锂离子电池快速充电系统的设计

摘要

锂离子电池是当前便携式设备中最广泛使用的供电电池。便携式设备多样化以及日益强大的功能导致了锂离子电池耗电量的迅速增加以及充电频率的升高，因此用户对锂离子电池的充电速度提出了更高的要求。锂离子电池的充电效率和使用寿命与充电方法有着密切的关系，其快速、安全的充电方法是目前研究的重点。
　　在众多的锂离子电池的快速充电方法中，五阶段恒流充电法因其控制相对方便，比较接近电池可以接受的最佳充电电流曲线，能够有效缩短充电时间，延长使用寿命而备受关注。该方法虽然已经在很大程度上提高了锂离子电池的充电速度和使用寿命，但是，极化现象在充电过程中依然对电池的充电效率、充电时间、温度以及循环寿命有着不小的影响。这些尚未解决的困难，影响了五阶段恒流充电法充电时间的进一步缩短，五阶段恒流充电法在消除极化方面仍然需要进行进一步的改善。
　　本文针对该问题，提出了在五阶段恒流充电法的基础上加入去极化措施对其进行改进。首先用正交实验设计确定了五阶段恒流充电法的最优充电参数，然后在相邻两个恒流阶段之间加入短时间的搁置或者放电脉冲，通过分析极化原理解释这种改进的合理性。然后进行锂离子电池充放电实验对这个想法进行验证，并且通过多组实验对比不同参数的放电和搁置对五阶段恒流充电法的优化程度。实验证明，放电去极化和搁置去极化均可以有效地缓解极化现象，缩短充电时间，提高充电效率。其中，放电去极化对五阶段恒流充电法的优化效果相对而言更为显著。
　　本文设计了一款针对锂离子电池的快速充电装置，内置五阶段恒流快速充电算法，进行了硬件电路的具体设计和参数计算，给出了软件流程图。根据锂离子电池快速充电装置的硬件电路设计完成了电路板制作，经调试后，测试结果表明该装置已经基本实现预期功能，可以提供高达10A的充电电流，各项测试指标均满足最初的设计要求。

目录

声明

第 1 章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 课题研究现状与进展

1.3 课题研究的目的与意义

1.4 论文章节安排

第 2 章 锂离子电池快速充电策略研究

2.1 五阶段恒流充电法的优化原理研究

2.2 锂离子电池的五阶段恒流充电优化实验研究

第 3 章 锂离子电池快速充电系统的硬件设计与实现

3.1 充电器总体设计

3.2 基于单片机的控制电路设计

3.3 恒流源电路设计

3.4 人机界面设计

3.5 辅助电源电路设计

第 4 章 锂离子电池快速充电系统的软件设计

4.1 主程序设计

4.2 子程序设计

4.3 本章小结

第 5 章 系统功能测试

5.1 充电电流精度测试

5.2 输出电流稳定度测试

5.3 采样电路精度测试

5.4 本章小结

结论

参考文献

致谢