——移动电源电池充电电路。
上海大学机自学院自动化系。
电气工程及其自动化。
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指导老师：
2023年6月20日。
一、锂电池充电原理及曲线 2
1.1锂电池的定义及特点 2
1.2锂电池的充电过程 2
二、ti公司锂电池充电管理芯片选型说明及芯片介绍 3
1.1芯片选型说明 3
2.1芯片介绍 4
2.1.1引脚介绍 4
2.1.2工作原理 5
2.1.3原理框图 6
三、总体设计 7
3.1设计原理图 7
3.2相关参数计算 8
3.3结果分析 9
一、 锂电池充电原理及曲线。
1.1锂电池的定义及特点。
锂离子电池的负极为石墨晶体，正极通常为二氧化锂。充电时锂离子由正极向负极运动而嵌入石墨层中。放电时，锂离子从石墨晶体内负极表面脱离移向正极。
所以，在该电池充放电过程中锂总是以锂离子形态出现，而不是以金属锂的形态出现。因而这种电池叫做锂离子电池，简称锂电池。锂电池具有：
体积小、容量大、重量轻、无污染、单节电压高、自放电率低、电池循环次数多等优点，但**较贵。
1.2锂离子电池的充电过程。
锂离子电池的充电过程可分为四个阶段：涓流充电（低压预充）、恒流充电、恒压充电以及充电终止。
锂电池充电器的基本要求是特定的充电电流和充电电压，从而保证电池安全充电。增加其他充电辅助功能是为了改善电池寿命，简化充电器的操作，其中包括给过放电的电池使用涓流充电、电池电压检测、输入电流限制、充电完成后关断充电器、电池部分放电后自动启动充电等。
图1锂电池充电的方式是限压恒流，都是由ic芯片控制的，典型的充电方。
式是：先检测待充电电池的电压，如果电压低于3v，要先进行预充电，充电电流为设定电流的1/10，电压升到3v后，进入标准充电过程。标准充电过程为：
以设定电流进行恒流充电，电池电压升到4.2v时，改为恒压充电，保持充电电压为4.2v。
此时，充电电流逐渐下降，下降至设定充电电流的1/10时，充电结束。图1为充电曲线。
阶段1：涓流充电——涓流充电用来先对完全放电的电池单元进行预充（恢复性充电）。在电池电压低于3v左右时采用涓流充电，涓流充电电流时恒流充电电流的十分之一即0.
1c（以恒流充电电流为1a举例，则涓流充电电流为100ma）。
阶段2：恒流充电——当电池电压上升到涓流充电阈值以上时，提高充电电流进行恒流充电。恒流充电的电流在0.
2c至1.0c之间。电池电压随着恒流充电过程逐步升高，一般单节电池设定的此电压为3.
0~4.2v。
阶段3：恒压充电——当电池电压上升到4.2v时，恒流充电结束，开始恒压充电阶段。
电流根据电芯的饱和程度，随着充电过程的继续充电电流由最大值慢慢减少，当减小到0.01c时，认为充电终止。
阶段4：充电终止——有两种典型的充电终止方法：采用最小充电电流判断或采用定时器（或者两者的结合）。
最小电流法监视恒压充电阶段的充电电流，并在充电电流减小到0.02c至0.07c范围时终止充电。
第二种方法从恒压充电阶段开始时计时，持续充电两个小时后终止充电过程。
上述四个阶段的充电法完成对完全放电电池的充电约需要2.5至3小时。充电结束后，如检测到电池电压低于3.89v将重新充电。
二、 ti公司锂电池充电管理芯片选型说明及芯片介绍。
1.1芯片选型说明。
因为本次移动电源电池充电电路的设计要求输入的电压为5v，电流为1a，所以可选择ti公司bq24610芯片作为充电管理。
bq24610是ti公司生产，可以实现5v~28v，0~10a锂电池充电管理。充电控制器与传统的控制器相比较，效率更高，散热更少；充电电压及电流的准确度接近百分之百，有助于延长电池使用寿命。
2.1芯片介绍。
2.1.1引脚介绍。
图22.1.2工作原理。
bq24610充电电路工作原理图如图3所示，该充电电路基本工作原理可分为预充、快充和终止阶段。
当接通电源，如果vbat快充分恒流充电和恒压充电两个阶段，在该充电阶段，恒流充电电流不变，电压持续上升，当电压达到调节电压时，充电电流逐渐减小，bq24610负责管理充电电流，在vtt有效情况下，如果vvfb>vrech，并且ichargebq24610能够自动选择适配器或者电池给负载供电，当处于上电状态或者睡眠模式的时候，电池连接到负载。当电池跳出睡眠模式30ms，电池自动与负载断开，适配器与电池相连。一个自动闭合逻辑防止转换器转换的时候电流击穿。
每次确保输出电容或者电源转换器没有充或者击穿之后，进入快速充电模式，充电器自动软启动充电器调节电流。
2.1.3原理框图。
图3三、 总体设计。
3.1设计原理图。
图43.2相关参数计算。
1) 充电电压设计。
取。2) 充电电流设计。
取。3) 输入适配器电流。
取。4) 预充电电流。
取。5) 充电终止电流。
6) 充电时间。
取。7) 电感的选择。
取，开关频率fs=300k hz，l=6.8uh
则 占空比。
纹波电流。饱和电流。
8) 输入电容电流。
9) 输出电容电流。
输出电容电压纹波。
10）功率mosfet的选择。
品质因数。顶边mosfet的传导损耗。
底侧mosfet的传导损耗。
3.3结果分析。
通过试验结果分析，充电电压在3v左右浮动，准确度超过95%，充电电流在1a左右浮动，准确率超过95%。系统的输入过呀过流保护、电池的过压、过流保护，高温保护准确度达到了95%，该电路能满足其要求的功能。
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