基于C8051F单片机的镍氢电池组管理系统解析

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。