蓄電池作為(wei)能(neng)量(liang)的轉存裝(zhuang)置或備用電源被廣泛地(di)應用于(yu)各(ge)種自動化設(she)備(bei)中。使(shi)用普通(tong)的(de)充電器對蓄電池充電容易發生過充電或充電不足的現象。過充電，可使蓄電池發熱，電解液失水；充電不足，可使蓄電池內化學反應不充分，并且長期充電不足會導致蓄電池容量下降。以上兩種情況都會降低蓄電池的使用壽命。由此可見，充電器性能的好壞直接影響到蓄電池的使用效果和使用壽命。本文采用恒流限壓、實時監測的智能控制充電方法設計了一種對(dui)講機(ji)所使用的(de)8．41V3Ah的鎳鎘智能充電器一原理完全可設計出用于其他不同類型、不同容量的蓄電池的充電器。

　　1 鎳(nie)鎘(ge)電池的發展及特(te)點
    
       1899年，Waldmar Jungner首先在開口(kou)型鎳(nie)鎘蓄電弛中使用了鎳(nie)極板，同時(shi)，Thomos Edison發(fa)明了用于電動車的鎳鐵電池。但(dan)是(shi)．由(you)于當(dang)時這些堿(jian)性(xing)蓄電池的(de)極(ji)板(ban)材(cai)料比其他蓄電池的(de)材(cai)料貴得多，其實際應用受到了極(ji)大(da)的(de)限制。直到1932年，鎳鎘(ge)電池(chi)經(jing)歷了最重要的(de)改進(jin)：科學家(jia)在鎳電池(chi)中開始使用活性(xing)物(wu)質。1947年(nian)，密(mi)封型鐮鎘電

池研制成功。

　　鎳鎘電池的特點是效率高、循環壽命長、能量密度大、體積小、重量輕、結構緊湊、不需要維護，因此在工業和消費產品中得到了廣泛應用。

　　2 鎳鎘電池的充電方式(shi)及充電特性曲線
   
       充電器能否達到最佳充電效果由所選擇的充電方式和充電特性曲線共同決定。近年來，蓄電池充電器大致(zhi)可以分為連(lian)續電流(liu)充(chong)(chong)電和脈沖(chong)電流(liu)充(chong)(chong)電兩大類。

　　連續電(dian)流充(chong)(chong)電(dian)因放(fang)電(dian)容(rong)(rong)量(liang)受(shou)到(dao)電(dian)池(chi)接受(shou)能力(li)的(de)限制和受(shou)到(dao)在(zai)充(chong)(chong)電(dian)過程中電(dian)池(chi)極化(hua)所(suo)產生氣體(ti)的(de)阻力(li)，使得(de)在(zai)大電(dian)流充(chong)(chong)電(dian)的(de)情況下，電(dian)池(chi)放(fang)電(dian)容(rong)(rong)量(liang)下降和電(dian)池(chi)發熱；若用小電(dian)流充(chong)(chong)電(dian)，雖可克服這個缺點，但充(chong)(chong)電(dian)時間過長。

　　脈沖(chong)電(dian)(dian)(dian)流充(chong)電(dian)(dian)(dian)在充(chong)電(dian)(dian)(dian)過程中是(shi)斷斷續續的(de)(de)(de)。采用(yong)(yong)這種充(chong)電(dian)(dian)(dian)方式(shi)可以(yi)提高(gao)電(dian)(dian)(dian)池的(de)(de)(de)接受(shou)能(neng)力(li)、消除電(dian)(dian)(dian)極(ji)化(hua)作用(yong)(yong)、縮短充(chong)電(dian)(dian)(dian)時間(jian)、增(zeng)大(da)放(fang)電(dian)(dian)(dian)容量、減少電(dian)(dian)(dian)池發熱和(he)提高(gao)充(chong)電(dian)(dian)(dian)效(xiao)(xiao)率。但是(shi)目(mu)前的(de)(de)(de)脈沖(chong)充(chong)電(dian)(dian)(dian)器(qi)的(de)(de)(de)充(chong)電(dian)(dian)(dian)脈沖(chong)寬(kuan)度和(he)間(jian)歇時間(jian)都是(shi)固定的(de)(de)(de)，不能(neng)根據充(chong)電(dian)(dian)(dian)狀態(tai)改變充(chong)、放(fang)電(dian)(dian)(dian)的(de)(de)(de)時間(jian)參(can)數以(yi)及(ji)適應(ying)快速充(chong)電(dian)(dian)(dian)的(de)(de)(de)要(yao)求，因此充(chong)電(dian)(dian)(dian)效(xiao)(xiao)果受(shou)到了限制。

　　結合(he)以上兩點，本設計采用了一種更(geng)好、更(geng)優化的充電(dian)方(fang)式(shi)，即恒流限壓與實時監測的智能控制充電(dian)方(fang)式(shi)。該充電(dian)方(fang)式(shi)對(dui)主回(hui)路開關電(dian)源進行數字(zi)控(kong)制(zhi)輸出(chu)電(dian)壓和(he)電(dian)流。

　　鎳鎘(ge)電池充電特性曲線如(ru)圖1所示。當恒定電(dian)流(liu)充入剛(gang)放完電(dian)的電(dian)池(chi)(chi)時，由(you)于電(dian)池(chi)(chi)內阻產生壓降(jiang)，電(dian)池(chi)(chi)電(dian)壓很快上升至(zhi)A點(dian)。此(ci)后(hou)，電池(chi)開始接受(shou)電荷，電池(chi)電壓以較低(di)的速(su)率持續(xu)上升(sheng)。在AB之間(jian)，電(dian)化(hua)學反應以(yi)一定(ding)的速(su)率產生氧(yang)氣(qi)，同時(shi)氧(yang)氣(qi)也以(yi)同樣的速(su)率與氫(qing)氣(qi)化(hua)臺，使電(dian)池內部的溫度和(he)氣(qi)體壓(ya)力都(dou)很低。經過一定(ding)時(shi)間(jian)至C點(dian)，電(dian)解液中開始(shi)產生氣(qi)泡(pao)，這些氣(qi)泡(pao)聚集在極板(ban)表面，使極板(ban)的(de)有(you)效面積減小，電(dian)池的(de)內阻抗增(zeng)加。電(dian)池電(dian)壓開始(shi)較快上(shang)升。這是(shi)接近充足電(dian)的(de)信號。

　　充足(zu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)后，充入電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流不(bu)是(shi)轉(zhuan)換為(wei)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)儲能，而(er)(er)是(shi)在正極(ji)板上產生(sheng)(sheng)(sheng)氧(yang)氣(qi)超電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)。氧(yang)氣(qi)是(shi)由(you)氫(qing)氧(yang)化(hua)鉀(jia)和水組成(cheng)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)液電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)而(er)(er)產生(sheng)(sheng)(sheng)的(de)，不(bu)是(shi)由(you)氫(qing)氧(yang)化(hua)鎘(ge)(ge)還原為(wei)鎘(ge)(ge)而(er)(er)產生(sheng)(sheng)(sheng)的(de)。由(you)于(yu)從大量的(de)氫(qing)氧(yang)離子中比從很少的(de)氫(qing)氧(yang)化(hua)鎘(ge)(ge)中更容易分解(jie)出氧(yang)氣(qi)，所以電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)內的(de)溫(wen)度急(ji)劇上升，使得電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)下降。因此電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)曲線(xian)出現峰值(zhi)D點。電(dian)解液中，氧(yang)氣(qi)的產生(sheng)和復(fu)合是放熱反應，電(dian)池(chi)過充(chong)電(dian)即E點，不(bu)停地產生氧氣，從而(er)使電池內的溫度和壓力升高。

　　
       3 硬(ying)件(jian)電路
   
       該智能充電(dian)器采用單片機AT89C2051進行控制(zhi)，使(shi)用了開關電源及(ji)A／D、D/A等技術(shu)。實現了鎳鎘電池(chi)的智(zhi)能充電。其硬件電路如圖2所示，整個電(dian)路分(fen)為開關電(dian)源(yuan)部(bu)分(fen)和以單片機(ji)為主的(de)控制電(dian)路部(bu)分(fen)。

　　
       此開(kai)關(guan)電(dian)源屬于復(fu)合式開(kai)關(guan)電(dian)源，采用TL431的精密基準和PC817組成反饋(kui)電路。整個工作過程：交流(liu)(liu)輸(shu)入經(jing)濾波、整流(liu)(liu)后成為(wei)直流(liu)(liu)高壓(ya)，再由功(gong)率開關管斬波(bo)、高頻變壓器(qi)降壓后得到高(gao)頻矩形(xing)波(bo)電壓，最后經過輸出(chu)整流濾波器(qi)，獲得所需要的直流(liu)輸(shu)出電(dian)(dian)壓(ya)。此(ci)開(kai)關電(dian)(dian)源達到了：交流(liu)輸(shu)入電(dian)(dian)壓(ya)范圍為90～270V，能同時(shi)輸出+5V(作為控制部分電源)及4.4~11.3V(主(zhu)回路)的電(dian)壓(ya)，輸出(chu)電(dian)流為(wei)1A。其電路如圖3所示。

       
       控制電路部分主要由AT89C2051、ADC TLC0832、運放LM358及(ji)數字電位(wei)器X9C102、分壓電阻(zu)、電(dian)流采樣(yang)電阻組成。單片機對正(zheng)在充電的電池進行實時電壓、電流取樣，經(jing)A／D轉(zhuan)換后輸入(ru)單片機(ji)。單片機(ji)根據電(dian)(dian)池不同(tong)的(de)充電(dian)(dian)狀態采(cai)取不同(tong)的(de)充電(dian)(dian)算法(fa)，通過數字電位器對開關電源的(de)輸出電壓進行控制，通過改變電(dian)池組端(duan)電壓來達(da)到控制(zhi)充電過程的目的。

　　電路(lu)接上蓄電池(chi)后，充電過程開始，當檢測到(dao)電池(chi)電壓在正常范圍內時，充電器軟啟(qi)動(dong)，充電電壓、電流逐漸增加到(dao)額定恒定充電電流值，進(jin)行恒流充電，“正(zheng)充電”LED燈閃爍，同(tong)時(shi)開始計時(shi)。此后不斷檢測(ce)電(dian)(dian)池電(dian)(dian)壓，當(dang)電(dian)(dian)池電(dian)(dian)壓大于或達到規定的(de)最大值(zhi)(該電池規定的(de)最大(da)值為10．5V)或充電時(shi)間等于5小時后，單(dan)片機(ji)發出(chu)指令，減(jian)小數控輸出(chu)值大小，使充電電流(liu)減(jian)小，轉為涓流(liu)充電(0．1A)，“已(yi)充滿”LED指示燈亮。這樣(yang)就避免了因電(dian)池溫升(sheng)過(guo)快或嚴重極(ji)化，影響(xiang)充電(dian)質(zhi)量(liang)、降低(di)蓄電(dian)池的(de)使用壽(shou)命甚至產生事故，從而快速、安(an)全、高(gao)質(zhi)量(liang)地完成充電(dian)過(guo)程(cheng)。

　　4 軟(ruan)件智能控(kong)制
   
       在程序的初始(shi)階(jie)段(duan)首(shou)先應對單(dan)片(pian)機(ji)進行初始(shi)化(hua)，然后判斷電(dian)池(chi)是否連接正確，根據電(dian)池(chi)電(dian)壓判斷應該進入哪一(yi)個充電(dian)階(jie)段(duan)，即恒

流(liu)或者涓(juan)流(liu)充電(dian)方式(shi)。恒流(liu)方式(shi)：不斷檢(jian)測流(liu)過電(dian)池的電(dian)流(liu)是(shi)否達到恒定電(dian)流(liu)(1A)，如果小于(yu)lA則抬高(gao)電(dian)池兩端的電(dian)壓使(shi)之達到lA(在電(dian)(dian)池兩端電(dian)(dian)壓(ya)小于電(dian)(dian)池的最大(da)充電(dian)(dian)電(dian)(dian)壓(ya)10．5V的(de)前提下)。涓流(liu)方式(shi)(shi)：在(zai)電(dian)(dian)池兩端電(dian)(dian)壓達到最(zui)大值后進入涓流(liu)充電(dian)(dian)模式(shi)(shi)。程序結(jie)構圖如圖4所示(shi)。

      本文(wen)提(ti)出一(yi)種恒流(liu)限壓、智能(neng)控制的(de)(de)(de)充(chong)電(dian)(dian)(dian)方案，能(neng)很(hen)好地解(jie)決鎳鎘蓄(xu)電(dian)(dian)(dian)池組在(zai)(zai)充(chong)電(dian)(dian)(dian)過程中存在(zai)(zai)的(de)(de)(de)過充(chong)電(dian)(dian)(dian)、充(chong)電(dian)(dian)(dian)不(bu)(bu)(bu)(bu)足、發熱等問題。該充(chong)電(dian)(dian)(dian)器已批(pi)量生產(chan)并(bing)投入使用，效(xiao)果令人滿意。同時，在(zai)(zai)已有的(de)(de)(de)基礎(chu)上針對不(bu)(bu)(bu)(bu)同種類的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)池，只要根據不(bu)(bu)(bu)(bu)同電(dian)(dian)(dian)池的(de)(de)(de)最佳充(chong)電(dian)(dian)(dian)曲線對控制器中的(de)(de)(de)程序進行相(xiang)應的(de)(de)(de)調整，就能(neng)對不(bu)(bu)(bu)(bu)同類型的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)池進行充(chong)電(dian)(dian)(dian)。