蓄電池作為能(neng)量的轉存裝置或備用電源被(bei)廣(guang)泛地應用于(yu)各種自(zi)動化設備(bei)中。使用普通的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講機所使用(yong)的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 鎳鎘電池的(de)發展(zhan)及特點
    
       1899年，Waldmar Jungner首先在開口(kou)型(xing)鎳鎘蓄電弛中使(shi)用了鎳極板，同時，Thomos Edison發明了用于電動車的鎳鐵電池。但是．由于當時這些堿(jian)性(xing)蓄電(dian)池的(de)極板材(cai)料比其他蓄電(dian)池的(de)材(cai)料貴得多，其實(shi)際(ji)應用受到(dao)了極大的(de)限制(zhi)。直到(dao)1932年，鎳鎘電池經歷(li)了(le)最重要的改進：科學家在鎳電池中開始(shi)使用活性物質。1947年，密封型鐮鎘電

池研制成功(gong)。

　　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(chong)電方式及充(chong)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)可以分為連續電(dian)(dian)流充(chong)電(dian)(dian)和脈沖電(dian)(dian)流充(chong)電(dian)(dian)兩大類。

　　連(lian)續電(dian)(dian)流(liu)充(chong)(chong)電(dian)(dian)因(yin)放電(dian)(dian)容(rong)量受(shou)到(dao)電(dian)(dian)池接受(shou)能力(li)的限(xian)制和受(shou)到(dao)在(zai)充(chong)(chong)電(dian)(dian)過程中(zhong)電(dian)(dian)池極化所產生氣(qi)體(ti)(ti)的阻力(li)，使(shi)得在(zai)大(da)電(dian)(dian)流(liu)充(chong)(chong)電(dian)(dian)的情況(kuang)下(xia)，電(dian)(dian)池放電(dian)(dian)容(rong)量下(xia)降(jiang)和電(dian)(dian)池發(fa)熱(re)；若用小電(dian)(dian)流(liu)充(chong)(chong)電(dian)(dian)，雖可克服這個缺點(dian)，但(dan)充(chong)(chong)電(dian)(dian)時間過長(chang)。

　　脈(mo)沖電(dian)(dian)(dian)流充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)在充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)過(guo)程中(zhong)是(shi)斷斷續(xu)續(xu)的(de)。采用這(zhe)種充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)方式可以提高電(dian)(dian)(dian)池的(de)接受(shou)能力(li)、消除電(dian)(dian)(dian)極化作用、縮短充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)時(shi)(shi)間(jian)(jian)、增大(da)放電(dian)(dian)(dian)容量、減少(shao)電(dian)(dian)(dian)池發熱和提高充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)效(xiao)(xiao)率(lv)。但是(shi)目前的(de)脈(mo)沖充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)器的(de)充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)脈(mo)沖寬(kuan)度和間(jian)(jian)歇時(shi)(shi)間(jian)(jian)都是(shi)固(gu)定的(de)，不能根據充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)狀態改變充(chong)(chong)、放電(dian)(dian)(dian)的(de)時(shi)(shi)間(jian)(jian)參數以及適應快速充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)的(de)要求(qiu)，因此充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)效(xiao)(xiao)果受(shou)到了(le)限制。

　　結合(he)以上兩點(dian)，本設計采用了(le)一種更(geng)(geng)好、更(geng)(geng)優(you)化(hua)的(de)充電方(fang)式，即(ji)恒(heng)流限(xian)壓與實時監測的(de)智(zhi)能控(kong)制充電方(fang)式。該充電方(fang)式對主回路開(kai)關電源進(jin)行數字控制輸出電壓(ya)和電流。

　　鎳鎘電(dian)(dian)池(chi)充電(dian)(dian)特性曲線如(ru)圖1所(suo)示。當恒定電(dian)流(liu)充入剛(gang)放完電(dian)的(de)電(dian)池時，由于電(dian)池內阻產生壓降，電(dian)池電(dian)壓很(hen)快上升至A點(dian)。此后，電(dian)(dian)池開(kai)始接受電(dian)(dian)荷(he)，電(dian)(dian)池電(dian)(dian)壓以較低的速率持續上升。在AB之間，電(dian)化學(xue)反應(ying)以一(yi)定(ding)的速率(lv)(lv)產生氧氣，同時氧氣也以同樣的速率(lv)(lv)與氫(qing)氣化臺(tai)，使電(dian)池內(nei)部的溫度(du)和氣體壓力都很低(di)。經過一(yi)定(ding)時間至(zhi)C點，電(dian)解液中開始產生(sheng)氣泡，這些氣泡聚集在極板表(biao)面，使極板的有效面積減小，電(dian)池的內阻抗增(zeng)加。電(dian)池電(dian)壓開始較快上升。這是接近充足電(dian)的信號。

　　充(chong)(chong)足電(dian)(dian)(dian)后，充(chong)(chong)入電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)流不是(shi)(shi)轉換為(wei)(wei)電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)(de)儲能(neng)，而是(shi)(shi)在(zai)正極板(ban)上產(chan)生(sheng)氧氣(qi)超電(dian)(dian)(dian)位。氧氣(qi)是(shi)(shi)由氫氧化(hua)鉀和水組成的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)解液電(dian)(dian)(dian)解而產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)(de)，不是(shi)(shi)由氫氧化(hua)鎘(ge)還原為(wei)(wei)鎘(ge)而產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)(de)。由于從(cong)大量的(de)(de)(de)(de)氫氧離子中比從(cong)很少(shao)的(de)(de)(de)(de)氫氧化(hua)鎘(ge)中更容(rong)易分解出氧氣(qi)，所以電(dian)(dian)(dian)池(chi)內的(de)(de)(de)(de)溫(wen)度急(ji)劇上升，使得電(dian)(dian)(dian)池(chi)電(dian)(dian)(dian)壓下降。因此電(dian)(dian)(dian)池(chi)電(dian)(dian)(dian)壓曲線出現峰值D點。電解液中(zhong)，氧氣的產生和復(fu)合是放熱(re)反應，電池過充電即E點(dian)，不停地產(chan)生(sheng)氧氣，從而使電(dian)池內的溫度和壓(ya)力升(sheng)高。

　　
       3 硬(ying)件電(dian)路
   
       該智(zhi)能(neng)充電器采用單(dan)片機AT89C2051進行(xing)控制(zhi)，使用了開關電(dian)源及A／D、D/A等技術。實現了(le)鎳鎘電池的智能充(chong)電。其(qi)硬件電路如(ru)圖2所示，整個電(dian)路分為開關(guan)電(dian)源(yuan)部分和(he)以單(dan)片機為主(zhu)的(de)控制電(dian)路部分。

　　
       此開關電源屬于(yu)復合式開關電源，采用TL431的(de)精密基準(zhun)和PC817組成(cheng)反饋(kui)電路(lu)。整(zheng)個工(gong)作過程：交流(liu)輸入經濾波、整(zheng)流(liu)后成(cheng)為(wei)直流(liu)高壓(ya)，再(zai)由功率(lv)開關管斬波、高(gao)頻變(bian)壓器降壓后(hou)得到高頻(pin)矩形波(bo)電壓，最后(hou)經過輸出整(zheng)流濾波器，獲得(de)所需(xu)要的直流輸(shu)出(chu)電(dian)(dian)(dian)壓。此開(kai)關(guan)電(dian)(dian)(dian)源達到了：交流輸(shu)入電(dian)(dian)(dian)壓范圍為90～270V，能同時輸出(chu)+5V(作為控制部(bu)分電(dian)源)及4.4~11.3V(主回路(lu))的電(dian)壓(ya)，輸出電(dian)流為(wei)1A。其電(dian)路(lu)如(ru)圖3所示。

       
       控制電路部(bu)分(fen)主要由(you)AT89C2051、ADC TLC0832、運放LM358及(ji)數字電位器X9C102、分壓電阻、電流采樣(yang)電阻組成。單片(pian)機對正在充電的(de)電池進(jin)行實時電壓、電流取樣(yang)，經A／D轉換后(hou)輸(shu)入單片機(ji)。單片機(ji)根據電(dian)(dian)池不同的(de)充電(dian)(dian)狀態采取不同的(de)充電(dian)(dian)算(suan)法，通過(guo)數字電位器對(dui)開關電(dian)源的輸出電(dian)壓進行控制，通過改變電池組端電壓來達到控制充電過(guo)程的(de)目的(de)。

　　電(dian)(dian)路接上蓄電(dian)(dian)池后，充(chong)(chong)電(dian)(dian)過程(cheng)開始，當檢測到(dao)電(dian)(dian)池電(dian)(dian)壓在正(zheng)常范圍內時，充(chong)(chong)電(dian)(dian)器(qi)軟啟動，充(chong)(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)壓、電(dian)(dian)流逐漸增加到(dao)額定(ding)恒(heng)定(ding)充(chong)(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流值，進行恒(heng)流充(chong)(chong)電(dian)(dian)，“正充電”LED燈閃爍，同時開始計時。此(ci)后不斷(duan)檢測電(dian)池電(dian)壓，當電(dian)池電(dian)壓大于或達到規定的最大值(該電池規定的最大值為(wei)10．5V)或充電時間等于5小(xiao)(xiao)時后(hou)，單片(pian)機發出(chu)(chu)指令，減(jian)小(xiao)(xiao)數(shu)控(kong)輸(shu)出(chu)(chu)值大小(xiao)(xiao)，使(shi)充電電流(liu)減(jian)小(xiao)(xiao)，轉為(wei)涓流(liu)充電(0．1A)，“已充滿”LED指示燈亮。這樣就避免了因電池溫(wen)升過(guo)快或嚴重極化，影響充電質量(liang)(liang)、降低蓄電池的使用壽命甚(shen)至產生事故，從(cong)而快速(su)、安全、高(gao)質量(liang)(liang)地(di)完成充電過(guo)程。

　　4 軟件智能控制
   
       在(zai)程序的初(chu)始階段(duan)(duan)首先應對單片機進(jin)行初(chu)始化，然后判斷電池是否連接(jie)正確(que)，根據電池電壓判斷應該進(jin)入哪一個(ge)充電階段(duan)(duan)，即(ji)恒

流或者涓流充電方(fang)式(shi)。恒(heng)流方(fang)式(shi)：不斷檢測流過電池的電流是(shi)否達(da)到(dao)恒(heng)定電流(1A)，如果小于lA則抬高電池兩端的電壓(ya)使之達到lA(在電(dian)池兩端電(dian)壓小于電(dian)池的最大充電(dian)電(dian)壓10．5V的前提下(xia))。涓流方(fang)式(shi)：在電(dian)(dian)池(chi)兩端(duan)電(dian)(dian)壓達到(dao)最大值后(hou)進入(ru)涓流充電(dian)(dian)模式(shi)。程序(xu)結構圖(tu)如圖(tu)4所(suo)示。

      本文提出(chu)一種(zhong)恒(heng)流(liu)限壓、智能(neng)控制的(de)充(chong)(chong)電(dian)(dian)方(fang)案，能(neng)很好地解決鎳鎘蓄電(dian)(dian)池(chi)組在(zai)充(chong)(chong)電(dian)(dian)過(guo)程中存(cun)在(zai)的(de)過(guo)充(chong)(chong)電(dian)(dian)、充(chong)(chong)電(dian)(dian)不(bu)足、發熱等問題(ti)。該充(chong)(chong)電(dian)(dian)器已批量生產并投入使用，效果令人滿意。同(tong)時(shi)，在(zai)已有(you)的(de)基礎上針對不(bu)同(tong)種(zhong)類的(de)電(dian)(dian)池(chi)，只要根據不(bu)同(tong)電(dian)(dian)池(chi)的(de)最佳(jia)充(chong)(chong)電(dian)(dian)曲線(xian)對控制器中的(de)程序進行(xing)相應的(de)調整(zheng)，就能(neng)對不(bu)同(tong)類型的(de)電(dian)(dian)池(chi)進行(xing)充(chong)(chong)電(dian)(dian)。