智能电池充、放电系统内容摘要本文主要介绍常见可充电电池结构和充电原理以及本智能电池充、放电系统的设计原理、应用方向。关键词：单片机PWM恒参量充电采样一、前言现在各种场合都存在可充电电池的应用，种类繁多，而市面常见充电器功能比较单一，只能对特定种类的充电电池进行充、放电操作，这就需要配备种类繁多、功能单一的充电器，造成资源浪费和难于管理。本智能电池充、放电系统是基于脉宽调制（PULSEWIDEMODULATION——PWM）控制驱动MOSFET原理，实现对铅酸电池、锂电池和镍基（镍氢、镍镉）电池的快速恒参量（恒电流、恒电压）充电控制。其控制核心采用AT89S51单片机及单片CMOS快速充电控制器LTC1325CSW，利用软件控制充电过程，能够根据不同电池的充电特性曲线对不同电池进行充、放电控制。充、放电过程中通过ADC采样实现对电池电压、电池温度、环境温度的反馈和充电时间的监测，使用闭环PWM控制，当达到规定值时，结束充电状态。并且可以对充电前和充电过程中发生的故障（电池倒置、短路）进行检测和报警。系统采用模块模式设计，可根据实际情况对充、放电功率MOSFET模块进行增减，以适应不同工况下对电流的需求。由于采用软件控制，可随时通过软件升级以适应新增可充电电池种类或优化已有充电电池充电方法，真正实现多功能、通用型智能化充、放电系统。二、常用可充电电池原理及其充电方法2.1镍基电池2.1.1镍镉电池镍镉电池的正极材料为氢氧化亚镍和石墨粉的混合物，负极材料为海绵状镉粉和氧化镉粉，电解液通常为氢氧化钠或者氢氧化钾溶液。充足电后，立即断开充电电路，镍镉电池的电动势可达1.5V左右，但很快下降到1.31～1.36V。当镍镉电池以标准放电电流放电时，平均工作电压为1.2V。采用8h率放电时，电池端电压下降到1.1V后，电池即放完电。在正常使用条件下，镍镉电池的容量效率?Ah为67%到75％，电能效率?Wh为55％到65％，循环寿命约为2000次。容量效率?Ah和电能效率?Wh计算公式如下：％充充放放100tItIAh%100tIUtIUWh充充充放放放＝（U充和U放应取平均电压）镍镉电池使用过程中，如果电量没有被全部放完就开始充电，下次再放电时就不能放出全部电量，这种现象被称为记忆效应。其主要原因是电池部分放电后，氢氧化亚镍没有完全变为氢氧化镍，剩余的氢氧化亚镍将结合在一起，形成较大的晶体。因此镍镉电池充电前应进行放电操作。图1为镍镉电池以1C速率充电时电池电压、温度曲线。图1镍镉电池1C速率充电电池电压、温度曲线2.1.2镍氢电池镍氢电池和同体积的镍镉电池相比，容量增加一倍，充放电循环寿命也较长，并且无记忆效应。镍氢电池的正极板活性物质为NiOOH（放电时）和Ni（OH）2(充电时)，负极板的活性物质为H2(放电时)和H2O（充电时），电解液采用30％的氢氧化钾溶液。图2为镍氢电池以1C速率充电时电池电压、温度曲线。图2镍氢电池1C速率充电电池电压、温度曲线2.1.3镍基电池充电方法镍基电池的充电过程通常可分为：预充电、快速充电、补足充电、涓流充电四个阶段。对长期不用或新的电池以及过放电的电池充电时，一开始就用快速充电，会影响电池寿命。因此，应先使用小电流充电，使其满足一定的充电条件，这个阶段称为预充电。快速充电就是用大电流充电，迅速恢复电池电能，快速充电速率一般在1C以上，充电时间由电池容量和充电速率决定。为了避免过充，一些充电器采用小电流充电。镍镉电池在正常充电时，可以接受C/10或更低的充电速率，这样充电时间要10h以上。采用小电流充电，电池内不会产生过多的气体，电池温度也不会过高。只要电池接到充电器上，充电器就能对电池提供很小的涓流充电电流。涓流充电器的主要问题充电速度太慢，此外，电池采用低充电速率反复充电时，还会产生晶枝。大部分涓流充电器中，都没有任何电压或温度反馈控制，因而不能保证电池充足电后立即关断充电器。快速充电分恒流充电和脉冲充电两种。恒流充电就是以恒定电流对电池充电，脉冲充电就是首先用脉冲电流对电池充电，然后让电池放电，如此循环。放电脉冲的幅值很大，宽度很窄。通常放电脉冲的幅值为充电脉冲的3倍左右。虽然放电脉冲的幅值与电池的容量有关，但是，与充电电流的幅...
