基于C8051F單片機的鎳氫電池組管理系統

　　文章描述了鎳氫電池充放電原理和特性的分析，并根據鎳氫電池充放電管理需求，提出了一種基于C8051F單片機對多節鎳氫電池串聯電池組進行綜合監測和管理的方案，通過設計：實現了新型電池管理電路，包括完整的硬件和軟件解決方案。

　　隨著中國煤炭工業的發展和礦山裝備技術的進步，我國對煤礦甲烷安全監控系統，運輸監控系統，應急救援系統等使用的后備電源的設備要求越來越高，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，鎳氫電池無論在安全性上，還是可靠性，成本等方面，都具有較大優勢。鎳氫電池組是一個串聯的組成系統，其中任何單節電池損壞必將影響整個電池組，如何在保證鎳氫電池安全性能的同時，發揮電池自身最大的能量效率，這是礦用鎳氫電池管理系統研究和設計的方向。

　　1鎳氫電池充放電原理

　　鎳氫電池(金屬氫化物鎳蓄電池)采用儲氫合金，在充電的時候可以存儲數大量的氫氣形成金屬氫化物，將電能轉換為化學能;放電的時候又能將存儲的氫氣釋放，將化學能轉換為電能。其基本電化學反應為：Ni(OH)2+M〈=〉NiOH+MHab(式中：M為儲氫合金，Hab為吸收的氫氣)。

　　在電池充電后期和充電結束時，還伴隨發生下列反應：

　　基于以上3個電化學反應，鎳氫電池的充放電表現如下特性：

　　1)充電電流取決于電池容量C.充電電流過大會使電池內部壓力升高較快，電池自身的安全閥打開，電池漏液，引起安全問題。在設計中，充電電流宜取0.1C.

　　2)電池充電飽和后，極板上的物質已經全部中和，電池電壓不再上升而是略有下降。此時，若繼續大電流充電，將會大大影響電池的壽命，此時的電壓稱為充電終止電壓，一般單節電池不超過1.5 V.充電終止電壓與電流充電率、環境溫度、電池生產工藝等因素有關。

　　3)電池放電結束后，極板上的活性物質已經全部消耗。如果繼續對外放電，會造成負極析出的氫氣無法中和，電池內部壓力上升，安全閥打開，對外析氫，引起安全問題。

　　20節串聯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

　　根據鎳氫電池的充放電特性，設計了一種新型的智能型鎳氫電池組管理電路，能夠支持多達20節鎳氫電池串聯的電池組管理，能夠實現對單節電池和整體電池組的有效檢測與控制，可以更高效，更安全的完成鎳氫電池的充放電管理功能。

　　2鎳氫電池管理系統硬件設計

　　采用由恒流充電電路，實時電壓檢測電路，CPU控制電路和其他外圍電路共同構成的鎳氫電池充放電管理系統。

　　1)恒流充電電路

　　恒流充電電路采用閉環控制和脈沖調制方式實現充電電流的恒流負反饋控制。充電電路原理圖如圖2所示。

　　圖2充電電路原理