蓄電池作為能量的轉(zhuan)存裝置或(huo)備用(yong)電源被廣泛(fan)地應(ying)用(yong)于(yu)各(ge)種(zhong)自動化設(she)備中(zhong)。使用(yong)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(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 鎳鎘(ge)電(dian)池的發(fa)展及特點
    
       1899年，Waldmar Jungner首先(xian)在開(kai)口型(xing)鎳鎘蓄電弛中使用了鎳極板，同時，Thomos Edison發明了用于(yu)電動車的鎳鐵電池。但是．由于(yu)當時這(zhe)些(xie)堿性蓄(xu)電(dian)池的極板材料比其他蓄(xu)電(dian)池的材料貴(gui)得(de)多，其實(shi)際(ji)應用(yong)受到了極大的限制。直到1932年，鎳鎘(ge)電池(chi)經歷了最(zui)重要的(de)改(gai)進：科學家在(zai)鎳電池(chi)中開(kai)始使用(yong)活(huo)性物(wu)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(nie)鎘電(dian)池的充(chong)(chong)電(dian)方式及(ji)充(chong)(chong)電(dian)特性(xing)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，蓄電池充電器大致可以分為(wei)連續電(dian)(dian)流充(chong)電(dian)(dian)和脈沖(chong)電(dian)(dian)流充(chong)電(dian)(dian)兩(liang)大類。

　　連續(xu)電(dian)(dian)流充電(dian)(dian)因放電(dian)(dian)容(rong)量受到(dao)電(dian)(dian)池(chi)(chi)接受能力的(de)限制(zhi)和受到(dao)在充電(dian)(dian)過程(cheng)中電(dian)(dian)池(chi)(chi)極化所產生氣體(ti)的(de)阻力，使得在大電(dian)(dian)流充電(dian)(dian)的(de)情(qing)況下，電(dian)(dian)池(chi)(chi)放電(dian)(dian)容(rong)量下降和電(dian)(dian)池(chi)(chi)發熱(re)；若用小電(dian)(dian)流充電(dian)(dian)，雖可克服這個(ge)缺(que)點(dian)，但充電(dian)(dian)時間過長。

　　脈(mo)沖(chong)電(dian)(dian)流充(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)在(zai)充(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)過程中是(shi)斷斷續續的(de)(de)(de)。采用(yong)這種充(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)方式可以提高(gao)電(dian)(dian)池的(de)(de)(de)接受能力、消除電(dian)(dian)極(ji)化作(zuo)用(yong)、縮短充(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)時間(jian)、增大放電(dian)(dian)容(rong)量、減(jian)少(shao)電(dian)(dian)池發熱和提高(gao)充(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)效(xiao)率。但是(shi)目前的(de)(de)(de)脈(mo)沖(chong)充(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)器的(de)(de)(de)充(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)脈(mo)沖(chong)寬度和間(jian)歇時間(jian)都是(shi)固定的(de)(de)(de)，不(bu)能根據充(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)狀態(tai)改變充(chong)(chong)(chong)(chong)、放電(dian)(dian)的(de)(de)(de)時間(jian)參數以及適應快速充(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)的(de)(de)(de)要(yao)求，因此充(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)效(xiao)果受到了限(xian)制。

　　結合以上兩點(dian)，本設計采用了一種更(geng)好、更(geng)優化的(de)充電方(fang)(fang)式(shi)，即恒(heng)流(liu)限(xian)壓與實時(shi)監(jian)測的(de)智(zhi)能控制充電方(fang)(fang)式(shi)。該(gai)充電方(fang)(fang)式(shi)對主回(hui)路開關電(dian)源進行數字控制輸出電(dian)壓(ya)和電(dian)流(liu)。

　　鎳鎘電(dian)池充電(dian)特性(xing)曲線如圖(tu)1所示。當恒定(ding)電(dian)(dian)(dian)流充入剛放(fang)完電(dian)(dian)(dian)的(de)電(dian)(dian)(dian)池(chi)時，由于電(dian)(dian)(dian)池(chi)內阻產生壓(ya)降，電(dian)(dian)(dian)池(chi)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)很(hen)快上升至A點(dian)。此(ci)后(hou)，電(dian)池開始接受電(dian)荷，電(dian)池電(dian)壓(ya)以較(jiao)低的速(su)率持續上升。在(zai)AB之間(jian)，電(dian)化(hua)學(xue)反應以(yi)一定(ding)的(de)速率產生氧氣，同(tong)(tong)時(shi)氧氣也(ye)以(yi)同(tong)(tong)樣的(de)速率與(yu)氫氣化(hua)臺，使(shi)電(dian)池(chi)內部的(de)溫(wen)度和(he)氣體壓(ya)力(li)都很低(di)。經過一定(ding)時(shi)間(jian)至C點(dian)，電(dian)(dian)解液中開(kai)始(shi)產生氣泡，這(zhe)些氣泡聚集在極板表面(mian)，使極板的有(you)效面(mian)積減小，電(dian)(dian)池的內阻抗增加。電(dian)(dian)池電(dian)(dian)壓開(kai)始(shi)較快上升。這(zhe)是接(jie)近充足電(dian)(dian)的信(xin)號。

　　充足電(dian)(dian)后，充入電(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)電(dian)(dian)流不是(shi)轉(zhuan)換(huan)為電(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)儲能，而是(shi)在(zai)正極板上產(chan)生(sheng)氧(yang)氣(qi)(qi)超電(dian)(dian)位。氧(yang)氣(qi)(qi)是(shi)由氫(qing)氧(yang)化鉀和水(shui)組成(cheng)的(de)電(dian)(dian)解(jie)(jie)液電(dian)(dian)解(jie)(jie)而產(chan)生(sheng)的(de)，不是(shi)由氫(qing)氧(yang)化鎘還(huan)原為鎘而產(chan)生(sheng)的(de)。由于(yu)從大量的(de)氫(qing)氧(yang)離子(zi)中比從很少的(de)氫(qing)氧(yang)化鎘中更容(rong)易分(fen)解(jie)(jie)出氧(yang)氣(qi)(qi)，所以(yi)電(dian)(dian)池(chi)(chi)內的(de)溫度急劇上升，使(shi)得電(dian)(dian)池(chi)(chi)電(dian)(dian)壓下降(jiang)。因(yin)此電(dian)(dian)池(chi)(chi)電(dian)(dian)壓曲線(xian)出現峰值D點。電解液中，氧(yang)氣(qi)的(de)產生和復合是放熱反應，電池過(guo)充電即E點，不停地產(chan)生氧氣(qi)，從而使(shi)電池內(nei)的溫度和(he)壓力(li)升高。

　　
       3 硬件電路
   
       該智能充電器采用(yong)單片機AT89C2051進行控制，使(shi)用了開關電源(yuan)及A／D、D/A等技術。實現(xian)了鎳鎘(ge)電(dian)(dian)池的智能(neng)充電(dian)(dian)。其硬件電(dian)(dian)路如圖2所示，整個(ge)電路分為(wei)開關電源部分和以(yi)單片機為(wei)主(zhu)的控(kong)制(zhi)電路部分。

　　
       此開(kai)關(guan)電源(yuan)屬于復合式(shi)開(kai)關(guan)電源(yuan)，采用TL431的精密基準和PC817組成反饋電(dian)路。整(zheng)個工作過程：交流(liu)輸入(ru)經濾波、整(zheng)流(liu)后成為(wei)直流(liu)高壓，再(zai)由功(gong)率開(kai)關管斬波、高(gao)頻變壓器降壓后得到高頻(pin)矩形波電(dian)壓，最后經過輸出整流濾(lv)波(bo)器，獲(huo)得所需要(yao)的(de)直流輸(shu)出電壓。此開關電源達到了(le)：交流輸(shu)入電壓范(fan)圍為(wei)90～270V，能同時輸出+5V(作為控制部分電源)及(ji)4.4~11.3V(主回路)的電壓，輸出電流(liu)為1A。其電路如圖3所示。

       
       控制(zhi)電路部分(fen)主要由(you)AT89C2051、ADC TLC0832、運放LM358及數字電位器X9C102、分壓電阻、電流采樣電阻組成。單(dan)片機對正在充電(dian)(dian)的電(dian)(dian)池(chi)進行實時電(dian)(dian)壓、電(dian)(dian)流(liu)取樣，經A／D轉換后(hou)輸(shu)入單片機。單片機根據電池不同的充(chong)電狀態采取不同的充(chong)電算法(fa)，通(tong)過數字電位器對開關電(dian)源的輸出電(dian)壓(ya)進行控制，通過改變電(dian)池組端電壓來達到(dao)控(kong)制充電過程的(de)目(mu)的(de)。

　　電(dian)(dian)路(lu)接(jie)上(shang)蓄電(dian)(dian)池后，充(chong)(chong)電(dian)(dian)過程開始，當檢測到電(dian)(dian)池電(dian)(dian)壓(ya)在正(zheng)常范圍內時，充(chong)(chong)電(dian)(dian)器(qi)軟啟動(dong)，充(chong)(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)壓(ya)、電(dian)(dian)流逐漸增加到額定恒定充(chong)(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流值，進行恒流充(chong)(chong)電(dian)(dian)，“正充電”LED燈閃爍，同時(shi)開始計時(shi)。此后不斷檢測電(dian)池電(dian)壓(ya)，當電(dian)池電(dian)壓(ya)大(da)于或(huo)達到規定(ding)的最(zui)大(da)值(該電池(chi)規定的最大值為(wei)10．5V)或(huo)充電時間等于5小(xiao)(xiao)時后，單片機(ji)發(fa)出(chu)指令，減小(xiao)(xiao)數控輸出(chu)值大小(xiao)(xiao)，使充電(dian)(dian)電(dian)(dian)流減小(xiao)(xiao)，轉(zhuan)為涓流充電(dian)(dian)(0．1A)，“已充滿”LED指示(shi)燈亮。這樣就避免了(le)因電(dian)池(chi)(chi)溫(wen)升過(guo)快或嚴重極化，影響充電(dian)質量(liang)、降低蓄電(dian)池(chi)(chi)的使用壽(shou)命甚至產生事故，從(cong)而快速、安全、高質量(liang)地完成充電(dian)過(guo)程(cheng)。

　　4 軟件智能控制
   
       在程序的(de)初(chu)始階段(duan)首先應(ying)對單片(pian)機(ji)進行(xing)初(chu)始化，然后(hou)判(pan)斷電(dian)池是否連接正確，根據電(dian)池電(dian)壓(ya)判(pan)斷應(ying)該進入哪一(yi)個充電(dian)階段(duan)，即恒

流或者涓流充電(dian)方式(shi)。恒(heng)流方式(shi)：不(bu)斷(duan)檢測流過電(dian)池(chi)的(de)電(dian)流是否達到恒(heng)定電(dian)流(1A)，如果小于lA則(ze)抬高電池兩(liang)端(duan)的電壓使之達到lA(在電(dian)(dian)池(chi)兩(liang)端電(dian)(dian)壓(ya)小于電(dian)(dian)池(chi)的最大充電(dian)(dian)電(dian)(dian)壓(ya)10．5V的前提(ti)下)。涓(juan)流方(fang)式(shi)(shi)：在電池兩端電壓達(da)到最大(da)值后進入涓(juan)流充電模(mo)式(shi)(shi)。程序結構圖如圖4所示(shi)。

      本文提出一種恒(heng)流限壓、智能(neng)控(kong)制(zhi)的(de)充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)方案，能(neng)很好(hao)地解決鎳鎘蓄電(dian)(dian)(dian)池(chi)組在充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)過程(cheng)中存在的(de)過充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)、充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)不足、發熱(re)等問題。該充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)器已批(pi)量生產(chan)并投入使(shi)用(yong)，效(xiao)果令人滿意。同時(shi)，在已有的(de)基礎上針(zhen)對(dui)不同種類的(de)電(dian)(dian)(dian)池(chi)，只要根(gen)據不同電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)最(zui)佳(jia)充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)曲線對(dui)控(kong)制(zhi)器中的(de)程(cheng)序進行(xing)相(xiang)應(ying)的(de)調整，就能(neng)對(dui)不同類型(xing)的(de)電(dian)(dian)(dian)池(chi)進行(xing)充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)。