【正文】 ages and disadvantages, the fast charging method of pulse and depolarization and the negative voltage increment ( V) the charging control method. The design of the main use of analogtodigital conversion, converts the battery voltage of the analog to digital singlechip timer, after a parison of digital puting, of the working status of the battery is judged, and accordingly take charge of different methods. The fast charging process adopts the method of large current pulse discharge, eliminate the phenomenon of polarization in the process of charging battery, a detection circuit detects the battery negative pressure, fast charge termination. The design characteristics of the first nickelhydrogen battery and its charging characteristics, study the charging methods and the charging control method, analyzes the advantages and disadvantages of these methods respectively, and then makes a detailed analysis of the design of the hardware circuit, including working principle of each part circuit and parameter setting, the circuit design software. The design of the hardware including MCU control module, interface module, collection charge discharge voltage and current module. The design of the hardware circuit, V a charging and voltage conversion part and control part of analog circuit, digital circuit, an important part of connecting the two parts of the circuit is the A\/D conversion circuit. In order to make full use of existing resources, reduce the cost, the A\/D conversion circuit is used to charge the capacitor constant current source, voltage across the capacitor and the time is the principle of the linear relationship, converts the analog voltage into digital quantity of SCM timer. The design of the software and pare voltage according to the digital quantity battery voltage A\/D conversion circuit is obtained, fast charge in accordance with the charging curve, when the fast charge after the end, automatically into trickle charge. Key words： Negative voltage increment； Quick charge； A/D conversion 第 1頁 共 50頁 緒論 鎳氫電池作為近年來迅速發(fā)展起來的一種高能綠色充電電池，憑借能量密度高、可快速充放電、循環(huán)壽命長以及無污染等優(yōu)點在筆記本電腦、便攜式攝像機、數(shù)碼相機及電動自行車等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。第二章介紹了鎳鎘鎳氫電池的特點、充電曲線、充電方法、充電過程和充電終止控制方法，它們是本設(shè)計的基礎(chǔ)，其中兩種電池的充電曲線是重點內(nèi)容 ，正是在研究了兩種電池充電曲線的基礎(chǔ)上，本設(shè)計采用了脈沖法加去極化反應(yīng)結(jié)合的充電方法和電壓負(fù)增量的充電終止控制方法。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分析并給出了誤差解決方案。 鎳氫電池智能充電器的設(shè)計 第 2頁 共 50頁 1 概述 鎳氫電池的發(fā)展?fàn)顩r及其應(yīng)用領(lǐng)域 鎳氫電池是 20 世紀(jì) 90 年代發(fā)展起來的一種新型綠色電池， 具有高容量、長壽命、無污染等特點，因而成為世界各國競相發(fā)展的高科技產(chǎn)品之一。 20 世紀(jì) 70 年代，荷蘭飛利浦實驗室在研究第一代稀土永磁合金時，試驗了 LaNi5 的磁性能，竟意外地發(fā)現(xiàn)了其有很好的儲氫性能，但深入研究發(fā)現(xiàn)儲氫性能不適用于電池，因為其平衡壓太高，循環(huán)壽命太短，進一步研究和改進發(fā)現(xiàn)，這些缺點都可克服，從而為發(fā)展儲氫電池奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。用儲氫合金代替鎘鎳電池中的鎳電極，由此形成鎳氫電池。 鎳氫電池的能量高，為鎘鎳電池的 倍，為鉛酸電池的 3 倍。 用于鎳氫電池的儲氫材料有兩大類：一類為 AB5 系列，日本的松下公司、三洋公司以及荷蘭的飛利浦公司和我國都采用這種材料；另一類為 AB2 系列， 美國的 Ovonic公司、 Gates 公司以及德國的 Varta 公司等都使用這種材料。 鎳氫動力電池剛剛進入成熟期，是目前混合動力汽車所用電池體系中唯一被實際驗證并被商業(yè)化、規(guī)?；碾姵伢w系，全球已經(jīng)批量生產(chǎn)的混合動力汽車全部采用鎳氫動力電池體系。近十年來美國、歐洲、日本等國政府和跨國公司已經(jīng)投入了超過 100 億美元的資金，并且以每年 不少于 10 億美元的力度繼續(xù)開發(fā)。 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。 目前，長安杰勛、奇瑞 A一汽奔騰、通用君悅等品牌轎車已經(jīng)在示范運行，他們采用的也都是鎳氫電池，不過電池主要向國外采購，國內(nèi)鎳氫電池在汽車上的運用仍處于研發(fā)匹配階段。 在鎳氫電池領(lǐng)域，我們在技術(shù)和資源上均具有優(yōu)勢，我國的氫氧化鎳性能世界領(lǐng)先，稀土資源豐富，具有得天獨厚的資源優(yōu)勢，因此，發(fā)展鎳氫動力電池是我國目前最現(xiàn)實的選擇。電池巨頭松下和三洋也均認(rèn)為，鋰離子動力電池不可能在 2～ 3 年內(nèi)取代鎳氫動力電池，主要原因是鎳氫動力電池便宜安全，已經(jīng)達到規(guī)?；a(chǎn)。 作為電動汽車核心部分的電池及其充電器，其性能的優(yōu)劣直接影響電動汽車的質(zhì)量狀況。針對電動汽車充電技術(shù)的要求，為了使電動汽 車充電器獲得良好的性能指標(biāo)，必須尋找最佳的充電模式，可達到最佳的效果。智能充電器的充電系統(tǒng)由具有特殊功能的單片機控制，基于單片機控制的智能充電器，電路簡單可靠，參數(shù)調(diào)整方便，具有充電時間短、能耗低、使用故障低等優(yōu)點，對環(huán)保節(jié)能的電動汽車以及充電器的設(shè)計開發(fā)具有重要的意義。鎳氫電池的正極與鎳鎘電池基本相同，由于負(fù)極采用了高能儲氫合金材料，鎳氫電池智能充電器的設(shè)計 第 4頁 共 50頁 鎳氫電池具有更大的能量。 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： （ 1）容量大。 （ 2）無“記憶效應(yīng)”。鎳氫電池?zé)o“記憶效應(yīng)”，但在使用過程中，有自放電現(xiàn)象。由于鎳氫電池?zé)o“記憶效應(yīng)”，所以在開始為它充電前不需做放電處理，可以隨用隨充，在任一點充電。過 放電能力強，鎳氫電池充電、放電比較隨便，即使過充電也不會造成電池永久性損傷，電池放電到 0V 以后再充電，仍然能夠恢復(fù)鎳氫電池的容量。由于鎳氫電池含鎘成分極微，甚至不含鎘成分，不會污染環(huán)境，所以鎳氫電池也叫環(huán)保電池或“綠色電池”。 （ 5）資源豐富。 （ 6）壽命長。 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。 （ 2）終止電壓（ Cutoff discharge voltage） 電池放電時，電壓下降到電池不宜再繼續(xù)放電的最低工作電壓值稱為終止電壓。 （ 3）開路電壓（ Open circuit voltage） 電池不放電時，電池兩極之間的電位差稱為開路電壓。 （ 4）過放電（ Over discharge） 電池若是在放電過程中，超過電池放電的終止電壓值，仍繼續(xù)放電時就可能會造成電池內(nèi)壓升高，正、負(fù)極活性物質(zhì)的可逆性遭到損壞，使電池的容量明顯減少，這一現(xiàn)象稱為過放電。 （ 6）能量密度（ Energy density） 電池的平均單位體積或質(zhì)量所 釋放出的電能稱為能量密度。 （ 7）自我放電（ Self discharge） 電池?zé)o論處于使用狀態(tài)還是未使用狀態(tài)，由于各種原因，都會引起其電量損失，這一現(xiàn)象稱為自我放電。 鎳氫電池智能充電器的設(shè)計 第 6頁 共 50頁 （ 8）記憶效應(yīng)（ Memory effect） 鎳鎘充電電池使用過 程中，如果電量沒有全部放完就開始充電，下次再放電時，就不能放出全部電量，這一現(xiàn)象稱為記憶效應(yīng)。鎳氫電池也有記憶效應(yīng)，只是沒有鎳鎘電池那樣明顯。 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。 AB5 型儲氫合金主要由鑭系元素和鎳組成，同時少量添加 Al、 Mn、 Co 等。鎳氫電池電極材料的主要技術(shù)要求有： (1) 耐氧化性大，在濃堿電解液中化學(xué)穩(wěn)定性好。 (3) 催化活性高，電極反應(yīng)的可逆性好。 (5) 初期活化的次數(shù)少。 鎳氫電池充放電時的電化學(xué)原理 鎳氫電池正極是粘在基板上的 NiOOH/Ni(OH)2， NiOOH 是放電時的活性物質(zhì)，Ni(OH)2 是充電時的活性物質(zhì)，兩者在充放電循環(huán)中相互轉(zhuǎn)化。在正負(fù)極之間有隔膜，共同組成鎳氫單格電池。在金屬鉑的催化作用下，完成充電和放電的可逆反應(yīng)。 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。 鎳氫電池過量放電時的電化學(xué)應(yīng)如下： 正極 : ???? OHHeOH 222 22 (211) 負(fù)極 : OHeOHH 22 222 ??? ? (212) 過放電時，正極上會發(fā)生電解反應(yīng)也釋放出氫氣。鎳氫電池的電解液多采用 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。 圖 22鎳氫電池在不同溫度下的 1C放電特性曲線 第 9頁 共 50頁 鎳氫電池在室溫下以不同速率放電時的特性曲線如圖 23 所示。 圖 24 鎳氫電池在不同 儲存溫度下的保存電量特性曲線 鎳氫電池智能充電器的設(shè)計 第 10頁 共 50頁 鎳氫電池的循環(huán)壽命曲線如圖 25 所示。若鎳氫電池在正確充電后的工作期間端電壓明顯下降，表明該鎳氫電池已經(jīng)超出使用壽命。鎳氫電池在壽命末期充電將出現(xiàn)過熱問題，采用的充電器應(yīng)具有安全保護電路。通常，一只鎳氫電池的在沒有過充電或放電的正常使用情況下壽命應(yīng)能持續(xù)兩年