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)時的NTC熱敏電阻阻值，且Tn=25+273．15=298．15K同樣的原理，通過檢測NTC電阻R32的電壓，并通過計算公式就可以檢測出環(huán)境的溫度。

2 充電算法
為了既提高蓄電池充電速度，又避免充電過程中產(chǎn)生過量的氣泡，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足充電一涓流充電的四段分級恒流充電方式。
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，為了避免快速充電對電池造成損害，充電器按照0．05C的穩(wěn)定小電流對電池進(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，就進(jìn)入快速充電階段。
2)快速充電階段
這個階段采用恒定大電流對電池進(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)入補足充電階段。
3)補足充電階段
用定時控制和最高電壓快速充電終止法時，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)加入補足充電階段。補足充電速率一般不超過0．3C。在補足充電過程中，溫度會繼續(xù)上升，當(dāng)溫度和充電時間超過規(guī)定的極限時，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，電池的電量會因為自放電而導(dǎo)致電池電量減少，為了補償電池自放電損失的電量，在補足充電階段結(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，在這個階段采用了0．01C的電流給電池補充電荷，讓電池一直處于充足電的狀態(tài)。

3 程序設(shè)計
本系統(tǒng)利用電池電壓、溫升、充電時間以及電壓變化量等參數(shù)來綜合判斷是否應(yīng)該結(jié)束充電過程，程序由主程序和定時中斷程序組成。主程序如圖5所示。為了防止掉電對電池充電過程的影響，在EEPROM里面存有充電的時間和狀態(tài)。如果上次不是一個完整的充電過程，再次上電時就可以根據(jù)EEPROM里面的充電的狀態(tài)和充電的時間來繼續(xù)充電過程。
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，并計算充電時間。當(dāng)充電電流偏離設(shè)定值10％時則要調(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)為快充的時候，如果電池電壓，溫度和充電時間滿足下面的條件時，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；電池溫度超過45℃、出現(xiàn)10℃的溫升或出現(xiàn)0．5℃／min的溫度變化率時；充電時間超過90分鐘時(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)為補足充電的時候，如果補足充電的時間超過了30分鐘或溫度超過50℃的時候，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時間閑置或過度放電而造成的充電前期的電壓起伏帶來的誤判出現(xiàn)，在開始充電的前10分鐘關(guān)閉電池電壓變化的判斷。實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
在實驗室中進(jìn)行了大量的實驗，實驗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，而且簡單實用。該設(shè)計也已經(jīng)成功投放市場，為了讓產(chǎn)品具有更強的競爭力，該電路在充電算法和硬件電路設(shè)計方面還可以進(jìn)一步提高。比如在充電過程中加入具有去極化功能的放電環(huán)節(jié)，將會進(jìn)一步提高充電效率和電池組使用壽命。