蓄電池作為能量的轉(zhuǎn)存裝置或備用電源被廣泛地應(yīng)用于各種自動(dòng)化設(shè)備中。使用普通的充電器對(duì)蓄電池充電容易發(fā)生過(guò)充電或充電不足的現(xiàn)象,。過(guò)充電,，可使蓄電池發(fā)熱，電解液失水,；充電不足,，可使蓄電池內(nèi)化學(xué)反應(yīng)不充分，并且長(zhǎng)期充電不足會(huì)導(dǎo)致蓄電池容量下降,。以上兩種情況都會(huì)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的智能控制充電方法設(shè)計(jì)了一種對(duì)講機(jī)所使用的8.4V3Ah的鎳鎘智能充電器。同一原理完全可設(shè)計(jì)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(fā)展及特點(diǎn)
　　1899年，Waldmar Jungner首先在開口型鎳鎘蓄電池中使用了鎳極板,，同時(shí),，Thomas Edison發(fā)明了用于電動(dòng)車的鎳鐵電池。但是,，由于當(dāng)時(shí)這些堿性蓄電池的極板材料比其他蓄電池的材料貴得多,，其實(shí)際應(yīng)用受到了極大的限制。直到1932年,，鎳鎘電池經(jīng)歷了最重要的改進(jìn)：科學(xué)家在鎳電池中開始使用活性物質(zhì),。1947年，密封型鎳鎘電池研制成功,。
　　鎳鎘電池的特點(diǎn)是效率高,、循環(huán)壽命長(zhǎng),、能量密度大,、體積小、重量輕,、結(jié)構(gòu)緊湊,、不需要維護(hù)，因此在工業(yè)和消費(fèi)產(chǎn)品中得到了廣泛應(yīng)用,。
2 鎳鎘電池的充電方式及充電特性曲線
　　充電器能否達(dá)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(lái),，蓄電池充電器大致可以分為連續(xù)電流充電和脈沖電流充電兩大類。
　　連續(xù)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(guò)程" title="充電過(guò)程">充電過(guò)程中電池極化所產(chǎn)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(fā)熱；若用小電流充電,，雖可克服這個(gè)缺點(diǎn),，但充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。
　　脈沖電流充電在充電過(guò)程中是斷斷續(xù)續(xù)的,。采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(shí)間,、增大放電容量,、減少電池發(fā)熱和提高充電效率。但是目前的脈沖充電器的充電脈沖寬度和間歇時(shí)間都是固定的,，不能根據(jù)充電狀態(tài)改變充,、放電的時(shí)間參數(shù)以及適應(yīng)快速充電的要求，因此充電效果受到了限制,。
　　結(jié)合以上兩點(diǎn),，本設(shè)計(jì)采用了一種更好、更優(yōu)化的充電方式,，即恒流限壓與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的智能控制充電方式,。該充電方式對(duì)主回路開關(guān)電源進(jìn)行數(shù)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(dāng)恒定電流充入剛放完電的電池時(shí),，由于電池內(nèi)阻產(chǎn)生壓降，電池電壓" title="電池電壓">電池電壓很快上升至A點(diǎn),。此后,，電池開始接受電荷，電池電壓以較低的速率持續(xù)上升,。在AB之間,，電化學(xué)反應(yīng)以一定的速率產(chǎn)生氧氣，同時(shí)氧氣也以同樣的速率與氫氣化合,，使電池內(nèi)部的溫度和氣體壓力都很低,。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間至C點(diǎn)，電解液中開始產(chǎn)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(nèi)阻抗增加，電池電壓開始較快上升,。這是接近充足電的信號(hào),。

　　充足電后，充入電池的電流不是轉(zhuǎn)換為電池的儲(chǔ)能,，而是在正極板上產(chǎn)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(chǎn)生的，不是由氫氧化鎘還原為鎘而產(chǎn)生的,。由于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(nèi)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(xiàn)峰值D點(diǎn),。電解液中，氧氣的產(chǎn)生和復(fù)合是放熱反應(yīng),，電池過(guò)充電即E點(diǎn),，不停地產(chǎn)生氧氣，從而使電池內(nèi)的溫度和壓力升高,。
3 硬件電路
　　該智能充電器采用單片機(jī)AT89C2051進(jìn)行控制,，使用了開關(guān)電源及A/D 、D/A等技術(shù),，實(shí)現(xiàn)了鎳鎘電池的智能充電,。其硬件電路如圖2所示，整個(gè)電路分為開關(guān)電源部分和以單片機(jī)為主的控制電路部分,。

　　此開關(guān)電源屬于復(fù)合式開關(guān)電源,，采用TL431的精密基準(zhǔn)和PC817組成反饋電路。整個(gè)工作過(guò)程：交流輸入經(jīng)濾波,、整流后成為直流高壓,，再由功率開關(guān)管斬波、高頻變壓器降壓后得到高頻矩形波電壓,，最后經(jīng)過(guò)輸出整流濾波器,，獲得所需要的直流輸出電壓。此開關(guān)電源達(dá)到了：交流輸入電壓范圍為90～270V,，能同時(shí)輸出＋5V(作為控制部分電源)及4.4～11.3V(主回路)的電壓,，輸出電流為1A。其電路如圖3所示,。

　　控制電路部分主要由AT89C2051,、ADC TLC0832、運(yùn)放LM358及數(shù)字電位器X9C102,、分壓電阻,、電流采樣電阻組成。單片機(jī)對(duì)正在充電的電池進(jìn)行實(shí)時(shí)電壓,、電流取樣,，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后輸入單片機(jī)。單片機(jī)根據(jù)電池不同的充電狀態(tài)采取不同的充電算法,，通過(guò)數(shù)字電位器對(duì)開關(guān)電源的輸出電壓進(jìn)行控制,，通過(guò)改變電池組端電壓來(lái)達(dá)到控制充電過(guò)程的目的。
　　電路接上蓄電池后,，充電過(guò)程開始,，當(dāng)檢測(cè)到電池電壓在正常范圍內(nèi)時(shí)，充電器軟啟動(dòng),，充電電壓,、電流逐漸增加到額定恒定充電電流值，進(jìn)行恒流充電,，“正充電” LED燈閃爍,，同時(shí)開始計(jì)時(shí)。此后不斷檢測(cè)電池電壓,，當(dāng)電池電壓大于或達(dá)到規(guī)定的最大值(該電池規(guī)定的最大值為10.5V)或充電時(shí)間等于5小時(shí)后,，單片機(jī)發(fā)出指令，減小數(shù)控輸出值大小,，使充電電流減小,，轉(zhuǎn)為涓流充電(0.1A)，“已充滿”LED指示燈亮,。這樣就避免了因電池溫升過(guò)快或嚴(yán)重極化,，影響充電質(zhì)量、降低蓄電池的使用壽命甚至產(chǎn)生事故,，從而快速,、安全、高質(zhì)量地完成充電過(guò)程,。
4 軟件智能控制
　　在程序的初始階段首先應(yīng)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化,，然后判斷電池是否連接正確，根據(jù)電池電壓判斷應(yīng)該進(jìn)入哪一個(gè)充電階段,，即恒流或者涓流充電方式,。恒流方式：不斷檢測(cè)流過(guò)電池的電流是否達(dá)到恒定電流(1A)，如果小于1A則抬高電池兩端的電壓使之達(dá)到1A(在電池兩端電壓小于電池的最大充電電壓10.5V的前提下),。涓流方式：在電池兩端電壓達(dá)到最大值后進(jìn)入涓流充電模式,。程序結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。