基于C8051F單片機(jī)的鎳氫電池組管理系統(tǒng)

　　文章描述了鎳氫電池充放電原理和特性的分析，并根據(jù)鎳氫電池充放電管理需求，提出了一種基于C8051F單片機(jī)對(duì)多節(jié)鎳氫電池串聯(lián)電池組進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)和管理的方案，通過(guò)設(shè)計(jì)：實(shí)現(xiàn)了新型電池管理電路，包括完整的硬件和軟件解決方案。

　　隨著中國(guó)煤炭工業(yè)的發(fā)展和礦山裝備技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)對(duì)煤礦甲烷安全監(jiān)控系統(tǒng)，運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)急救援系統(tǒng)等使用的后備電源的設(shè)備要求越來(lái)越高，尤其是其安全特性。作為煤礦用后備電源的重要的組成之一，鎳氫電池?zé)o論在安全性上，還是可靠性，成本等方面，都具有較大優(yōu)勢(shì)。鎳氫電池組是一個(gè)串聯(lián)的組成系統(tǒng)，其中任何單節(jié)電池?fù)p壞必將影響整個(gè)電池組，如何在保證鎳氫電池安全性能的同時(shí)，發(fā)揮電池自身最大的能量效率，這是礦用鎳氫電池管理系統(tǒng)研究和設(shè)計(jì)的方向。

　　1鎳氫電池充放電原理

　　鎳氫電池(金屬氫化物鎳蓄電池)采用儲(chǔ)氫合金，在充電的時(shí)候可以存儲(chǔ)數(shù)大量的氫氣形成金屬氫化物，將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能;放電的時(shí)候又能將存儲(chǔ)的氫氣釋放，將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。其基本電化學(xué)反應(yīng)為：Ni(OH)2+M〈=〉NiOH+MHab(式中：M為儲(chǔ)氫合金，Hab為吸收的氫氣)。

　　在電池充電后期和充電結(jié)束時(shí)，還伴隨發(fā)生下列反應(yīng)：

　　基于以上3個(gè)電化學(xué)反應(yīng)，鎳氫電池的充放電表現(xiàn)如下特性：

　　1)充電電流取決于電池容量C.充電電流過(guò)大會(huì)使電池內(nèi)部壓力升高較快，電池自身的安全閥打開，電池漏液，引起安全問(wèn)題。在設(shè)計(jì)中，充電電流宜取0.1C.

　　2)電池充電飽和后，極板上的物質(zhì)已經(jīng)全部中和，電池電壓不再上升而是略有下降。此時(shí)，若繼續(xù)大電流充電，將會(huì)大大影響電池的壽命，此時(shí)的電壓稱為充電終止電壓，一般單節(jié)電池不超過(guò)1.5 V.充電終止電壓與電流充電率、環(huán)境溫度、電池生產(chǎn)工藝等因素有關(guān)。

　　3)電池放電結(jié)束后，極板上的活性物質(zhì)已經(jīng)全部消耗。如果繼續(xù)對(duì)外放電，會(huì)造成負(fù)極析出的氫氣無(wú)法中和，電池內(nèi)部壓力上升，安全閥打開，對(duì)外析氫，引起安全問(wèn)題。

　　20節(jié)串聯(lián)鎳氫電池的充放電曲線如圖1所示。

　　圖1鎳氫電池組充放電曲線

　　根據(jù)鎳氫電池的充放電特性，設(shè)計(jì)了一種新型的智能型鎳氫電池組管理電路，能夠支持多達(dá)20節(jié)鎳氫電池串聯(lián)的電池組管理，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)單節(jié)電池和整體電池組的有效檢測(cè)與控制，可以更高效，更安全的完成鎳氫電池的充放電管理功能。

　　2鎳氫電池管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　采用由恒流充電電路，實(shí)時(shí)電壓檢測(cè)電路，CPU控制電路和其他外圍電路共同構(gòu)成的鎳氫電池充放電管理系統(tǒng)。

　　1)恒流充電電路

　　恒流充電電路采用閉環(huán)控制和脈沖調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)充電電流的恒流負(fù)反饋控制。充電電路原理圖如圖2所示。

　　圖2充電電路原理