鎳鎘電池智能充電器的研製

　　蓄電池作為能量的轉存裝置或備用電源被廣泛地應用於各種自動化設備中。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，並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。本文採用恆流限壓、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8．41V3Ah的鎳鎘智能充電器。同一原理完全可設計出用於其他不同類型、不同容量的蓄電池的充電器。

　　1 鎳鎘電池的發展及特點

1899年，Waldmar Jungner首先在開口型鎳鎘蓄電弛中使用了鎳極板，同時，Thomos Edison發明了用於電動車的鎳鐵電池。但是．由於當時這些鹼性蓄電池的極板材料比其他蓄電池的材料貴得多，其實際應用受到了極大的限制。直到1932年，鎳鎘電池經歷了最重要的改進：科學家在鎳電池中開始使用活性物質。1947年，密封型鐮鎘電

池研製成功。

　　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，蓄電池充電器大致可以分為連續電流充電和脈衝電流充電兩大類。

　　連續電流充電因放電容量受到電池接受能力的限制和受到在充電過程中電池極化所產生氣體的阻力，使得在大電流充電的情況下，電池放電容量下降和電池發熱；若用小電流充電，雖可克服這個缺點，但充電時間過長。

　　脈衝電流充電在充電過程中是斷斷續續的。採用這種充電方式可以提高電池的接受能力、消除電極化作用、縮短充電時間、增大放電容量、減少電池發熱和提高充電效率。但是目前的脈衝充電器的充電脈衝寬度和間歇時間都是固定的，不能根據充電狀態改變充、放電的時間參數以及適應快速充電的要求，因此充電效果受到了限制。

　　結合以上兩點，本設計採用了一種更好、更優化的充電方式，即恆流限壓與實時監測的智能控制充電方式。該充電方式對主迴路開關電源進行數字控制輸出電壓和電流。

　　鎳鎘電池充電特性曲線如圖1所示。當恆定電流充入剛放完電的電池時，由於電池內阻產生壓降，電池電壓很快上升至A點。此後，電池開始接受電荷，電池電壓以較低的速率持續上升。在AB之間，電化學反應以一定的速率產生氧氣，同時氧氣也以同樣的速率與氫氣化臺，使電池內部的溫度和氣體壓力都很低。經過一定時間至C點，電解液中開始產生氣泡，這些氣泡聚集在極板表面，使極板的有效面積減小，電池的內阻抗增加。電池電壓開始較快上升。這是接近充足電的信號。

　　充足電後，充入電池的電流不是轉換為電池的儲能，而是在正極板上產生氧氣超電位。氧氣是由氫氧化鉀和水組成的電解液電解而產生的，不是由氫氧化鎘還原為鎘而產生的。由於從大量的氫氧離子中比從很少的氫氧化鎘中更容易分解出氧氣，所以電池內的溫度急劇上升，使得電池電壓下降。因此電池電壓曲線出現峰值D點。電解液中，氧氣的產生和複合是放熱反應，電池過充電即E點，不停地產生氧氣，從而使電池內的溫度和壓力升高。

　　
3 硬體電路

該智能充電器採用單片機AT89C2051進行控制，使用了開關電源及A／D、D/A等技術。實現了鎳鎘電池的智能充電。其硬體電路如圖2所示，整個電路分為開關電源部分和以單片機為主的控制電路部分。