【正文】 （ 3）高開路阻抗，當(dāng) VDDVEE＝ 18V 時，漏極電流典型值為177。當(dāng)然，這個電路并不是很實(shí)用，但它清晰地展示了該器件的應(yīng)用方法。 陰極(K)陽極(A)參考(R) 圖 35 TL431 符號圖 2 . 5 V re f參考(R)陽極(A)陰極(K) 圖 36 TL431 原理圖 圖 35 是該器件的符號。它的引腳如圖 34 所示。其中 R1 R1 V V4 構(gòu)成大電流充電電路； R1 R1V V6 構(gòu)成放電電路； R1 R1 V7 構(gòu)成涓流充電電路。器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元，功能強(qiáng)大。它的缺點(diǎn)是：電池電壓出現(xiàn)負(fù)增量后，電池已經(jīng)過充電，因此電池的溫度較高。 （ 2）快速充電：如前面所述，這是主要的充電階段。 下面引入恒流充電和脈沖充電的概念。在 ～ 2CmA范圍內(nèi)，鎳氫電池的放電效率比較理想。 鎳氫電池充電、放電過程中的注意事項(xiàng) 在鎳氫電池充電過程中應(yīng)注意以下事項(xiàng)： (1) 充電溫度。 鎳氫電池過量充電時的電化學(xué)反應(yīng)如下： 正極 : OHOeOH 22 244 ???? (27) 負(fù)極 : ???? OHHeOH 222 22 (28) 總反應(yīng) : 222 22 OHOH ?? (29) 再化合： OHOH 222 22 ?? (210) 從鎳氫電池過量充電時的電化學(xué)方程式可以看出，鎳氫電池過量充電時，正極板析出氧氣，負(fù)極板析出氫氣。 A 金屬控制著氫的吸藏量，而 B 金屬控制著吸放氫氣的可逆性。 2 鎳氫電池的充電原理 充電相關(guān)術(shù)語 為了更好地理解鎳鎘鎳氫充電電池的特性，下面先簡單介紹一下幾個和充電電池相關(guān)的術(shù)語： （ 1）充電速率（ Crate） C 是 Capacity 的第一個字母，用來表示電池充放電時電流的大小數(shù)值，以 mAh 第 5頁 共 50頁 或 Ah 表示。 單體鎳氫電池的結(jié)構(gòu)是密封圓柱形，標(biāo)稱電壓為 ，它主要有以下特點(diǎn)： （ 1）容量大。 據(jù)中投顧問發(fā)布的《 20xx20xx 年中國電池行業(yè)投資分析及前景預(yù)測報告》顯示，現(xiàn)有混合動力電池 99%的市場份額為鎳氫動力電池，商業(yè)化的代表是豐田的普銳斯。本設(shè)計中用到了 A/D 轉(zhuǎn)換，第三章最后對影響該 A/D 轉(zhuǎn)換電路的因素做了詳細(xì)分析并給出了誤差解決方案。因此中國鎳氫電池的研制與開發(fā)，受到了國家八六三計劃的大力支持，被列為“重中之重”項(xiàng)目。 目錄 設(shè)計總說明 : ........................................................... 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 ..................................................... 15 電路整體框架 ................................................. 15 控制芯片 AT89C2051 簡介 ....................................... 15 充放電路的設(shè)計 ............................................... 17 電壓 變換和模擬開關(guān)選通電路設(shè)計 .............................. 18 LF353 簡介 ............................................. 19 TL431 簡介 ............................................. 20 CD4051 簡介 ............................................ 22 電路功能及參數(shù)的確定 ................................... 24 A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計 ............................................. 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 ........................................................... 29 設(shè)計整體思路 ................................................ 29 主程序代碼設(shè)計 .............................................. 30 子程序設(shè)計 .................................................. 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 設(shè)計總說明 : 最近幾年以來，數(shù)碼技術(shù)的發(fā)展使人們對能源的要求越來越高，作為能源市場上的佼佼者，性價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。 本設(shè)計討論了鎳氫電池的充電問題，以此為基礎(chǔ)設(shè)計了一個快速充電器。第四章是程序設(shè)計，講述了本設(shè)計程序代碼，并結(jié)合程序分析了電路工作過程。 第 3頁 共 50頁 目前全球主要的汽車動力電池廠商主要有日本的 PEVE 和 Sanyo， PEVE 占據(jù)全球Hybrid 動力車用鎳氫電池 85%的市場份額，目前主要的商業(yè)化的混合動力汽車如豐田的 Prius、 Alphard 和 Estima，以及本田的 Civic， Insight 等均采用 PEVE 的鎳氫動力電池組。 NiMH 電池的“儲能密度”，以 5 號 (AA 型 )可充電電池為例，至少在 1000mAh 以上，好的能達(dá)到 1400mAh，在同等體積和重量的條件下，其容量是鎳鎘電池的 2～ 3 倍，而比傳統(tǒng)型鎳 鎘電池要多出 1 倍多。可以用它來估算工作時間，例如， C=1600mAh 的電池，如果工作電流為400mA，則可估算工作時間約為 4 小時。按照合金的晶體結(jié)構(gòu)，儲氫合金可分為 AB5 型、 AB2 型、 AB型、 A2B 型以及固溶體型等，其中主要使用稀土金屬的是 AB5 型合金。由于有催化劑的氫電極面積大，而且氧氣能夠隨時擴(kuò)散到氫電極表面，因此，氫氣和氧氣能夠很容易在電池內(nèi)部再化合生成水，使容器內(nèi)的氣體壓力保持不變，這種再化合的速率很快。鎳氫電池應(yīng)在 0℃～ 40℃的環(huán)境溫度下進(jìn)行充電，環(huán)境溫度的變化會影響鎳氫電池的充電效率，在 10℃～ 30℃下鎳氫 電池的充電效率最高。在溫度低于－ 10℃和高于 45℃時，鎳氫電池的放電容量將會下降，容量的下降會導(dǎo)致鎳氫電池性能降低。在慢充時，基本上所有的充電器都采用了恒流的充電方法，這樣電路設(shè)計比較簡單，容易實(shí)現(xiàn)。 （ 3）補(bǔ)足充電：一般采用快速充電終止法時，快速充電終止后，電池并未充滿電，為了保證電池充入 100%的電量，還應(yīng)加入補(bǔ)足充電，補(bǔ)足充電速率一般不超過 。 ③ 電壓零增量（ 0Δ V）控制：鎳氫電池充電中，為了避免等待出現(xiàn)電壓負(fù)增量的時間過久而損壞電池，通常采用 0Δ V控制方法。 AT89C2051 單片機(jī)的工作電壓范圍較寬，可在 ～ 6V 電壓范圍內(nèi)工作。為了提高三極管放大倍數(shù)，以提供大電流，充電與放電電路均采用了 PNP、 NPN 兩個三極管構(gòu)成復(fù)合管，放大倍數(shù)為兩管放大倍數(shù)之積。 它具有如下的性能特點(diǎn)： （ 1）內(nèi)部頻率補(bǔ)償。 3 個引腳分別為：陰極（ CATHODE）、陽極（ ANODE）和參考端（ REF）。 R1R2V+ Vout 圖 37 TL431構(gòu)成的恒壓電路 （ 3） 恒流電路應(yīng)用 RV+ I 鎳氫電池智能充電器的設(shè)計 第 22頁 共 50頁 圖 38 TL431構(gòu)成的恒流電路 從前面的例子我們可以看到，器件作為分流反饋后， REF 端的電壓始終穩(wěn)定在，那么接在 REF 端和地間的電阻中流過的電流就應(yīng)是恒定的。 100pA。 （ 2）低工作阻抗，當(dāng) VDDVEE＝ 18V 時，對于超過 15VP－ P 的輸入信號，典型工作阻抗為 125Ω。需要注意的是，在選擇電阻時必須保證 TL431 工作的必要條件，就是通過陰極的電流要大于 1mA。該器件的典型動態(tài)阻抗為 ，在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管，例如數(shù)字電壓表、運(yùn)放電路、可調(diào)壓電源、 開關(guān)電源等。它可用于包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場合。 表 31 P3口引腳功能 充放電路的設(shè)計 充放電電路由三部分構(gòu)成：大電流充電（快速充電）電路、放電電路、涓流充電電路，如圖 33 所示 。 充放電電路 電池 恒壓源 電壓變換 模擬開關(guān) 恒流源 電容 單 片 機(jī) 比較器 鎳氫電池智能充電器的設(shè)計 第 16頁 共 50頁 圖 32