蓄電池作為(wei)能量的轉存(cun)裝置或(huo)備用電源被廣泛地應用(yong)于各種自(zi)動化設(she)備(bei)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 鎳鎘電(dian)池(chi)的發展及(ji)特點
    
       1899年，Waldmar Jungner首先在開(kai)口型鎳鎘蓄電弛(chi)中使(shi)用了鎳極(ji)板，同時，Thomos Edison發(fa)明了用(yong)于電動車的鎳鐵電池。但是(shi)．由(you)于(yu)當時這些堿性蓄電池的(de)極(ji)板材料比其(qi)(qi)他蓄電池的(de)材料貴得多，其(qi)(qi)實際應用受到(dao)了極(ji)大的(de)限(xian)制(zhi)。直到(dao)1932年，鎳鎘電(dian)(dian)池經歷了最重要的(de)改(gai)進(jin)：科學家在鎳電(dian)(dian)池中開始使用活(huo)性物(wu)質。1947年(nian)，密封型鐮鎘電(dian)

池研制(zhi)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(ge)電池(chi)的充電方式及充電特性曲(qu)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(da)致可以(yi)分(fen)為連續(xu)電(dian)流(liu)充(chong)電(dian)和(he)脈沖電(dian)流(liu)充(chong)電(dian)兩(liang)大(da)類。

　　連(lian)續電(dian)(dian)流(liu)充電(dian)(dian)因放電(dian)(dian)容量受(shou)到電(dian)(dian)池接受(shou)能力的限制和受(shou)到在充電(dian)(dian)過(guo)程中電(dian)(dian)池極(ji)化(hua)所產生氣體的阻力，使得(de)在大電(dian)(dian)流(liu)充電(dian)(dian)的情況下，電(dian)(dian)池放電(dian)(dian)容量下降和電(dian)(dian)池發熱；若(ruo)用小電(dian)(dian)流(liu)充電(dian)(dian)，雖可克服這個(ge)缺點，但充電(dian)(dian)時(shi)間(jian)過(guo)長。

　　脈(mo)(mo)沖電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流充電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)在充電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)過程中是斷斷續續的(de)(de)。采(cai)用這種充電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)方式(shi)可以提高電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)接受能(neng)力(li)、消(xiao)除(chu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極化(hua)作用、縮短充電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)時間、增大放電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容量(liang)、減少電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)發(fa)熱(re)和提高充電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)效率。但是目前的(de)(de)脈(mo)(mo)沖充電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)器(qi)的(de)(de)充電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)脈(mo)(mo)沖寬度和間歇(xie)時間都是固定的(de)(de)，不能(neng)根據充電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)狀態改變充、放電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)(de)時間參數以及適應快速充電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)(de)要求，因此充電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)效果受到了(le)限(xian)制。

　　結合(he)以上兩點，本設計采用了一(yi)種更好、更優化的(de)充電方(fang)式(shi)，即恒流(liu)限壓與(yu)實時監測的(de)智能(neng)控(kong)制(zhi)充電方(fang)式(shi)。該充電方(fang)式(shi)對主回路開關電(dian)源進(jin)行數字控(kong)制輸出電(dian)壓和電(dian)流。

　　鎳(nie)鎘電池充電特性(xing)曲(qu)線如圖1所示。當恒定電流充(chong)入剛放完(wan)電的電池時，由于電池內(nei)阻產生壓降，電池電壓很快上升(sheng)至A點(dian)。此后，電池開始(shi)接受電荷，電池電壓以較低的速率持續上升。在AB之間(jian)，電化(hua)學反應以(yi)一定(ding)的(de)速(su)率產(chan)生氧氣，同時氧氣也以(yi)同樣的(de)速(su)率與氫(qing)氣化(hua)臺，使電池內部的(de)溫度和氣體壓力都很低。經過(guo)一定(ding)時間(jian)至(zhi)C點(dian)，電(dian)(dian)(dian)解液(ye)中開(kai)(kai)始產生(sheng)氣泡，這(zhe)些氣泡聚集(ji)在極板表面，使極板的(de)有效面積減小，電(dian)(dian)(dian)池的(de)內阻抗增加。電(dian)(dian)(dian)池電(dian)(dian)(dian)壓開(kai)(kai)始較快(kuai)上升。這(zhe)是接近(jin)充足電(dian)(dian)(dian)的(de)信(xin)號。

　　充(chong)足電(dian)后，充(chong)入(ru)電(dian)池的(de)電(dian)流(liu)不(bu)是(shi)(shi)轉換為電(dian)池的(de)儲能，而(er)是(shi)(shi)在(zai)正極板上產(chan)生氧(yang)氣(qi)超電(dian)位。氧(yang)氣(qi)是(shi)(shi)由(you)氫氧(yang)化(hua)鉀和(he)水組成的(de)電(dian)解液電(dian)解而(er)產(chan)生的(de)，不(bu)是(shi)(shi)由(you)氫氧(yang)化(hua)鎘還原為鎘而(er)產(chan)生的(de)。由(you)于從(cong)大量的(de)氫氧(yang)離子中比從(cong)很少的(de)氫氧(yang)化(hua)鎘中更(geng)容易分解出氧(yang)氣(qi)，所(suo)以電(dian)池內的(de)溫度急(ji)劇上升，使(shi)得電(dian)池電(dian)壓下降(jiang)。因此(ci)電(dian)池電(dian)壓曲(qu)線出現峰值(zhi)D點。電解液中，氧氣的產生和復合是(shi)放熱反應(ying)，電池過充(chong)電即(ji)E點，不(bu)停(ting)地產生氧(yang)氣(qi)，從(cong)而使(shi)電池內的(de)溫度和壓力升(sheng)高。

　　
       3 硬件電路
   
       該(gai)智能充電(dian)器采(cai)用單片機AT89C2051進(jin)行(xing)控制(zhi)，使用了(le)開關電源及A／D、D/A等技(ji)術。實現了鎳鎘電池的智能(neng)充電。其硬件電路(lu)如圖2所示，整個電(dian)路(lu)分為(wei)開關(guan)電(dian)源部分和(he)以單(dan)片機為(wei)主的控制電(dian)路(lu)部分。

　　
       此開(kai)關(guan)電源屬(shu)于復(fu)合式開(kai)關(guan)電源，采用TL431的精密基準(zhun)和(he)PC817組成反饋電路。整個(ge)工作(zuo)過程(cheng)：交流輸入經濾波(bo)、整流后成為直流高壓，再由功率開關管斬波、高頻變壓器降壓后(hou)得到(dao)高(gao)頻矩形(xing)波(bo)電壓，最后(hou)經過(guo)輸出整流濾波器，獲得所需要的直流輸(shu)出電(dian)壓。此開關電(dian)源達到了：交流輸(shu)入電(dian)壓范圍為90～270V，能(neng)同時輸出+5V(作為控制部分電源)及4.4~11.3V(主回(hui)路(lu))的電(dian)壓，輸出(chu)電(dian)流為1A。其電路(lu)如(ru)圖(tu)3所示。

       
       控(kong)制電路部(bu)分主(zhu)要由AT89C2051、ADC TLC0832、運放LM358及(ji)數字電位器X9C102、分(fen)壓電阻、電流采樣電(dian)阻組成(cheng)。單片機(ji)對正在充電的(de)電池進行實時電壓(ya)、電流取(qu)樣，經A／D轉換(huan)后輸入(ru)單片機。單片機根據電(dian)池(chi)不(bu)同(tong)的充電(dian)狀態采取不(bu)同(tong)的充電(dian)算法，通過數字電位器對開關(guan)電(dian)(dian)源的輸出(chu)電(dian)(dian)壓進(jin)行控制(zhi)，通過改變電池組端(duan)電(dian)壓來達到(dao)控制(zhi)充電(dian)過程的目的。

　　電(dian)(dian)(dian)路接上蓄電(dian)(dian)(dian)池后，充電(dian)(dian)(dian)過程開始，當檢測到電(dian)(dian)(dian)池電(dian)(dian)(dian)壓(ya)在正(zheng)常范圍內時，充電(dian)(dian)(dian)器軟啟動，充電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)、電(dian)(dian)(dian)流(liu)逐漸增加到額(e)定恒(heng)定充電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)流(liu)值，進行恒(heng)流(liu)充電(dian)(dian)(dian)，“正充(chong)電(dian)”LED燈閃爍，同時(shi)開始計時(shi)。此后不斷檢(jian)測(ce)電池(chi)電壓，當電池(chi)電壓大于或達到規定(ding)的最(zui)大值(該電(dian)池(chi)規定的最大值為(wei)10．5V)或充電時間等于5小(xiao)時后，單(dan)片機發出指令，減(jian)小(xiao)數控(kong)輸出值大(da)小(xiao)，使(shi)充電(dian)電(dian)流減(jian)小(xiao)，轉為涓(juan)流充電(dian)(0．1A)，“已充滿(man)”LED指示(shi)燈亮。這樣就(jiu)避(bi)免了因(yin)電(dian)(dian)(dian)池(chi)溫升過快或嚴重極化，影響充電(dian)(dian)(dian)質量、降低蓄(xu)電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)使用(yong)壽命甚至產生事故，從而(er)快速、安全、高(gao)質量地完成(cheng)充電(dian)(dian)(dian)過程。

　　4 軟件智能控制(zhi)
   
       在程序的初始(shi)(shi)階(jie)段(duan)首先應(ying)對單片機進行(xing)初始(shi)(shi)化，然后判(pan)斷電池是否連接正(zheng)確，根據電池電壓判(pan)斷應(ying)該進入哪一(yi)個充電階(jie)段(duan)，即恒

流或者涓流充電方式。恒(heng)流方式：不斷檢測流過電池的電流是否達到恒(heng)定電流(1A)，如果小于lA則抬高電(dian)池兩(liang)端(duan)的電(dian)壓使之達(da)到lA(在電(dian)池兩端電(dian)壓小于(yu)電(dian)池的(de)最大充電(dian)電(dian)壓10．5V的前提下(xia))。涓流方式：在電(dian)(dian)池兩(liang)端電(dian)(dian)壓達到最(zui)大(da)值后進入涓流充(chong)電(dian)(dian)模式。程(cheng)序結(jie)構圖如圖4所示。

      本文提出一種恒流限壓(ya)、智能(neng)控制的(de)(de)充(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)方案，能(neng)很好地解(jie)決鎳(nie)鎘蓄(xu)電(dian)(dian)池(chi)(chi)組在充(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)過程中存在的(de)(de)過充(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)、充(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)不足(zu)、發熱(re)等(deng)問(wen)題。該(gai)充(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)器已(yi)批量生(sheng)產并投入使用，效果令人滿意。同(tong)時，在已(yi)有(you)的(de)(de)基礎上(shang)針對不同(tong)種類(lei)的(de)(de)電(dian)(dian)池(chi)(chi)，只要根據不同(tong)電(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)最佳(jia)充(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)曲線對控制器中的(de)(de)程序進(jin)行(xing)(xing)相應的(de)(de)調整，就(jiu)能(neng)對不同(tong)類(lei)型的(de)(de)電(dian)(dian)池(chi)(chi)進(jin)行(xing)(xing)充(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)。