近年来，在我们国家乃至全世界电子产品如春雨后青笋不断进入我们的视觉。最为直观的就是手机、MP3、MP4、上网本、数码相机、电动车等电子产品，这些高科技产品的出现极大的推动了经济的发展、提高我们生活质量。但是，与此同时也引发了不少的事故，如我们常听到手机爆炸、电池怀孕、电池发烫等，出现这些问题一方面是由于电池厂家生产的电池不合格，另一方面就是用户没有进行合理保护和正常充放电电。为了避免类似悲剧的再次出现，我们可以从充电器方面人手。因此本文提出一款智能化高度集中的多功能充电器。

一、常见电池的分析原理

我们拿常见的锂聚合物电池来说明，当然这原理对其他的一些电池都是适用的。我们日常所用的手机电池、数码相机电池、MP3、MP4等使用的都是锂聚合物电池，日常生活使用的锂电基本都是单芯的，而在工业或者要求较高的实验室使用的基本都是多芯锂电。所谓的多芯的电池就是将相同容量、内阻一致、放电能力一致的电池做串联、并联或者串并联处理。串联的主要目的是提高电池的电压。

我们可以很清晰的看到，用电器使用的电压越高，则在用电器上流通的电流就会小。一般锂电单芯的电压是3．7V。如果通过串联6组电芯，则在相同的用电器上使用时通过用电器的电流就会小6倍。我们可以知道线路的损耗将降低原来的36倍，没有串联使用时的电流是5A，在线路上产生的损耗将是25 R；而串联之后，电流则是(5/6)A在线路上的损耗就是(25/36)R，由此可以知道这样做的目的将能减少巨大的能力损失。小电流的放电可以延长电池的使用寿命，因为电池充放电特别是超大电流工作的时候，电池内部的活化因子降低，伴随而来的就是电池内部发生的化学反应增加电池的内阻。电池的参数一般有6000mah 25C这里的6000mah代表这个电池可以用6A的电流持续放电1个小时，如果使用12A的电流进行放电，则可以放电3O分钟。同理可以推算，也就是说使用放电的电流越小则放电的时间就越长。这里的25C代表的是这个电池最大的放电电流是6000*25/1000=150A。

二、电芯结构及原理

，我们知道很多场合我们是将电池进行串联或并联使用的。智能充电器的设计就顺理成章的出现了，这是因为多个电芯在充放电的时候需要集中统一管理才能保证电池使用寿命。目前，我们用的充电器基本是串联直接冲电的即在充电时只对总的电压进行监测如果充电池监测的电压达到标准电压则停止给电池充电。如此发达的工业社会中，绝大对数的产品都是生产线生产，这样就会出现一种现象就是每一个电芯的内阻都是不一致的。

使用电池放电时，电芯内部的化学反应基本都是一样的，但是参与反应的剧烈程度有可能是不一样的。我们以6组电芯串联的举例即6s电池，由于电池是串联的，所以在使用过程中通过每一片电芯的电流是一样的，根据欧姆定律我们可以知道。但是由于每一片电芯的内阻不一样，在电池内阻消耗的能量石不一样的，在放电结束后则会表现出每一个电芯的电压是不一样的。有可能有些电芯的电压是3.7、3.8、3.6等，如果出现这种情况，使用这种串联充电器时就会出现这种现象总电压是25.2V时，可能有些电芯出现过充，而有些电芯则处于没有饱和的状态。对于过充电芯会严重缩短电池的寿命，对于没有饱和的电芯：则在使用的过程中会吸收其他电芯的电能，也是不利于电池的使用的。

三、智能充电器的设计原理

传统充电器的设计已经不能满足用户的需求了，而且对于过充电池还有可能导致电池爆炸。为了更加安全舒适的享受科技带来的乐趣，而专门研究这一款智能充电器。这款充电器使用的充电方式不再是串行充电方式而是采用的是并行方式，并且在设计的同时还添加了独立平衡的过程。

智能充电器的原理是这样的：我们采用的是的主控芯片是A T M EG A 128型号的A V R单片机，该单片机具有8路10位的高速A D转换口，能快速采集并转换成数字信号，可靠性高保密性强。该充电器中主要设计了一个电压环电路，电压环电路主要是检测电芯的电压是否等于标准的设定电压，如果与设定电压一直则采用的是线性的小电流慢慢灌人电池内使其能够保存更优质的电能；另一个则是电流环电路，该电路还需要把O．05欧姆的电阻通过运算放大器将其放大再送人给AD转换，最后可以控制32K hz的脉冲宽度来对电流进行控制，如果监测到的电流是50m a，则就可以自动断开电路并启动蜂鸣器报警提示用户电池已经充满电能。与此同时，充电器还具有6个A D转换口，利用这六个A D转换可以实时的监测6个电芯的电压情况，在充电的过程中，如果某些电芯的内阻小则表现出来的现在就是电压比其他电芯的电压高。在相同的情况下，内阻大的电芯就是较充电时间就会比其他电芯快，这就是并行充电的理念即各个电芯的充电情况是同步的，但是各个电芯间的充电不会相互干扰。也就是说如果在第一片电芯达到4．2V的时候会自动的断开该片电芯的充电电路，而没有达到4．2 V的电芯还会继续充电，这样就可以尽最大的能力保护电芯。

据各大数据分析知道，锂电的内部活化因子在3．8—3．9V之间低温环境下是最低的，这就意味着如果用户在长时间不适用电池时，最好是能够将电池的电压为此在该区间内并保证低温环境下。充电器可以直接通过启动内部的风扇来达到这个统一放电的效果并能保持每一片电芯的电压一致。放电完成后也会自动断开电路并以蜂鸣器报警的方式告知用户，此后用户即可进入冷藏保护。

四、智能充电器方案设计

基于单片机控制的智能充电器在设计上需要考虑各个元器件的实际功能性，以及搭配后的兼容性。因此在进行设计时，必须要先明确各部分元器件的实际功能，再加以组合应用。

智能充电器的电路主要由三个部分组成，分别是：(1)电源回路。(2)主控电路。(3)信号控制器。

其中电源回路能够提供稳定的12V充电电压以及14V充电电压，以及充电工作时，电池所需要的不同电压。主控电路能够对充电的状态进行有效控制，譬如对充电过程所进行的有效控制。信号控制能够有效的保障充电安全。

五、充电控制技术

1、定时充电控制

此类控制方法十分简单，主要实用范围是恒流点充电法。既采用恒流电充电法，根据电池的充电情况以及具体的容量大小，确定电流所需的充电时间。具体充电过程中，在预订充电万仇，定期器可以发出信号，让充电器能快速停止充电，或者可以转移充电器让其保持在浮充的维护状态，这样能避免电池充电时间过程出现的大电流长时间充电。定时充电的缺点：电池的容量在充电之前很难知道，所以充电过程中由于电池长时间运行造成发热严重，能损坏电池的电量，并很难确定电池的充电时间。电池的充电时间在无法根据电池状态进行调整的情况下，会出现电池组中的电池充电了不足，甚至很多电池会出现过充电的情况，所以这种充电方式只能适用于充电功率低于0.3C的恒流充电。

2、电池电压控制

（1）最高电压控制法：从充电特征的曲线中能了解到，电池电压在达到最大值的时候，电池就能充足电，此刻需要快速的停止充电。适用该方法的缺点是，电池在电量充足的情况下随着电压环境的升高，温度也会升高，充电的速率也会加快，适用此方法将很难判断出电池是否已经充足电。

（2）电压负增量：电池的电压负增量与电池组的**电压没有太大的关联，在不受到环境和稳定等因素影响的情况下，适用此方法能精准的判断出电池是否充电完成。但是缺点则是；电池充足电之前，会出现局部电压下降的情况，导致电池在没能充足电之前，在检测到电压负增量后而停止快速充电。

六、控制电路的工作原理和设计实现

负反馈控制系统主要是以开关电源为主进行的控制，主要的控制环节中设计十分重要。本文主要对其动力电池的充电系统进行控制，具体的控制方法分别是内环控制、电压外环控制和双闭环控制这三种控制方式。

主电路在功率器件导通、断开的时候，受到不同的电路拓扑影响，作为一个非线性的系统存在。工程设计过程中，需要根据状态空间的平均法，得出低频的等效电路模型，然后在此基础上，根据现有的性能指标，设计出调节器。设计设计时，为能获得更好的变换器动态和静态效应，多习惯使用电压或者电流进行负反馈的不同形式组合。

1、主控电路

主控电路由四大部分组成分别是：(1)电流控制回流。(2)充电电流和容量显示电路。(3)检测取样电路。(4)报警电路。

开关电源在电路当中由于各种因素，非常容易出现故障。因此在选择开关的型号和种类时便需要认真考虑，针对电路的实际情况进行选择。

2、变压器

在选用变压器时，必须要使用高频变压器，这种变压器的性能相对较好，但对磁性材料的使用有着较高的要求。变压器对于能够给予电路稳定的电压输出，使得电路在工作时能够减少受到的电压冲击。

3、电容器

由于电源存在使用频率不同的问题，对于高频率使用的电源，对于普通电容器的损耗相当大，电感量也随之增大。随着频率的不断提高，衰减现象十分明显，无法满足正常的使用要求。因此在选用电容器时，需要针对电路的实际情况，决定是否选用专用电容器，以达到高频和耐高温的要求，使得电路能够稳定运行。

4、单片机

当系统通电之后，单片机会对电源和充电器进行检测。当电源与充电器均正常工作时，单片机会将检测取样向内部系统进行反馈，最终决定采用哪一种充电形式，已达到充电要求。PWM脉宽能够有效的控制充电的全过程，使得涓流、大电流、过充和浮充都在控制当中。多检测时发现电池的电压已经高于单片机当中所设置的规定电压，或者温度超过预设温度，便开启浮充状态，同时报警。

总结

利用单片机进行控制的智能充电器能够有效的进行充电工作，同时还能够有效的确保充电安全。智能充电器主要遵循了安全第一、效率优先、优化结构的设计理念，参考和查阅了各种充电器的设计方式并重新树立了设计方案。该充电器已经经过实验室的多次测试，并表明能够满足除了锂电以外的其他电池的使用条件。出现相信能够给社会带来不一样的享受，同时也会造福社会。

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