【正文】 目錄 設(shè)計(jì)總說明 : ........................................................... I Instruction: ........................................................ III 緒論 .................................................................. 1 1 概述 ................................................................ 2 鎳氫電池的發(fā)展?fàn)顩r及其應(yīng)用領(lǐng)域 ............................... 2 鎳氫電池的簡(jiǎn)述 ................................................ 3 2 鎳氫電池的充電原理 .................................................. 4 充電相關(guān)術(shù)語 ................................................. 4 鎳氫電池的工作原理和電化學(xué)原理 ................................ 6 鎳氫電池的工作原理 ...................................... 6 鎳氫電池充放電時(shí)的電化學(xué)原理 ............................ 6 鎳氫電池的特性 ................................................ 8 鎳氫電池的充放電特性曲線 ................................ 8 鎳氫電池的使用壽命 .................................... 10 鎳氫電池充電、放電過程中的注意事項(xiàng) .................... 10 充電方法、過程及充電終 止控制方法 ............................ 11 充電方法 .............................................. 11 充電過程 ............................................... 13 充電終止控制方法 ....................................... 13 3 硬件電路的設(shè) 計(jì) ..................................................... 15 電路整體框架 ................................................. 15 控制芯片 AT89C2051 簡(jiǎn)介 ....................................... 15 充放電路的設(shè)計(jì) ............................................... 17 電壓 變換和模擬開關(guān)選通電路設(shè)計(jì) .............................. 18 LF353 簡(jiǎn)介 ............................................. 19 TL431 簡(jiǎn)介 ............................................. 20 CD4051 簡(jiǎn)介 ............................................ 22 電路功能及參數(shù)的確定 ................................... 24 A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) ............................................. 25 電路其他組成部分 ............................................ 26 電路工作過程分析 ............................................ 26 誤差分析及解決辦法 ........................................... 27 A/D 轉(zhuǎn)換誤差分析 ....................................... 27 誤差解決辦法 .......................................... 28 影響 A/D 轉(zhuǎn)換速度的因素及提高辦法 ............................. 28 4 程序設(shè)計(jì) ........................................................... 29 設(shè)計(jì)整體思路 ................................................ 29 主程序代碼設(shè)計(jì) .............................................. 30 子程序設(shè)計(jì) .................................................. 34 5 結(jié)論 ............................................................... 37 參考文獻(xiàn) ............................................................. 39 附錄 A 系統(tǒng)電路圖 ..................................................... 40 附錄 B 主要源代碼 ..................................................... 41 致謝 ................................................................. 50 I 鎳氫電池智能充電器的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)總說明 : 最近幾年以來，數(shù)碼技術(shù)的發(fā)展使人們對(duì)能源的要求越來越高，作為能源市場(chǎng)上的佼佼者，性價(jià)比高的鎳鎘鎳氫電池可滿足很多方面的需求，得到了眾人的青睞，各種鎳鎘鎳氫電池的充電器也得到了很大發(fā)展。這兩種電池具有相似的特性，可以設(shè)計(jì)出兩種電池都適用的充電器。本設(shè)計(jì)在討論了了鎳氫電池特性基礎(chǔ)上，以 AT89C2051單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)了一個(gè)可對(duì)鎳氫鎳鎘電池充電，具有電壓負(fù)增量（ Δ V）控制功能的快速充電器。這個(gè)快速充電器硬件電路比較簡(jiǎn)單，成本較低， 不過在軟件部分采用了較為先進(jìn)的控制方法，其性能并未因此受到影響。 鎳氫電池與鎘鎳電池類似，多種多樣，有方形蓄電池組，有圓柱形和扁平型的小型電池，也有紐扣式電池。鎳氫電池的正極板材料為 NiOOH,負(fù)極板材料為吸氫合金，電解液通常用 30%的 KOH 水溶液，并加入少量的 NiOH。隔膜采用多孔維尼綸無紡布或尼龍無紡布等。鎳氫電池具有較好的低放電特性，即使在 20 攝氏度環(huán)境溫度下，采用大電流放電，放出的電量也能達(dá)到標(biāo)稱容量的 85%以上。但是，在高溫時(shí)，這種電池的蓄電池容量將下降 5%10%。這種由于自放電而引起的容量損 失是可逆的，通過幾次充放電循環(huán)就能恢復(fù)到最大容量。鎳氫電池在日美德等國率先進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化，早期鎳氫電池的用途主要是在筆記本電腦和移動(dòng)電話領(lǐng)域取代鎳鎘電池，另外在電動(dòng)工具、數(shù)碼相機(jī)、電動(dòng)車、移動(dòng)電話中繼基地用不間斷移動(dòng)電源、便攜式打印機(jī)、移動(dòng)工具、數(shù)碼產(chǎn)品、醫(yī)療設(shè)備遠(yuǎn)程通信設(shè)備、液晶電視機(jī)、通訊儀器、激光器儀器、儀器儀表以及電動(dòng)玩具等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。鎳氫電池的誕生應(yīng)該歸功于儲(chǔ)氫合金的發(fā)現(xiàn)。早在 20世紀(jì)六十年代末，人們就發(fā)現(xiàn)了一種新型功能材料儲(chǔ)氫合金，儲(chǔ)氫合金在一定的溫度和壓力條件下可吸放大量的氫，因此被人們形象地稱 為“吸氫海綿”。 其中有些儲(chǔ)氫合金可以在強(qiáng)堿性電解質(zhì)溶液中，反復(fù)沖放電并長期穩(wěn)定存在，從而為我們提供了一種新型負(fù)極材料，并在此基礎(chǔ)上發(fā)明了鎳氫電池。儲(chǔ)氫合金的主要來源是稀土，而中國的稀土資源占世界總儲(chǔ)量的 70%以上，發(fā)展鎳氫電池具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。因此中國鎳氫電池的研制與開發(fā)，受到了國家八六三計(jì)劃的大力支持，被列為“重中之重”項(xiàng)目。 本設(shè)計(jì)討論了鎳氫電池的充電問題，以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了一個(gè)快速充電器。鎳氫電鎳氫電池智能充電器的設(shè)計(jì) II 池具有獨(dú)特的充電特性，因此設(shè)計(jì)充電器時(shí)要考慮到這一特性，這樣才能把優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來。在理解了鎳氫電池的特點(diǎn) ，分析了它們的充電曲線和特性以后，本設(shè)計(jì)對(duì)幾種不同的充電方法和充電終止控制方法作了詳細(xì)比較，分析了各自的利弊，最終采用了脈沖法加去極化反應(yīng)結(jié)合的快速充電方法以及電壓負(fù)增量（ Δ V）的充電終止控制方法。本設(shè)計(jì)主要利用模數(shù)轉(zhuǎn)換，將電池電壓這一模擬量轉(zhuǎn)換為單片機(jī)定時(shí)器中的數(shù)字量，經(jīng)過數(shù)字量的運(yùn)算、比較，對(duì)電池的工作狀態(tài)進(jìn)行判斷，并相應(yīng)地采取不同的充電方法。其中快速充電過程采用了大電流脈沖充放電的方法，消除了電池極化反應(yīng)這一現(xiàn)象，充電過程中檢測(cè)電路檢測(cè)到電池出現(xiàn)負(fù)壓后，快速充電終止。 本設(shè)計(jì)首先研究了鎳氫電池的特點(diǎn) 以及它的充電特性，研究了幾種常用的充電方法和充電終止控制方法，分析了這幾種方法各自的優(yōu)缺點(diǎn)，其次對(duì)本設(shè)計(jì)的硬件電路做了詳細(xì)分析，其中包括電路工作原理和每一部分參數(shù)的設(shè)置，最后是電路軟件程序的設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)的硬件部分主要包括單片機(jī)控制模塊、充放電模塊、電壓電流采集接口模塊。本設(shè)計(jì)的硬件電路中，充電和電壓變換部分屬于模擬電路，而控制部分屬于數(shù)字電路，連接這兩部分電路的一個(gè)重要組成部分是 A/D 轉(zhuǎn)換電路。為了充分利用已有資源，降低成本，這個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換電路利用的是恒流源對(duì)電容充電，電容兩端電壓與時(shí)間呈線性關(guān)系這一原理 ，將電池電壓這個(gè)模擬量轉(zhuǎn)換成單片機(jī)定時(shí)器中的數(shù)字量。 本設(shè)計(jì)的軟件部分根據(jù) A/D 轉(zhuǎn)換電路得到的電池電壓的數(shù)字量進(jìn)行電壓的比較和判斷，按照充電曲線進(jìn)行快速充電，當(dāng)快充結(jié)束后，自動(dòng)轉(zhuǎn)入涓流充電。 關(guān)鍵詞： 電壓負(fù)增量；快速充電；模數(shù)轉(zhuǎn)換 III The design of NiMH intelligent battery charger Instruction: In recent years, the development of digital technology makes people increasingly high demand for energy, as a leader in energy markets, NiCd and NiMH battery costeffective and can meet the demand in many aspects, by people of all ages, all kinds of NiCd and NiMH battery charger also got very big development. These two kinds of cells with similar characteristics, can design two kind of batteries are applicable charger. The design of the discussed NiMH battery characteristics, using AT89C2051 microcontroller as the core design of a rechargeable NiMH NiCd battery, with voltage negative increment ( V) fast charger control function. The fast charger hardware circuit is simple, low cost, but the control method is more advanced in the software part, its performance is not affected. Nickelhydrogen batteries and nickelcadmium batteries, variety, a square battery, small battery has a cylindrical and flat, also has a button battery. NiMH battery positive plate material is NiOOH, negative electrode materials for hydrogen storage alloy, usually 30% KOH aqueous solution of electrolyte, and the addition of a small amount of NiOH. Diaphragm using porous Vigny Lun nonwoven fabric or nylon etc.. NiMH battery has low discharge characteristic better, even in the 20 degrees C