电源、电源转换装置、电流控制、电压控制、温度控制以及LDC显示装置。结构图如下。

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外部电源：外部接220V电源。

电源转换装置：电源转换器称交流转换器，是变压器的一种，可以把交流电转换为直流电。智能单元：专用的电池充电芯片实现对电池的识别和充电过程的控制。

电流控制：电池内的电流变化。

电压控制：电池内主要充电控制参数为-ΔV的测量。

温度控制：电池内的温度变化的测量，电池最高温度θmax和电池温度上升率dθ/dt。LDC显示装置：用来显示是否充电完成。

2.5对课题的软硬件设计要求

2.5.1硬件设计

（一）温度测量部分

温度检测所使用的传感器非常多，热敏电阻是其中一种用半导体材料制成的敏感元件，起主要特点是灵敏度高、体积小、功耗低而且价格低廉。用热敏电阻构成的温度检测电路较为简单，使用电阻分压电路，将温度变化引起的电阻变化转为电压信号，可以直接传送给单片机处理。

（二）电压检测部分

蓄电池的充电电压由分压电阻检测得，经过单片机的计算，可判断出充电电压值。

（三）A/D转换电路

这里选用TI公司生产的TLC1549串行A/D转换器芯片，它是一种开关电容结构的逐次比较型10位A/D转换器。片内自动产生转换时钟脉冲，转换时间≤21μs；最大总不可调转换误差为±1LSB；单电源供电(+5V)，最大工作电流仅为2.5mA；转换结果以串行方式输出。

（四）主控制器

控制电路由一个单片机AT89S51来实现，单片机通过检测来的电压信号值作出相应的动作：输出不同宽度的脉冲电压和作出不同指示。

2.5.2软件设计

（一）电压测量部分

蓄电池的充电电压由分压电阻检测得，经过单片机的计算，可判断出充电电压值。

（二）A/D转换部分

选用TLC1549作为A/D转换器，在转换过程的第一阶段，模拟输入量同时关闭SC和ST进行充电采样，这一过程使所有电容的充电电压之和达到模数转换器的输入电压。转换过程的第二阶段打开所有SC和ST，CMOS使其接近参考电压。在这个过程中，10只电容逐一检测，直到确定转换的十位数字量。

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2.6进度安排：

设计（论文）各阶段名称

a

b

c

d

e熟悉课题的基本要求，查阅相关资料，初步拟定设计的体方案，完成开题报告。自学这次课题所涉及的相关内容，并设计一些简单的实际电路，熟练所学内容并加以巩固熟悉绘图软件Protel99的使用设计LCD显示电路，电源电路，绘制原理图，和同学一起完成整个充电电路原理图，编写显示程序。根据各部分的作用对硬件电路进行调试，最后联机调试。起止日期第1-3周第4-5周第6-7周第8-9周第10-11周f修改设计说明书、准备答辩总计12周。第12周

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毕业论文开题报告指导教师意见：（对本课题深度、广度、工作量及预期达到的目标的意见）

指导教师：

年

教研室审查意见：月日

专业负责人：

年

所在系审查意见：月日

系主任：

年月日

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