1简易镍氢电池充电控制

简易镍氢电池充电控制

1 镍氢电池特性

镍氢电池采用镍氧化物作为正极，储氢金属作为负极，碱液（主要为氢氧化钾）作为电解液。额定电压为1.2V，满充时，最大电压可达到1.6V~1.8V。正常放电终止电压为1.0V，实际可使用到0.9V。重复充电次数大于500次，自放电率20%/月。

镍氢电池的最大放电电流可达到3C（放电率C是指一小时放完全部容量的电流值，如500mAh电池的C为500mA）。能量重量比为60~80Wh/kg。

下图是镍氢充电电池充电时的充电电流和电池电压的特性关系：

图1 充电电压特性曲线

1.1 充电结束判断

1. -ΔV 检测：由图1可见，在大电流充电时，电压上升到100%后，电池电压不升反降。充电芯片可利用电池电压从上升转为下降的特征来结束充电。

利用-ΔV 检测结束充电必须恒流充电，因为电流的变动也会引起电池电压的变动。简单的充电器一般为恒压限流充电，充电后其电流越来越小，-ΔV 检测就会变得困难。所以利用这一特性结束镍氢电池充电时，充电电流必须保持恒定，而且必须用1.0C 以上的大电流充电。

2. 充电电池充满电后，再继续充电，电能变成电池的热量，电池开始发热。充电芯片的另一个控制就是利用温度的上升率的增长来结束充电，称为ΔT/Δt 检测。一般达到2℃/分钟时，充电停止。

ΔT/Δt 检测时，也要求充电电流保持恒定，而且充电电流较大（0.3C ）时，检测较为准确。当充电电流小或环境温度低、散热很好时，也会无法检出，形成过充电。

3. 最为简单的控制方式是用最大时间控制。按充电电流和电池容量及充电效率决定最大充电时，超过这个时间就无条件停止充电。例如，用0.1C 充电，考虑充电效率，定时在12小时左右。定时充电电流必须小于0.3C 。由于充电电流小，过充电在电池上产生的热量能较快地散发出去，对电池的影响不大。

1.2充放电曲线

不同种类的电池，具有不同的充放电曲线，与之相应的充电方法也有很大的不同，在研究具体的充电方法时要考虑到这一点以选择合适的充电方式。 20世纪60年代美国科学家马斯（J.A.MAS ）提出了以最低气率为前提的电池可接受的最佳充电曲线，即任一时刻电池所能接受的充电电流为：

At o e I I 式中：o I 为初始充电电流，A 为充电接受比，t 为充电时间。o I 和A 的值由电池决定，与电池的类别，极板的结构，散热性能及电池的新旧有关。

上图展示出电池的最佳充电曲线，可以看出，充电电流随时间按指数规律下降，并且：

如果充电电流工作在N区，则电流过大，会导致电池体温度过高，在电池内部气压过高时会有大量气体析出，对电池造成损坏

如果充电电流工作在M区，是可接受的，但充电时间不能达到最短。

如果充电电流沿着曲线轨道变化，是最理想的充电状态。

实用的充电方法主要有分级充电法和脉动式充电法两种，它们的基本思想都是使充电曲线尽可能地模拟最佳充电曲线。

Ni-MH电池充电的方法，很多人认为采取分级恒流充电法较好。近来有文献认为，Ni-MH电池充电，在充电前期采用分级恒流法的基础上，充电后期最好实行脉动式充电，在充电脉冲的间隙，过充电反应产生的氢气和氧气进行再复合，这叫做去极化过程。去极化过程减小了电池体的内部压力、温度和电池内阻，使充入电池的大部分电荷转化为化学能。

无论充电方法采用分级恒流还是脉动式，抑或其他方法，电池充电过程都可分为预充电、快速充电、补足充电、涓流充电四个阶段。对长期不用的或新电池充电时，已开始就采用快速充电，会影响电池的寿命。因此，这种电池应先用小电流充电，这个阶段称为预充电。电池满足一定的充电条件后转入快速充电，快速充电是用大电流充电，电池的大部分电能在这一阶段恢复。

快速充电的速率一般在1C以上，快速充电时间由电池容量和充电速率决定。为了保证电池充入100%的电量，还应加入补足充电过程。

补充充电速率一般不超过0.3C。在补足充电过程中，温度会继续上升。当温度超过规定的极限值时或出现其他标志，充电器转入涓流充电状态。存放时，镍

镉电池的电量按照C/30到C/50的放电速率减小，Ni-MH电池的放电速率还要大。为了补偿电池因自放电而损失的电量，补足充电结束后，充电器应自动转入涓流充电过程。涓流充电也称为维护充电，根据电池的自放电特性，涓流充电速率都很低，Ni-MH一般为1/300C。只要电池没有从充电器上断开，在维护充电状态下，充电器将以某一充电率给电池补充电荷，这样可使电池总处于充足状态。

2 不同种类电池的充电顺序

2.1铅酸电池

对于铅酸电池，影响它的两个重要因素是温度和浮充电压。当环境温度升高时，容量有所增加，但是高温会使得铅酸电池栅板腐蚀剧增，阻碍电极反应，降低了容量的增加。环境温度的变化会引起浮充电压的变化，浮充电压过高，会使得正极的析氧量增加，气体的冲击使得活性物质和板栅结合力变差，板栅腐蚀速度增加，电解液损失速度加快，铅酸电池寿命缩短；浮充电压过低，容易造成铅酸电池充电不足，影响电池容量，使充电次数频繁，对电池寿命有严重的影响。

解决温度和浮充电压影响的有效方法是采用温度补偿，其公式如下：

=T

T

V

V

N

-

)

20

(-

tc

n

C

其中：

V：经过温度补偿后的充电电压

tc

V：未经补偿的给定电压

n

T：补偿系数

C

N：每组的电池节数

T：电池温度

系统将根据上述方程对给定电压进行调整，使浮充电压自动随着电池的温度变化进行补偿。

本设计对铅酸电池的常规充电流程设臵如下：

1.电压<10.5V时进行预充：恒流0.01C，作为对过放电电池的修复，超过

60min，电压如果达不到10.5V，则认为电池失效，停止充电