蓄電池作為能(neng)量的轉存(cun)裝(zhuang)置(zhi)或(huo)備用(yong)電(dian)源被廣泛地應用于各種(zhong)自動(dong)化設備中。使(shi)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(suo)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 鎳鎘電池的發展及特(te)點(dian)
    
       1899年，Waldmar Jungner首(shou)先在(zai)開口型鎳(nie)鎘(ge)蓄(xu)電(dian)弛中(zhong)使用了鎳(nie)極板，同時，Thomos Edison發明了(le)用于電動車的(de)鎳鐵電池。但(dan)是．由于當時這些(xie)堿性蓄電(dian)池的極(ji)板材料比其(qi)他(ta)蓄電(dian)池的材料貴(gui)得多，其(qi)實際(ji)應用受到了極(ji)大的限制。直到1932年，鎳鎘電池經歷了最重(zhong)要的改進：科(ke)學家在鎳電池中開始(shi)使用活性(xing)物質。1947年(nian)，密封型鐮鎘電

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(nie)鎘(ge)電池的充(chong)電方式(shi)及充(chong)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，蓄電池充電器大致可(ke)以(yi)分為連續電(dian)(dian)流充電(dian)(dian)和脈沖電(dian)(dian)流充電(dian)(dian)兩大類(lei)。

　　連(lian)續電(dian)流充(chong)電(dian)因(yin)放(fang)電(dian)容量受(shou)到(dao)(dao)電(dian)池(chi)(chi)接受(shou)能力(li)的(de)限制和(he)受(shou)到(dao)(dao)在充(chong)電(dian)過(guo)程中電(dian)池(chi)(chi)極化所(suo)產生氣體的(de)阻力(li)，使得在大電(dian)流充(chong)電(dian)的(de)情況(kuang)下(xia)，電(dian)池(chi)(chi)放(fang)電(dian)容量下(xia)降和(he)電(dian)池(chi)(chi)發熱；若用小電(dian)流充(chong)電(dian)，雖可克(ke)服這個缺點，但(dan)充(chong)電(dian)時間過(guo)長。

　　脈(mo)沖(chong)電(dian)(dian)流(liu)充(chong)電(dian)(dian)在充(chong)電(dian)(dian)過程(cheng)中是(shi)斷(duan)斷(duan)續(xu)續(xu)的(de)。采(cai)用(yong)這種(zhong)充(chong)電(dian)(dian)方式可以(yi)(yi)提(ti)高電(dian)(dian)池(chi)的(de)接受能(neng)力、消除電(dian)(dian)極化作用(yong)、縮短充(chong)電(dian)(dian)時間(jian)(jian)、增大(da)放電(dian)(dian)容(rong)量、減少電(dian)(dian)池(chi)發熱和(he)提(ti)高充(chong)電(dian)(dian)效率。但是(shi)目(mu)前的(de)脈(mo)沖(chong)充(chong)電(dian)(dian)器的(de)充(chong)電(dian)(dian)脈(mo)沖(chong)寬度和(he)間(jian)(jian)歇時間(jian)(jian)都是(shi)固定(ding)的(de)，不能(neng)根據充(chong)電(dian)(dian)狀態改變充(chong)、放電(dian)(dian)的(de)時間(jian)(jian)參數以(yi)(yi)及適應快速充(chong)電(dian)(dian)的(de)要求，因此充(chong)電(dian)(dian)效果(guo)受到了限制(zhi)。

　　結合以上兩點，本設計采(cai)用了一種更好、更優化(hua)的(de)(de)充電(dian)方式，即恒(heng)流限(xian)壓與實時監測(ce)的(de)(de)智能控制(zhi)充電(dian)方式。該充電(dian)方式對主回路開(kai)關電(dian)源進行數字(zi)控制輸出電(dian)壓和電(dian)流。

　　鎳鎘電池充電特性曲線如圖1所(suo)示。當恒定電(dian)流充入剛放完電(dian)的電(dian)池(chi)時，由于電(dian)池(chi)內阻(zu)產生壓(ya)降，電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)很快上(shang)升至A點(dian)。此后，電池開始接(jie)受電荷(he)，電池電壓以較低的速(su)率持續上升。在(zai)AB之間，電化學反(fan)應以一定的速(su)率產生氧氣，同時氧氣也以同樣的速(su)率與氫氣化臺，使電池內部的溫度(du)和氣體壓力都很(hen)低。經過一定時間至C點(dian)，電解液中開(kai)始(shi)產(chan)生氣(qi)泡，這(zhe)些氣(qi)泡聚集在極(ji)板表面，使極(ji)板的(de)有效面積減小，電池的(de)內阻抗增(zeng)加。電池電壓(ya)開(kai)始(shi)較快(kuai)上升。這(zhe)是接近充(chong)足電的(de)信號。

　　充足電(dian)(dian)(dian)后，充入電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)流(liu)不是轉換為(wei)電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)儲能，而(er)是在(zai)正極板上產生(sheng)氧氣(qi)超電(dian)(dian)(dian)位。氧氣(qi)是由氫氧化(hua)鉀和水組(zu)成的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)液電(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)而(er)產生(sheng)的(de)(de)，不是由氫氧化(hua)鎘還原為(wei)鎘而(er)產生(sheng)的(de)(de)。由于從(cong)大量的(de)(de)氫氧離子中比從(cong)很少的(de)(de)氫氧化(hua)鎘中更容(rong)易分解(jie)(jie)出氧氣(qi)，所以電(dian)(dian)(dian)池(chi)內的(de)(de)溫(wen)度急劇(ju)上升(sheng)，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(dian)。電(dian)解液中(zhong)，氧氣的產生和復合是放熱反應，電(dian)池過充(chong)電(dian)即E點，不(bu)停地產生(sheng)氧氣，從而使電池內的溫(wen)度和壓力升(sheng)高。

　　
       3 硬件電路
   
       該智(zhi)能充電器采用單片機(ji)AT89C2051進行(xing)控制，使(shi)用(yong)了開關電源(yuan)及(ji)A／D、D/A等技術。實現了鎳(nie)鎘電池的智能充(chong)電。其硬件電路如圖2所示(shi)，整個電路分為(wei)開關電源部分和(he)以單片(pian)機為(wei)主(zhu)的控制電路部分。

　　
       此開關(guan)電源屬于復合式開關(guan)電源，采(cai)用TL431的精密基準和PC817組成(cheng)反饋電(dian)路。整(zheng)個(ge)工作過程(cheng)：交流輸入經濾波、整(zheng)流后(hou)成(cheng)為(wei)直(zhi)流高壓，再由功率開關管斬波、高頻變壓器降(jiang)壓后得(de)到高頻矩形波(bo)電壓，最后經過輸出整(zheng)流濾(lv)波器，獲得(de)所需要(yao)的直流輸出電(dian)壓。此開關電(dian)源(yuan)達(da)到(dao)了(le)：交流輸入電(dian)壓范(fan)圍為90～270V，能同(tong)時輸(shu)出+5V(作(zuo)為控(kong)制部(bu)分(fen)電源(yuan))及(ji)4.4~11.3V(主回路)的電(dian)壓(ya)，輸出(chu)電(dian)流為1A。其電路如圖3所(suo)示。

       
       控制電路(lu)部分(fen)主要(yao)由AT89C2051、ADC TLC0832、運放LM358及數字電位(wei)器X9C102、分壓(ya)電阻、電流采樣電阻(zu)組成。單片機對正(zheng)在充電(dian)(dian)的電(dian)(dian)池進行實(shi)時電(dian)(dian)壓、電(dian)(dian)流取樣，經(jing)A／D轉換后輸入單片機(ji)。單片機(ji)根據電池不同的(de)充(chong)電狀態(tai)采(cai)取不同的(de)充(chong)電算法，通過(guo)數(shu)字電位器對(dui)開關(guan)電源(yuan)的輸出(chu)電壓進(jin)行(xing)控制，通過改變電池組端電(dian)壓來達到控制充(chong)電(dian)過(guo)程的目(mu)的。

　　電(dian)路接上蓄電(dian)池后，充(chong)(chong)電(dian)過程開始，當檢測到(dao)電(dian)池電(dian)壓(ya)在正(zheng)常范圍內時，充(chong)(chong)電(dian)器軟啟動，充(chong)(chong)電(dian)電(dian)壓(ya)、電(dian)流逐漸增加到(dao)額定(ding)恒定(ding)充(chong)(chong)電(dian)電(dian)流值，進行(xing)恒流充(chong)(chong)電(dian)，“正充電”LED燈(deng)閃爍，同時開始計時。此(ci)后(hou)不斷檢測電(dian)池(chi)電(dian)壓，當電(dian)池(chi)電(dian)壓大于或達到規定的最大值(該電池規定的最大值(zhi)為10．5V)或(huo)充電時(shi)間等于5小時后，單片機發(fa)出(chu)指令，減小數控輸出(chu)值大小，使充電(dian)電(dian)流減小，轉為涓流充電(dian)(0．1A)，“已充(chong)滿”LED指(zhi)示燈亮。這(zhe)樣就避免了因電(dian)(dian)池溫升過(guo)快或嚴重極化，影響充電(dian)(dian)質量(liang)、降低蓄電(dian)(dian)池的使(shi)用(yong)壽命甚(shen)至產生事故，從而快速、安全、高質量(liang)地完成充電(dian)(dian)過(guo)程(cheng)。

　　4 軟件智能(neng)控制
   
       在程(cheng)序的初(chu)(chu)始階段首先應對單片(pian)機(ji)進行初(chu)(chu)始化，然后判斷(duan)電池是否連(lian)接正(zheng)確(que)，根據電池電壓判斷(duan)應該(gai)進入哪一(yi)個(ge)充(chong)電階段，即恒

流(liu)或者涓流(liu)充電(dian)方(fang)式。恒流(liu)方(fang)式：不斷檢(jian)測流(liu)過電(dian)池的電(dian)流(liu)是否達到恒定電(dian)流(liu)(1A)，如(ru)果小(xiao)于lA則抬高電池兩(liang)端的(de)電壓使之達(da)到lA(在電池兩端電壓小于(yu)電池的最(zui)大充(chong)電電壓10．5V的前提下)。涓(juan)流方式(shi)：在電池兩端電壓達到最(zui)大值后進入(ru)涓(juan)流充電模式(shi)。程序結構圖(tu)如圖(tu)4所示。

      本(ben)文提出一種恒流(liu)限壓、智(zhi)能控制的(de)充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)方案，能很好地解(jie)決鎳鎘(ge)蓄電(dian)(dian)(dian)池(chi)組(zu)在(zai)充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)過程中存在(zai)的(de)過充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)、充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)不足(zu)、發(fa)熱(re)等(deng)問題。該充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)器已批(pi)量(liang)生(sheng)產并投入使用，效果令人(ren)滿意。同時，在(zai)已有的(de)基礎上針(zhen)對不同種類的(de)電(dian)(dian)(dian)池(chi)，只要根據不同電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)最佳充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)曲(qu)線(xian)對控制器中的(de)程序進行相應(ying)的(de)調整(zheng)，就能對不同類型(xing)的(de)電(dian)(dian)(dian)池(chi)進行充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)。