智能鎳氫充電器的研制

其中I表示電池組溫度，B表示熱敏指數(shù)，Rn表示在額定溫度Tn(K)時(shí)的NTC熱敏電阻阻值，且Tn=25+273．15=298．15K同樣的原理，通過(guò)檢測(cè)NTC電阻R32的電壓，并通過(guò)計(jì)算公式就可以檢測(cè)出環(huán)境的溫度。

2 充電算法
為了既提高蓄電池充電速度，又避免充電過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)量的氣泡，使極板活性物質(zhì)脫落損壞，影響電池的使用壽命，充電器采用了預(yù)充電一陜速充電一補(bǔ)足充電一涓流充電的四段分級(jí)恒流充電方式。
1)預(yù)充電階段
當(dāng)電池組的端電壓小于20V或電池的溫低于一5℃時(shí)，為了避免快速充電對(duì)電池造成損害，充電器按照0．05C的穩(wěn)定小電流對(duì)電池進(jìn)行充電。當(dāng)電池組的電壓大于20V而且電池溫度大于一5℃時(shí)，就進(jìn)入快速充電階段。
2)快速充電階段
這個(gè)階段采用恒定大電流對(duì)電池進(jìn)行充電。電流的大小和電池組有關(guān)，一般0．3C～1C。在這里我們采用1C的充電電流。當(dāng)電池的狀態(tài)符合停止快速充電的狀態(tài)則進(jìn)入補(bǔ)足充電階段。
3)補(bǔ)足充電階段
用定時(shí)控制和最高電壓快速充電終止法時(shí)，快速充電終止后，電池并未充足電。為了保證充人100％的電量，還應(yīng)加入補(bǔ)足充電階段。補(bǔ)足充電速率一般不超過(guò)0．3C。在補(bǔ)足充電過(guò)程中，溫度會(huì)繼續(xù)上升，當(dāng)溫度和充電時(shí)間超過(guò)規(guī)定的極限時(shí)，充電器轉(zhuǎn)入涓流充電階段。
4)涓流充電階段
鎳氫電池在存放時(shí)，電池的電量會(huì)因?yàn)樽苑烹姸鴮?dǎo)致電池電量減少，為了補(bǔ)償電池自放電損失的電量，在補(bǔ)足充電階段結(jié)束后，充電器進(jìn)入涓流充電階段。由于電池的自放電速率一般都很低，在這個(gè)階段采用了0．01C的電流給電池補(bǔ)充電荷，讓電池一直處于充足電的狀態(tài)。

3 程序設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)利用電池電壓、溫升、充電時(shí)間以及電壓變化量等參數(shù)來(lái)綜合判斷是否應(yīng)該結(jié)束充電過(guò)程，程序由主程序和定時(shí)中斷程序組成。主程序如圖5所示。為了防止掉電對(duì)電池充電過(guò)程的影響，在EEPROM里面存有充電的時(shí)間和狀態(tài)。如果上次不是一個(gè)完整的充電過(guò)程，再次上電時(shí)就可以根據(jù)EEPROM里面的充電的狀態(tài)和充電的時(shí)間來(lái)繼續(xù)充電過(guò)程。
中斷服務(wù)程序如圖6所示，程序每隔100ms執(zhí)行一次。進(jìn)入中斷后先采集電池電壓，充電電流，電池溫度和環(huán)境溫度，并計(jì)算充電時(shí)間。當(dāng)充電電流偏離設(shè)定值10％時(shí)則要調(diào)整PWM參數(shù)，使電流維持在設(shè)定值附近。當(dāng)現(xiàn)在的充電狀態(tài)為快充的時(shí)候，如果電池電壓，溫度和充電時(shí)間滿足下面的條件時(shí)，停止快充：當(dāng)電池電壓大于設(shè)定值或出現(xiàn)5～10毫伏／分鐘／節(jié)的負(fù)△V變化時(shí)；電池溫度超過(guò)45℃、出現(xiàn)10℃的溫升或出現(xiàn)0．5℃／min的溫度變化率時(shí)；充電時(shí)間超過(guò)90分鐘時(shí)(本系統(tǒng)采用1．0C充電)，都應(yīng)停止快速充電；當(dāng)現(xiàn)在的充電狀態(tài)為補(bǔ)足充電的時(shí)候，如果補(bǔ)足充電的時(shí)間超過(guò)了30分鐘或溫度超過(guò)50℃的時(shí)候，則進(jìn)入涓流充電階段，充電結(jié)束。

為了防止由于電池的長(zhǎng)時(shí)間閑置或過(guò)度放電而造成的充電前期的電壓起伏帶來(lái)的誤判出現(xiàn)，在開(kāi)始充電的前10分鐘關(guān)閉電池電壓變化的判斷。實(shí)際的效果表明這是一種很有效的解決這種誤判的方法。

4 結(jié)束語(yǔ)
在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明該電路可靠性高，能夠?qū)崿F(xiàn)快速充電和電池保護(hù)功能，而且簡(jiǎn)單實(shí)用。該設(shè)計(jì)也已經(jīng)成功投放市場(chǎng)，為了讓產(chǎn)品具有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，該電路在充電算法和硬件電路設(shè)計(jì)方面還可以進(jìn)一步提高。比如在充電過(guò)程中加入具有去極化功能的放電環(huán)節(jié)，將會(huì)進(jìn)一步提高充電效率和電池組使用壽命。