智能追光锂电充电系统设计

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）。

②太阳能电池选择

选择太阳能电池时，要综合考虑其材质，工艺，重量，光电转换效率，功率等。本系统采用的太阳能电池板参数如表1所示。

表1 所选太阳能电池参数

考虑到太阳能电池实际输出功率和系统本身功耗，我们将4块参数如上表1所示的太阳能电池板并联使用，并联方式如图9所示。

（2）电压转换部分

①降压电路

方案一：采用LM7805芯片，将太阳能输出电压转换为5V，此芯片价格便宜，但缺点是功耗大，效率低，不利于太阳能供电的充电系统。

方案二：采用LM1117芯片，LM1117是一款正电压输出的低压降三代线性稳压芯片，内部集成过热保护和限流电路，功耗低，并且内部限制了最大功耗，适合电池充电器。对于固定电压的输出，可采用更小的电容。

以上两种方案，外围电路复杂度基本相同，虽然LM1117的价格高出LM7805许多，但是考虑到整流功耗，我们选用LM1117作为降压芯片。应用电路如图10所示。

图10降压电路

②升压电路

方案一：采用MC34063作为升压芯片。MC34063专用于直流--直流变换器控制部分，片内包含有温度补偿带隙基准源、一个占空比周期控制振荡器、驱动器和大电流输出开关，能输出1.5A的开关电流。它能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器、降压式变换器和电源反向器。

方案二：利用三极管