基于單片機的鎳鎘充電電池智能管理系統設計

鎳鎘充電電池作為一種堿性電池，對使用、管理和維護有特殊要求，如果管理不善、使用不當、維護不及時，很容易導致電池老化、失效甚至報廢。針對部隊、廠礦大量使用并集中存放的不同種類鎳鎘充電電池，運用單片微型計算機控制技術，設計了電池智能管理系統，對鎳鎘充電電池進行狀態自動檢測、充放電管理、性能維護等智能化管理。

　　通過對鎳鎘充電電池的自動管理，有效消除鎳鎘充電電池使用管理上的盲目性和隨意性，提高鎳鎘充電電池的使用效能，延長鎳鎘充電電池的使用壽命。

　　鎳鎘充電電池對使用、管理和維護的特殊要求主要表現在：1）要求在適宜的溫度條件和非酸性環境下存放；2）電池長期存放時應定期進行維護，新電池啟用前要進行初始容量恢復；3）性能差異較大的單體電池不能同組使用或同組充電，報廢電池（或故障電池）不能與堪用電池混用；4）電池充電前應該先對其放電至終止電壓，以消除鎳鎘充電電池可能產生的“記憶效應”，并且要避免對電池過充、過放；5）盡量采用脈沖充電方式，以提高電池的充電效率，延長電池的使用壽命。

　　設計制作的鎳鎘充電電池智能管理系統，通過對電池的集中存放和自動充放電管理， 可以滿足鎳鎘充電電池對使用、管理和維護的特殊要求。

　　1 系統作用及功能

　　鎳鎘充電電池智能管理系統，用于對大量使用并集中存放的鎳鎘充電電池進行智能化管理。主要完成電池存放、電池自動檢測和自動充放電管理、電池維護和初始容量恢復、電池故障檢測及指示報警、電池極性反接指示報警、電池空載指示和溫度控制等功能。系統功能框圖如圖1 所示。

圖1 系統功能框圖

　　2 系統組成及原理

　　系統由控制模塊、電池檢測模塊、充放電模塊、電池切換模塊、溫度控制模塊、電池存放模塊和電源模塊組成。其中，控制模塊由單片機及外圍電路組成，用于實現充放電控制、電池切換控制、溫度控制、電池檢測和指示控制；充放電模塊由充放電電路組成， 用于實現充電電池的充電和放電；切換模塊由繼電器及其控制驅動電路組成，用于實現電池單體間的自動切換或手動切換。溫度控制模塊由溫度傳感器、軸流風扇及控制電路組成，用于對電池存放環境溫度進行監測控制。系統開始工作并通過自檢后，先對電池狀態進行檢測，剔除故障電池并糾正反接電池，然后進入電池管理階段，按順序對電池單體進行充電和放電。一個管理周期結束后，系統經過一定時間的延時后，開始下一個管理周期。系統原理框圖如圖2 所示。

圖2 系統原理框圖

　　3 硬件設計

　　3.1 控制模塊設計

　　選擇AT89S52單片機作為控制單元。單片機的P0 口用于數碼顯示與鍵盤掃描。其中P0.0～P0.3 用于輸出與電池編碼對應的4 位二進制數， 并經74LS248 轉換后形成7 段碼后，送到數碼管顯示。P0.3、P0.4 受計時器T0 控制，循環輸出00、01、10、11 4 個2 位二進制數， 并經譯碼器74LS139 譯碼后，作為掃描信號，對數碼管和矩陣鍵盤同時進行掃描。P0.5、P0.6 用于對2×4 矩陣鍵盤各按鍵狀態進行監測。P1 口用于連續輸出8 位二進制數，并經兩級譯碼器74LS154 進行級聯譯碼后，最多可輸出256 路控制信號，實現依次對256 個電池單體進行自動切換控制。P2 口用于對充電電池狀態（空載、故障、充電滿、放電完）進行檢測，并對電池充電和放電進行控制。P3 口主要用于電池狀態（空載、充滿、故障、反接）監測、指示和報警。