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。此設計實現的是單節鋰電池充電，因此選用了AT89C52單片機配合MAX1898充電管理芯片及適當的配套元件，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，能根據不同鋰電池的電參數自動確定相應的充電控制規律，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展，使得各種各樣的電子產品不斷的涌現，并朝著便攜和小型輕量化的趨勢發展，為了能夠更加有效地使用這些電子產品，可充電電池得到快速的發展。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、穩定的放電特性、無記憶效應和使用壽命長等優點得到廣泛的應用。目前絕大多數的手機、數碼相機等均使用鋰電池。電池的使用壽命和單次循環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，鋰電池充放電循環次數遠大于500次。

　　6）多個鋰電池可以隨意并聯使用。

　　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 系統結構框圖

　　系統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預充、快充、滿充、斷電、報警等充電過程。

　　圖1 系統結構框圖

　　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

　　充電狀態輸出引腳/CHG經反相器74LS04后與單片機的P3.2口連接，觸發外部中斷。PNP為P溝道的場效應管或三極管。D1為綠色發光二極管，處于通電狀態時亮；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

　　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內置的充電狀態控制和外圍的單片機AT89C52控制下共同實現。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。

　　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。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，不但能夠實現對鋰電池進行充電，而且還能夠實現相應的過壓和溫度保護，從而可以充分發揮鋰電池的性能，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，符合目前的環境保護潮流。