蓄電池作為能量的轉(zhuǎn)存裝置或備用電源被廣泛地應(yīng)用于各種自動化設(shè)備中,。使用普通的充電器對蓄電池充電容易發(fā)生過充電或充電不足的現(xiàn)象。過充電,，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,，并且長期充電不足會導(dǎo)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(jiān)測的智能控制充電方法設(shè)計了一種對講機(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
　　1899年,，Waldmar Jungner首先在開口型鎳鎘蓄電池中使用了鎳極板,，同時，Thomas Edison發(fā)明了用于電動車的鎳鐵電池,。但是,，由于當(dāng)時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。
　　鎳鎘電池的特點是效率高,、循環(huán)壽命長,、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,，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程" title="充電過程">充電過程中電池極化所產(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，雖可克服這個缺點,，但充電時間過長,。
　　脈沖電流充電在充電過程中是斷斷續(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間都是固定的,，不能根據(jù)充電狀態(tài)改變充、放電的時間參數(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，本設(shè)計采用了一種更好,、更優(yōu)化的充電方式,，即恒流限壓與實時監(jiān)測的智能控制充電方式。該充電方式對主回路開關(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，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,。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)過一定時間至C點,，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,。

　　充足電后,，充入電池的電流不是轉(zhuǎn)換為電池的儲能，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,。電解液中,，氧氣的產(chǎn)生和復(fù)合是放熱反應(yīng),，電池過充電即E點，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),，實現(xiàn)了鎳鎘電池的智能充電。其硬件電路如圖2所示,，整個電路分為開關(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,。整個工作過程：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)對正在充電的電池進(jìn)行實時電壓、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，通過數(shù)字電位器對開關(guān)電源的輸出電壓進(jìn)行控制,，通過改變電池組端電壓來達(dá)到控制充電過程的目的,。
　　電路接上蓄電池后，充電過程開始,，當(dāng)檢測到電池電壓在正常范圍內(nèi)時,，充電器軟啟動，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，同時開始計時,。此后不斷檢測電池電壓,，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)或充電時間等于5小時后，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)量地完成充電過程,。
4 軟件智能控制
　　在程序的初始階段首先應(yīng)對單片機(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)入哪一個充電階段,，即恒流或者涓流充電方式。恒流方式：不斷檢測流過電池的電流是否達(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,。