基于C8051F单片机的镍氢电池组管理系统

　　文章描述了镍氢电池充放电原理和特性的分析，并根据镍氢电池充放电管理需求，提出了一种基于C8051F单片机对多节镍氢电池串联电池组进行综合监测和管理的方案，通过设计：实现了新型电池管理电路，包括完整的硬件和软件解决方案。

　　随着中国煤炭工业的发展和矿山装备技术的进步，我国对煤矿甲烷安全监控系统，运输监控系统，应急救援系统等使用的后备电源的设备要求越来越高，尤其是其安全特性。作为煤矿用后备电源的重要的组成之一，镍氢电池无论在安全性上，还是可靠性，成本等方面，都具有较大优势。镍氢电池组是一个串联的组成系统，其中任何单节电池损坏必将影响整个电池组，如何在保证镍氢电池安全性能的同时，发挥电池自身最大的能量效率，这是矿用镍氢电池管理系统研究和设计的方向。

　　1镍氢电池充放电原理

　　镍氢电池(金属氢化物镍蓄电池)采用储氢合金，在充电的时候可以存储数大量的氢气形成金属氢化物，将电能转换为化学能;放电的时候又能将存储的氢气释放，将化学能转换为电能。其基本电化学反应为：Ni(OH)2+M〈=〉NiOH+MHab(式中：M为储氢合金，Hab为吸收的氢气)。

　　在电池充电后期和充电结束时，还伴随发生下列反应：

　　基于以上3个电化学反应，镍氢电池的充放电表现如下特性：

　　1)充电电流取决于电池容量C.充电电流过大会使电池内部压力升高较快，电池自身的安全阀打开，电池漏液，引起安全问题。在设计中，充电电流宜取0.1C.

　　2)电池充电饱和后，极板上的物质已经全部中和，电池电压不再上升而是略有下降。此时，若继续大电流充电，将会大大影响电池的寿命，此时的电压称为充电终止电压，一般单节电池不超过1.5 V.充电终止电压与电流充电率、环境温度、电池生产工艺等因素有关。

　　3)电池放电结束后，极板上的活性物质已经全部消耗。如果继续对外放电，会造成负极析出的氢气无法中和，电池内部压力上升，安全阀打开，对外析氢，引起安全问题。

　　20节串联镍氢电池的充放电曲线如图1所示。

　　图1镍氢电池组充放电曲线

　　根据镍氢电池的充放电特性，设计了一种新型的智能型镍氢电池组管理电路，能够支持多达20节镍氢电池串联的电池组管理，能够实现对单节电池和整体电池组的有效检测与控制，可以更高效，更安全的完成镍氢电池的充放电管理功能。

　　2镍氢电池管理系统硬件设计

　　采用由恒流充电电路，实时电压检测电路，CPU控制电路和其他外围电路共同构成的镍氢电池充放电管理系统。

　　1)恒流充电电路

　　恒流充电电路采用闭环控制和脉冲调制方式实现充电电流的恒流负反馈控制。充电电路原理图如图2所示。

　　图2充电电路原理