基于单片机的镍镉充电电池智能管理系统设计

镍镉充电电池作为一种碱性电池，对使用、管理和维护有特殊要求，如果管理不善、使用不当、维护不及时，很容易导致电池老化、失效甚至报废。针对部队、厂矿大量使用并集中存放的不同种类镍镉充电电池，运用单片微型计算机控制技术，设计了电池智能管理系统，对镍镉充电电池进行状态自动检测、充放电管理、性能维护等智能化管理。

　　通过对镍镉充电电池的自动管理，有效消除镍镉充电电池使用管理上的盲目性和随意性，提高镍镉充电电池的使用效能，延长镍镉充电电池的使用寿命。

　　镍镉充电电池对使用、管理和维护的特殊要求主要表现在：1）要求在适宜的温度条件和非酸性环境下存放；2）电池长期存放时应定期进行维护，新电池启用前要进行初始容量恢复；3）性能差异较大的单体电池不能同组使用或同组充电，报废电池（或故障电池）不能与堪用电池混用；4）电池充电前应该先对其放电至终止电压，以消除镍镉充电电池可能产生的“记忆效应”，并且要避免对电池过充、过放；5）尽量采用脉冲充电方式，以提高电池的充电效率，延长电池的使用寿命。

　　设计制作的镍镉充电电池智能管理系统，通过对电池的集中存放和自动充放电管理， 可以满足镍镉充电电池对使用、管理和维护的特殊要求。

　　1 系统作用及功能

　　镍镉充电电池智能管理系统，用于对大量使用并集中存放的镍镉充电电池进行智能化管理。主要完成电池存放、电池自动检测和自动充放电管理、电池维护和初始容量恢复、电池故障检测及指示报警、电池极性反接指示报警、电池空载指示和温度控制等功能。系统功能框图如图1 所示。

图1 系统功能框图

　　2 系统组成及原理

　　系统由控制模块、电池检测模块、充放电模块、电池切换模块、温度控制模块、电池存放模块和电源模块组成。其中，控制模块由单片机及外围电路组成，用于实现充放电控制、电池切换控制、温度控制、电池检测和指示控制；充放电模块由充放电电路组成， 用于实现充电电池的充电和放电；切换模块由继电器及其控制驱动电路组成，用于实现电池单体间的自动切换或手动切换。温度控制模块由温度传感器、轴流风扇及控制电路组成，用于对电池存放环境温度进行监测控制。系统开始工作并通过自检后，先对电池状态进行检测，剔除故障电池并纠正反接电池，然后进入电池管理阶段，按顺序对电池单体进行充电和放电。一个管理周期结束后，系统经过一定时间的延时后，开始下一个管理周期。系统原理框图如图2 所示。

图2 系统原理框图

　　3 硬件设计

　　3.1 控制模块设计

　　选择AT89S52单片机作为控制单元。单片机的P0 口用于数码显示与键盘扫描。其中P0.0～P0.3 用于输出与电池编码对应的4 位二进制数， 并经74LS248 转换后形成7 段码后，送到数码管显示。P0.3、P0.4 受计时器T0 控制，循环输出00、01、10、11 4 个2 位二进制数， 并经译码器74LS139 译码后，作为扫描信号，对数码管和矩阵键盘同时进行扫描。P0.5、P0.6 用于对2×4 矩阵键盘各按键状态进行监测。P1 口用于连续输出8 位二进制数，并经两级译码器74LS154 进行级联译码后，最多可输出256 路控制信号，实现依次对256 个电池单体进行自动切换控制。P2 口用于对充电电池状态（空载、故障、充电满、放电完）进行检测，并对电池充电和放电进行控制。P3 口主要用于电池状态（空载、充满、故障、反接）监测、指示和报警。