1、 电子技术课程设计题 目： 镍镉电池充电器 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： （本）自动化 102 姓 名： 冯洛荣 学号： 2010020143223 指导老师： 陈吹信 小组成员： 刘武斌 ，谢东霖，冯洛荣 成 绩： 2摘 要本文将介绍镍镉电池充电原理，镍镉电池属碱性电池的一种，它体积小、容量大、输出电压平稳、坚固耐用，已被广泛应用于计算机及通信领域。对镍镉电池充电有两种方法：一是快速充电，即在尽量短的时间内用恒定的大电流将电池充足电；另一种是涓流充电，就是长时间用小电流对处于备用状态的电池进行充电，以补偿其因自行放电而造成的能量损失，使之总保持电量充足的最佳状态。设计智能镍镉电池充
2、电器，在对电池充电过程中，跟踪监测电池的电压变化和电流变化曲线，从而自动调整充电电流和电压，以达到最佳充电状态，尽可能的消除被充电电池的记忆效应，延长充电电池的使用寿命。该智能充电器在电池放入时，具备自动判断电池电压功能，以选择是否对该电池镍镉电池、快定时充电；快速充电速充电、涓流充电以及定时充电等模式。关键词： 镍镉电池 充电 原理 3目录封面 1摘要 2引言 4课题的目的及意义 5一、电池与充电.61、充电电池相关知识61.1 电池的容量61.2 过度充电.61.3 充电效率.61.4 利用率 .61.5 电池的内阻与电压72、电池充电的控制.73、电池充电电路工作原理与设计.83.1、电
3、源原理与设计83.2、充电电路的原理与设计104、镍镉电池充电整体电路图114.1 器件清单114总结与体会参考文献引言现代社会电池的使用范围已经由 40 年代的手电筒、收音机、汽车和摩托车的启动电源发展到今天上百种用途。小到从电子表手表、CD 唱机、移动电话、MP3、 MP4、照相机、摄影机各种遥控器、剃须刀、手枪钻、儿童玩具等。大到医院、宾馆、超市、电话交换机等诚和的应急电源，电动工具、拖船、拖车、铲车、轮椅车、高尔夫球员动车、电动自行车、电动汽车、风力发电机用电池、导弹等军用电池。还有可以满足各种特殊要求的专用电池等。电池已经成为人类社会必不可少的便捷能源。而本文将会带你了解镍镉电池充电
4、的过程。5课题的目的及意义目前，镍镉电池的价格一般都在几十元到几百元之间，但这个小小的充电器如果质量不过关的话，给用使用者带来的危害却不小。首先，类脂充电器由于配件的质量不果断或电器的性能不良，自身容易出现短路、过热烧毁等故障，倾则让用户损失充电器，重则会引起各种灾难性的危害如火灾等。其次，劣质充电器由于输出电流不稳定或不符合规定，会引起电池过热、充电不完全等故障，轻则影响使用，减短电池使用寿命，重则引起电池爆炸等危险。在比较了市面上几个充电器的基本设计之后，我们组的设计选用控制电压的电池充电装置，期望达到安全、实用、快速充电的目的。课题的设计是一次很好的学习机会，独立思考能力和动手能力都在设
5、计中得到锻炼。6一、电池与充电1、充电电池相关知识1.1 电池的容量电池的容量是指对电池放电，知道电压降到终止电压为止，在这期间所能取到的放电电荷量。若是在规定的电流和温度等标准放电条件下，对充满点的电池进行放电到放电终止，所得到的容量称之为额定容量。容量大小与其所消耗的电极材料之活性物质的量有关，而标准放电条件则是依照电池种类的不同有所规定。容量是根据电池的放电反应来定义，而非充电反应来定义，因此我们常说的电池容量有多大，是指放电时可得到的累计放电电荷量有多少，而非充电时流进去的电荷量有多少。1.2 过度充电在充电过程中电池的电压会随着储存电量的增加而逐渐上升，当电池储存的电路达到饱和，电极
6、材料无法继续充电时，若继续充电则电解液会起点解，并且在阳极产生氧气，在阴极氢气，如此会在密封的电池内部造成内部压力上升，会对电池内部结构造成破坏。像这种现象称之为过度充电。1.3 充电效率7电池不可能充多少电量进去就能储存有多少电量，一定会有所耗损，除了阳极和阴极漏电间的绝缘体漏电之外，材料也不可能无暇地储存所有电量。电池放电时取出点电量与充电时流进去的电量之比，称之为充电效率1.4 利用率 虽然理论上电池的额定容量很大，但实际上充满电后再放电时可得到的电量却往往小于理论容量，表示电池可储存的实际容量并没有那么大，此实际容量相对于理论容量的比率称之为利用率。通常电池的放电电流越大，或者周围温度
7、降低时，利用率会减小。1.5 电池的内阻与电压电池是有内阻的电压源，可以视为一个理想电压源串联电阻输出。二、电池充电的控制2.1、电压控制：通过检测电池的峰值电压来判断充电的终点。当测到电池电压上升到设定的电压准位时就停止充电，这种方式是最简单的方式，只要根据电池特性知道电池的电压上升曲线，就可以将被测电压设为最接近饱和时的准位，不同款式的电池充电饱和时的电压准位不大一样，新旧电池特性也不一样，用这方法无法设定理想电压。而本次设计也是用电压控制的。2.2、dT/dt 控制：通过检测电池峰值温度变化率来判断充电的终点；2.3、T 控制：电池充满电时温度与环境温度之差会达到最大；2.4、-V 控制
8、：当电池充满电达到一峰值电压后，电压会下降一定的值；2.5、计时控制：通过设置一定的充电时间来控制充电终点，一般设定要充进130%标称容量所需的时间来控制；2.6、TCO 控制：考虑电池的安全和特性应当避免高温(高温电池除外)充电,因此当电池温度升高至 60 OC 时应当停止充电。8三、电池充电电路工作原理与设计3.1、电源原理与设计如图 ，V1-V4、组成桥式整流、滤波电路，为后续电路提供直流电源。3.1.1 桥式整流电路：整流电路的作用是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电，这就是交流电的整流过程，整流电路主要由整流二极管组成。经过整流电路之后的电压已经不是交流电压，
9、而是一种含有直 流 电 压 和交 流 电压 的混合电压，习惯上称单向脉动性直流电压。9桥式整流电路工作原理如下：在交流电的正半周，电流从 1 端流出，只能经过二极管 D1 流向 R（注：R 是要求直流供电的负载电阻） ，再由二极管 D3 流回2 端，所以 D1D3 正向导通，D2D4 反偏截止。在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。在交流电的负半周，电流从 2 端流出，只能经过二极管 D2 流向R，再由二极管 D4 流 1 端，所以 D1D3 反偏截止，D2、D4 正向导通。电流流过R 时产生的电压极性仍是上正下负，与正半周时相同。3.1.2 滤波电路滤波电路用于滤去整流流出电压中的纹波，
10、一般由电抗原件组成，如在负载电阻两端并联电容器 C。由于电抗原件在电路中有储能作用，并联的电容器C 在电源供给的电压升高时，能把部分能量储存起来，而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压比较平滑，即电容 C 具有平波的作用。103.2、充电电路的原理与设计如上图，V5、V6 及 LED1、 LED2 组成镍镉电池充电控制及指示电路。上图工作原理：在充电初始时，由于电池电动势小，因此电源通过电池为 V5、V6 的集电极提供偏置电压，V5 导通又为 V6 提供基极偏置电流， V6 饱和导通，电池充电，同时 LED1LED2 正偏发光以指示充电状态。11随着充电接近完毕，电池电动势越大，电源
11、通过电池为 V5、V6 的集电极提供的偏置电压减少，不足以使 V5 导通，则 V5、V6 截止，电池充电完毕，同时，LED1、LED2由于偏置电压几乎为零，则熄灭以示充电完毕。四、镍镉电池充电整体电路图4.1 器件清单元器件名称 型号 型号变压器 220V/9V 10VA整流二极管 V1-V4 1N4007 4三极管 V5 9015 1三极管 V6 8050 1电阻 R1 1K 欧姆 112电阻 R2 510 欧姆 1电阻 R3 220 欧姆 1电阻 R4 10 欧姆 1电容器 C1 1000uf 1电容器 C2 330uf 1发光二极管 LED1 LED2 2结论充电器已成为家具、旅游、办公
12、的常用电器，而目前市面上的充电器很多因为配件质量不过关或电器性能不良，容易出现短路、过热烧毁等故障，轻则损失充电器，重则会引起各种灾难性的危害如火灾等。其次，劣质充电器由于输出电流不稳定或不符合规定，会引起电池火热、充电不完全等故障，轻则影响使用，减短电池使用寿命，重则会引起电池爆炸等危险。其实，我们的这次比起其他产品是小毛见大毛，但是我们学会了很多在书本上学不到的东西。作为一名电气工程的学生，模拟电路的设计是最头疼，但也是最致命的设计部分，尽管目前数字电路、大规模集成电路的发展非常迅猛，但是模拟电路的设计仍是不可避免的，有时也是数字电路电路无法取代的。所以，我们学会了在这次设计之前，需要做到
13、的：（1）阅读很多关于电池、充电器、电源的资料；（2）更深入的学习模拟电路知识；（3）熟悉 PORTEL 的操作。真是受益匪浅啊！另外，这次的课程设计在学院进行，在此我对所有提供帮助的老师和同学表示衷心的感谢！首先，我深深得感谢我的指导老师吴德林老师，吴老师对我的课程设计进行了全名的指导，同时讲解了很多我不了解、不知道的知识。在生活、学习中给了我很多宝贵的建议，使我的课程设计过程中获益良多。感谢学校为我提供良好的学习和实验环境。感谢各位与我共同学习的同学们，在学习和生活中给与的帮助。特别感谢13同学刘武斌、谢东霖，他们灵活的思维方式给了我很多启示。谨以此机会向所有关心、支持和帮助过我的人们表示最诚挚的谢意。参考文献1郭炳昆，李星海.电池原理及制造技术 M,中南大学出版社，20032衣承斌，刘京南.模拟集成电子基础M. 南京：东南大学出版社， 19943江泽佳，电路原理 M.北京；科学出版社， 19841415
