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锂电池充电原理

（1）锂电池充电要求

锂电池的充电要求有：

①　终止充电电压的允差为额定值的±1%,过压充电会造成锂离子电池永久性损坏。

②　充电速率常用为0.5C—1C。采用0.5C充电速率时，因充电过程中的电化学反应会产生热量，所以有一定的能量损失。

③　锂离子电池充电的温度范围为0℃—60℃，如果电流过大，会使温度过高。不仅会损坏电池，而且可能引起爆炸。

④　锂离子电池的终止放电电压为2.5V，严重过放电可能造成锂离子电池失效。对过放电的电池充电可以通过预处理进行补救，当锂离子电池电压大于2.5V，则按正常方式充电；若锂离子电池低于2.5V，则用小电流充电，充到2.5V后再按正常方式充电。

锂电池在使用过程中，为保证使用安全，延长锂电池寿命，还需添加锂电池保护板，锂电池保护板详细资料请参见附录一。

（2）恒流充电

采用恒流充电式，可使电池具有较高的充电效率，该方法在整个充电过程中采用恒定电流对电池进行充电，如图5所示。这种方法操作简单，易于做到，特别适合对由多个电池串联的电池组进行充电。但由于锂电池的可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降的，在充电后期，若充电电流仍然不变，充电电流多用于电解质，产生大量气泡，这不仅消耗电能，而且容易造成极板上活性物质脱落，影响锂电池的寿命。

图5 恒流充电

（3）恒压充电

在恒压充电法中，电池两端电压决定了充电电流，充电电源的电压在全部充电时间里保持恒定的数值，随着锂电池端电压的逐渐升高，电流逐渐减少。充电电流随着电压波动而变化，因此充电电流的最大值应设置在充电电压最高时，以免使电池过充电。实际上，恒压充电曲线如图6所示，从图中可以看到，充电初期充电电流过大，这样对锂电池的寿命会造成很大影响。另外，在此种充电方式中，充电末期电池温度会升高，很有可能造成电池的热失控，损害电池的性能，因此不推荐采用恒压充电方式。

图6恒压充电

（4）恒流恒压充电

在上述两种充电方式的基础上，充电通过恒定电流开始。在恒流充电周期中，为了防止过度充电而不断监视电池端电压。当电压达到设定的端电压时，电路切换为恒定电压充电，直到把电池充满为止。在恒流充电期间，电池可以以较高电流强度进行充电，这期间电池被充电到大约85%的容量，电压以较高的斜率增长，在充电过程中斜率逐渐降低。在恒压周期中，电池电压恒定，充电电流逐渐下降，在电流下降到低于电池的1/10容量时，充电周期完成，又称为二阶段式充电法。恒流恒压充电曲线如图7所示。

图7 恒流恒压充电

三、系统设计及方案论证

1、总体设计

系统框图如图8所示。

图8系统框图

本系统设计主要有追光控制、电压转换、光耦开关控制、充电控制、照明灯控制和上位机界面控制六个部分组成，以追光及充电作为本系统的核心。追光控制采用光电跟踪与视日运动轨迹跟踪配合的方法。充电部分采用可用太阳能电池供电的CN3063充电管理芯片，并结合温度检测，光耦等控制，实现了智能充电的功能，并能有效的保护锂电池，活化锂电池，提升锂电池的性能。基于太阳能电池板输出电压的变化，考虑选择了升/降压电路，以获得最佳的充电调节。在照明灯状态控制部分，使用光敏电阻来检测外界光线强弱，以控制照明灯的亮灭，并使用PWM（脉宽调制）调节照明灯的亮度。上位机控制台用于观察太阳能电池输出电压，锂电池端电压，锂电池温度，并提供了人工控制功能，智能化的同时实现了人工管理。

2、详细设计

（1）锂电池及太阳能电池选择

①锂电池选择

基于安全、轻薄和容量的考虑，我们采用的是4000mAh的聚合物锂电池、铝塑包装，有别于液态锂电池的金属外壳，一旦发生安全隐患，不会爆炸，只会鼓胀；重量轻，比钢壳液锂轻40％，比铝壳液锂轻20％；容量大，内阻小，比常规电池内阻要小，使得有效放电容量要比其它电池高；形状可定制，采用胶态电解质，具有更平稳的放电特性和更高的放电平台；工作电压高；能量密度高；循环寿命长；无记忆效应，自放电小，无污染。

适用范围：通讯设备（移动电话、网络电话、对讲机、蓝牙耳机），移动办公设备（笔记本计算机、PDA、便携式传真机、打印机），影像设备（数码相机、摄像机、移动DVD、移动电视、MP3、MP4），其它（手电筒、矿灯、玩具、航模）。

关键词： 智能追光 太阳能 CN3063 锂电池充电 AVR单片机