镍氢电池组充电系统设计方案(硬件部分)张元星

个人资料整理仅限学习使用南阳理工学院本科生毕业设计<论文）学院<系）：电子与电气工程系专业：电气工程及其自动化学生：张元星指导教师：陈兰莉完成日期 2018年5月南阳理工学院本科生毕业设计<论文）镍氢电池组充电系统的设计-硬件设计(The Hardware Design ofNi-MH Battery Charging System>总计：毕业设计<论文）页表格：个插图：幅南阳理工学院本科毕业设计<论文）镍氢电池组充电系统的设计-硬件设计The Hardware Design of Ni-MH Battery Charging System学院<系）：电子与电气工程系专业：电气工程及其自动化学生姓名：张元星学号：97107034指导教师<职称）：陈兰莉<副教授）评阅教师：完成日期：南阳理工学院Nanyang Institute of Technology镍氢电池组充电系统的设计-硬件设计电气工程及其自动化张元星[摘要]:Ni-MH电池是一种新型充电电池，具有能量比大、重量轻、温度特性好等特点，并且相比铅酸蓄电池、镍镉电池等传统电池对环境污染小，被称为绿色电池，得到广泛的应用。

本文介绍了一种基于单片机的镍氢蓄电池组充电器的设计。

充电器的硬件部分主要包括单片机控制模块、充放电模块、电压电流采集接口模块、电池组状态检测模块、键盘输入模块、LED显示模块等。

单片机控制模块用于对整个系统的各个模块进行控制。

充放电模块用于完成对镍氢蓄电池组的恒流充电和恒流放电。

电压电流采集接口模块用于检测电池的电压，电流等数据。

电池组状态检测模块用于检测电池组中电池的数量和安放的位置，并在单片机的控制下切断充满电或放完电的电池。

键盘输入模块不仅可以用于手动调整充放电电流的大小，还可以作为放电的控制开关。

LED显示模块用于显示整个系统的相关数据和提示信息。

本设计操作简单、实用性强等优点，具有较强的实用价值。

[关键词]：镍氢电池；充放电；89C51单片机；ADC0809模数转换器The Hardware Design of Ni-MH Battery Charging System ElectricalEngineeringandAutomationSpecialtyZHANGYuan－xingAbstract:Ni-MH battery is a new type of rechargeable batteries, With energy than, light weight, temperature properties is good wait for a characteristic, and lead-acid batteries, nickel cadmium compared to conventional batteries battery and pollution of the environment is small,so it’s c alled the green batteries, Ni-MH battery has been widely used all over the world.This paper designs a constant-current charger and discharger based MCU 89C51. The system method is realized by the test of Ni-MHbattery’s voltage and temperature, The ADC0809 adc will collect theand convertthe analog signals into digital signals, then sent to the MCUfor processing,If Ni-MH battery recharging voltage is higher than the restrictions on both ends orthe battery’s temperature is too high, Warning signals will be sent out, If it works in normal charge-discharge state, the charging state will be continue, until the batteries electricity is full.Key words:Ni-MH Battery。

Charging-discharging。

MCU 89C51。

ADC0809 adc目录1 引言11.1课题研究的背景和意义11.2 本论文的主要任务32 镍氢蓄电池组充电器总体方案的设计32.1镍氢蓄电池组充电器的设计原理32.1.1镍氢电池性能介绍32.1.2充放电方式和充放电终止方法的选择62.1.3镍氢蓄电池组充电器主要性能指标62.2镍氢蓄电池组充电器硬件设计方案62.3镍氢蓄电池组充电器软件设计方案73系统的硬件设计与实现83.1系统各个模块的设计83.1.1主处理模块83.1.2 充电模块103.1.3 放电模块113.1.4 电压电流采集接口电路123.1.5 电池组状态检测模块133.2 模数转换模块设计143.2.1 模数转换原理及主要技术指标143.2.2 ADC0809介绍141．主要特性142．内部结构143．外部特性<引脚功能）143.2.3 ADC0809与单片机的接口电路163.3 报警电路模块设计163.3.1 报警电路简介163.3.2 光电报警电路的设计173.4 电池组结构电路17 3.5 按键电路设计183.6 显示电路设计183.7 系统总体电路设计19结束语21参考文献22致谢231引言1.1课题研究的背景和意义电池是一种化学电源，是通过能量转换而获得电能的器件。

二次电池是可多次反复使用的电池，它又称为可充电池或蓄电池。

当对二次电池充电时，电能转变为化学能，实现向负荷供电，伴随吸热过程。

对于二次电池，其性能参数很多，主要有以下4个指标：<1）工作电压：电池放电曲线上的平台电压。

<2）电池容量：常用单位为安时<Ah）和毫安时<mAh）。

<3）工作温区：电池正常放电的温度范围。

<4）电池正常工作的充、放电次数。

二次电池的性能可由电池特性曲线表示，这些特性曲线包括充电曲线、放电曲线、充放电循环曲线、温度曲线等，二次电池的安全性可用特性的安全检测方式进行评估。

二次电池能够反复使用，符合经济适用原则。

对于市场上二次电池的种类，大致分为：铅酸<Li）电池、镍镉<Ni-Cd）电池、镍氢<Ni-MH）电池和锂离子<Li-ion）电池。

二次电池的性能比较，铅酸、镍镉、镍氢和锂离子电池的性能比较见表1-1表1-1 铅酸、镍镉、镍氢和锂离子电池的性能比较镍氢电池、镍镉电池与锂离子电池之间的差异<1）重量方面以每一个单元电池的电压来看，镍氢电池与镍镉电池都是 1.2V，而锂离子电池为 3.6V，锂离子电池的电压是镍氢、镍镉电池的3倍。

并且。

筒形电池的重量锂离子电池与镍氢电池几乎相等，而镍氢电池却比较重。

但锂离子电池因端电压为3.6V，在输出同电池的情况下，单个电池组合时数目可减少2/3从而使成型后的电池组重量和体积都减小。

<2）记忆效应镍氢电池与镍镉电池不同，它没有记忆效应。

对于镍镉电池来说，定期的放电管理是必需的，这种定期放电管理属于模糊状态下的被动管理，甚至是在镍镉电池和电量不确切的情况下进行放电<每次放电或者使用几次后进行放电都因生产厂家的不同而有所差异），这种繁琐的放电管理在使用镍镉电池时是无法避免的。

相对而言。

锂离子电池没有记忆效应，在使用时非常方便，完全不用考虑二次电池残余电压的多少，可直接进行充电，充电时间自然可以缩短。

记忆效应一般认为是长期不正确的充电导致的，它可以是电池早衰，使电池无法有效地充电，出现一充就满，一放就完的现象。

防止电池出现记忆效应的方法是，严格遵循“充足放光”的原则，即在充电前最好将电池内残余的电量放光，充电时要一次充足。

通常镍镉电池统一出现记忆效应，所以充电时要特别注意：镍氢电池理论上没有记忆效应，但使用时最好也遵循“充足放光”的原则，这也就是很多充电器提供放电附加功能的原因。

对于由于记忆效应而引起容量下降的电池。

可以通过一次充足再一次性放光的方法反复数次，大部分电池都可以得到修复。

<3）自放电率镍镉电池为15%～30%，镍氢电池为25%～35%，锂离子电池为2%～5%，镍氢电池的自放电率最大，而锂离子电池的自放电率最小。

<4）充电方式镍氢电池和镍镉电池最常用的简单充电方法是10%C恒流充电，又称为“慢充”，即按照电池容量的10%确定充电电流。

虽然建议使用恒流充电，但要求并不严格，电流允许有较大的波动，所以按照此方法制作的充电器结构非常简单，一般只需要变压器为220V转换成适当低电压，采用整流二极管整流，电容器采用限流电阻限流并配以放光二极管指示装置，成本较低。

慢充一般充一次电需要10多个小时，为此，电池生产厂商也允许用户在急需时用30%C的电流给电池充电，称之为“快充”。

镍氢电池都无耐过充电特性。

因此，镍氢电池应采用定电流充电方式，在镍氢电池端电压达到要求值时应停止充电。

本课题研究的对象主要是镍氢电池的充电原理和充电控制，镍氢电池的充电设备需要解决的问题有：<1）能进行充电前处理，包括电池充电状态鉴定、预处理。

<2）解决充电时间长、充电效率低的问题。

<3）改善充电控制不合理，而造成过充、欠充等问题，提高电池的使用性能和使用寿命。

<4）增加自动化管理设置，减轻充电过程的劳动强度和劳动时间，从而使充电器具有更高的可靠性、更大的灵活性，且成本低。

本课题研究的意义在于：<1）充分研究镍氢电池的充放电特性，寻找有效地充电及电池管理途径。

<2）使充电设备具有完善的自诊断功能和适时处理功能。

1.2 本论文的主要任务本文主要研究镍氢电池的充电方法，在此基础上进行系统设计和电路设计，并通过实验结果对充电控制方法测试论证，具体结构如下：第一章引言，介绍课题研究的背景和意义，在介绍镍氢电池的特点和在使用中存在的问题以及课题研究的意义和主要工作，这是论文的设计基础。

第二章镍氢电池组充电器总体方案设计，主要介绍镍氢电池组充电器设计的原理，以及充电系统设计的硬件和软件大体框架。

第三章系统硬件设计部分，主要对硬件电路各个模块之间的联系以及各自的功能做出比较详细的介绍。