基于PIC16F676的镍氢电池充电管理系统设计

　　随着科技的发展，对便携式仪器仪表的需求越来越多。为这些仪表选择充电电池并设计充电管理电路是这类产品设计的重要内容。镍氢电池与其它类型电池相比，具有比容量大（相当于镍镉电池的两倍），无污染、无记忆、重量轻，价格适中（只有锂离子电池一半的价格）等优点，在国内仪器仪表行业中越来越受到青睐。

　　1镍氢电池充电系统设计理论基础

　　 正极上析出氧气，负极上析出氢气。这三个化学反应决定了镍氢电池充电电路要求如下：

　　1）电池充电终止电压：

　　 电池充电时，极板上的活性物质已经全部饱和，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1.6伏。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。电压负增量控制方法是一种公认的比较先进的控制方法（-△V），电压从峰值下降5~10Mv/节时及时终止快速充电；最大电压控制方法可以作为辅助控制方法。

　　2）电池充电电流：

　　 充电电流取决于电池容量C。现在新型镍氢电池可以达到1C以上的充电率，但充电电流过大会使电池内部压力升高较快，安全阀打开，电池漏液，引起安全问题。在设计中，充电电流取0.5C。

　　3）电池充电时间：

　　 电池充电时间和充电电流的大小有关，充电电流取0.5C左右时，电池充满约需要2~3小时。

　　4）电池温度：

　　 在电池充满电后会发生析氧和析氢反应，使电池内部压力增大，温度上升。当电池温度超过55度或者温度超过2度/分时候应及时终止快速充电。另外，如果环境温度低于5度或者高于40度时候不应该启动快速充电。

　　 目前，大多数充电电路仅采用上述的一个或者两个参数进行控制，很难达到理想的控制要求。为此，本文设计了一种新型柔性充电管理电路；通过对上述几个参数同时进行综合控制，可以更高效、更加安全地完成充电管理过程。

　　2镍氢电池充电管理电路硬件设计

　　 电池充电原理图如图1所示，包括充电控制电路和充电状态检测电路。充电电路以PIC16F676为核心，PIC16F676是Microchip推出的一款新型PIC单片机，DIP14或者SOIC14封装，2个定时器，输出IO口切换频率可以达到250KHZ，2KFlash，多路AD，使得PIC16F676特别适用于低成本的电池管理系统。芯片内部集成了上电复位、欠压检测和看门狗电路，使用内部晶振（4M晶体），这些都极大的简化了外围电路的设计。

　　 充电电路以及充电过程：

　　 PIC16F676的RC3口或者RC4口用于输出占空比可调的PWM脉冲信号控制NPN三极管8050的通断。启动RC3口通过定时器1控制引脚输出高低电平即可以对电池进行充电控制。电池充满时候，停止定时器，RC3输出低电平，NPN三极管截止，便可以停止充电。

　　 在一个PWM脉冲周期中，当NPN三极管导通时，MOSFET管BD442的栅极为高电平，外部电源经过肖特基二极管，检测电阻给电池充电；当NPN三极管8050截止时候，MOSFET管BD442的栅极为低电平，外部电源停止充电。在下一个PWM脉冲周期，重复上述过程。

　　充电状态检测电路：