安顺学院2016届本科毕业论文（设计）
锂离子电池充放电平衡系统的设计与实现
专业：电子信息工程 学 号：201203044052
姓名：夏雨雷 指导老师：邓华军
摘 要
随着集成电路的迅速发展，各种电子产品都在朝着便携和小型轻量化的方向发展。供电系统也发生了巨大的变化，由原来笨重的其他材料型电池改为锂离子电池供电。
锂离子电池体积小、质量轻、污染小、利用效益高。对充放电控制系统有严格的要求，故拥有一款性能良好的充放电平衡系统非常重要，本设计以STC12C5A60S2为主控核心，利用PI算法控制充电过程中电流动态平衡，系统由显示电路、保护电路、电压采样电路组成。实现对锂离子充放电控制基本功能，提出设计思想和系统结构。系统可靠性好，实用性强，可作为于各种小型电子设备的充放电装置。 关键词：锂电池 STC12C5A60S2 PI算法 采样电路 电流动态平衡
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Design and implementation of the charging and discharging balance
system for lithium ion battery
With the rapid development of integrated circuits, all kinds of electronic products are moving in the direction of portable and small lightweight. Great changes have also occurred in the power supply system, which changed from the original bulky other materials to the lithium-ion battery power supply.
Lithium ion battery has the advantages of small size, light weight, low pollution and high efficiency. It has strict demand on charging and discharging control system, so it has a good performance of charge and discharge balance system is very important. This design is based on STC12C5A60S2 as the control core, PI algorithm is adopted to control the charging process in the current dynamic balance, the system consists of a display circuit, a protection circuit, a voltage sampling circuit. To achieve the basic functions of lithium ion charge and discharge control, puts forward the design idea and system structure. The system has good reliability, strong practicability, charging and discharging device can be used as small electronic devices in various.
Key words: Lithium-ion battery STC12C5A60S2 The indicator light circuit The liquid crystal display circuit Protection circuit
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目 录
1绪论 .................................................................................................................... 1 1.1课题研究的背景 ...................................................................................... 1 1.2课题研究的意义 ...................................................................................... 1 1.3课题的国内外研究现状 .......................................................................... 1 1.3.1国内研究现状 .................................................................................. 1 1.3.2国外研究现状 .................................................................................. 2 1.4课题研究的主要内容 .............................................................................. 2 2整体设计方案 .................................................................................................... 3 2.1 BUCK降压电路选择 ................................................................................ 3 2.2电流控制选择 .......................................................................................... 3 2.3总设计系统框架图 .................................................................................. 4 3硬件电路设计 .................................................................................................... 5 3.1系统供电电路 .......................................................................................... 5 3.2 BUCK电路设计 ........................................................................................ 5 3.3输出电压和动态电流平衡设计.............................................................. 6 3.3.1输出电压电路设计 .......................................................................... 6 3.3.2动态电流电路平衡设计 .................................................................. 6 3.4控制电路和显示电路设计 ...................................................................... 7 3.4.1控制电路设计 .................................................................................. 7 3.4.2显示电路设计 .................................................................................. 8 3.5充电方式选择电路设计 .......................................................................... 9
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3.6系统保护电路设计 ................................................................................ 10 3.6.1充电过温保护设计 ........................................................................ 10 3.6.2充电过压保护电路设计 ................................................................ 11 3.6.3放电保护设计 ................................................................................ 12 4软件程序设计与实现 ...................................................................................... 13 4.1软件设计流程 ........................................................................................ 13 4.2 PI控制原理和PI函数 ........................................................................ 14 4.2.1 PI控制原理 ................................................................................... 14 4.2.2 PI控制函数 ................................................................................... 15 5系统测试 .......................................................................................................... 17 5.1主要测试仪器仪表 ................................................................................ 17 5.2测试方法 ................................................................................................ 17 5.3测试结果分析 ........................................................................................ 18 6结论 .................................................................................................................. 19 参考文献 ............................................................................................................. 20 致 谢 ................................................................................................................. 21 附录 ..................................................................................................................... 22
安顺学院2016届本科毕业论文（设计）
1绪论
1.1课题研究的背景
锂离子电池是二次能源，具有质量轻、体积小、无污染、放电能力强等优点，是20世纪动力能源的首选，广泛应用在各个领域，如航天供电系统、医疗供电系统、民用电子产品中，最典型的是手机供电系统。目前中国鼓励大众创业，万众创新，在珠三角以及沿海一带，崛起许多以锂离子二次能源为创新发展的厂商，力图进军锂离子的研发，打造具有中国自主品牌的高性能锂离子电池。
锂离子电池的性能与充放电装置有关，其性能取决于充放电装置系统，鉴于此，本文围绕锂离子电池组充放电特性。设计一款功能完善的充放电装置系统。
1.2课题研究的意义
日异月新的科技变化，许多电子产品都朝着集成化方向发展。供电方式也随之改变，转为体积小、质量轻、放电能力强的锂电池供电。锂离子电池组对充放电装置要求苛刻，充放电装置必须有较高自动控制精度。另外，锂离子电池由于过放，电压较低，充电时需进行预充，电压升高后，才能采用恒压恒流充电，充电完成后，为防止过充，系统必须自动判断，并断开充电电路保护电池。
锂离子电池组充放电平衡系统装置是电池能量的补充装置，关系到锂离子电池组的使用寿命和指标，设计一款性能优良的充放电装置意义深远，故实现安全高效充放电控制已成为锂离子电池组推广应用的关键技术。
1.3课题的国内外研究现状 1.3.1国内研究现状
自锂离子电池问世以来，锂离子电池能量补充装置应运而生，国内锂离子电池充放电装置种类繁多，然而国家监督产品质量抽查结果中，40％厂家生产的锂离子电池能量补充装置不合格。有的就是一个简易变压器，缺少保护电路等，使用中易损坏电池。
随着小型化电子设备的发展，许多厂家提出以涓流和恒流为主方式充电，进行技术改良，不但提高充电效益，且在保护机制上实现过充保护、过流保护、过温保护等功能。2008年，联想公司研发的锂离子电池管理芯片，进一步推动锂离子充电器的技术革新，该电池管理芯片功能齐全，适合市场上大部分锂离子电池，被许多生产充电器的厂家使用，如宏碁笔记本使用的充电器就使用该芯片作为核心控制。
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锂离子电池充放电平衡系统的设计与实现讲解
