镍氢电池充电与充电器

在可充电池(化学电池或物理电池)的运用过程中，充电器是其成功运用的重要装置，所以可充电池一出世，充电器便是个关键问题，因为充电器的好坏直接影响到电池的两个重要技术指标：1)可充电池的使用容量；2)可充电池的循环使用次数，即使用寿命。然而直到六十年代以前，充电器技术并没有得到长足发展，普遍采用的方法主要是恒流或恒压充电方法，充电效果不是太理想。这种状况直到六十年代基于最低出气率可充曲线原理发现电池可接受充电电流大小随时间按指数规律下降这一规律后，才证实恒流或恒压充电均不是最适合的方法。因为恒流充电时，其起始充电电流总是低于电池的可接受能力，造成充电效率低，充电时间长，而在充电后期，最终的充电电流又总是高于电池可接受的程 度，因而电池内部气体析出率不断增加，到充电结束时，所有充电电流全部供给气体析出，电池内部电压迅速增加，电池温度也随之迅速上升，造成每次充电电极上都有活性物质脱落，从而大大降低了电池的寿命，而恒压充电方法在充电初期电池内阻极低致使充电电流过大，而随时间并不按指数规律下降(常偏离制定曲线)。

根据充电曲线研究实验，又提出了所谓的两段式、三段式或更多段式充电。所谓两段式充电指首先对电池进行恒流或恒压充电，当电池电压达到一定程度，然后对电池进行涓流充电：所谓三段式一般是首先对电池进行恒流充是，待电池电压达到电压阀值后转化为第二阶段，即所谓限压充电阶段，当充电电流小到某种程度后转化为第三阶段．即所谓限压充电。另外，由于实际运用的需要，往往还希望对电池进行快速充电．影响充电器快速充电还有两个重要因素：一是极化电压：二是记忆效应，其中极化电压是在充电过程中，电荷堆积于电池电极上而产生的反问电压，实际上表现为对电池内阻的增加上，消除它的有效方法是采用负脉冲方法在电池两端瞬间放电去除电极上堆积的电荷．并由此产生了脉冲充电方法：记忆效应并不是所有电池都有，可以通过多次的充放电即可消除。上述两种效应应该在充电控制器设计中予以重视。

实际上，充电控制器在近年采取得了长足的发展，一个明显的标志就是世界上大多数的半导体厂商大都出品了自己的充电器芯片，有的还带有中央处理器 (即CPU)。

综上所述，尽管已经有了多种充电方法，而且也有一定的效果，然而大多忽略了一个重要事实，即充电电池并不是工作于理想状态，每个电池都有自己独特的个性．确切地说每个充电电池都有自己有别干其它甚至是同类电池的充放电曲线，该曲线甚至在充电过程中还足动态变化的，这就意味着好的充电控制模式应该是变化的，而且应该与电池的充放电曲线变化一致才是最佳的。事实上，每个电池在充电的任意时刻总存在一个最佳的充电电流和充电模式的，问题是我们如何才能逼近这个晕佳值。以下介绍一些较好的自适应控制智能快速电沁充电器控制方法的思路要点。

1．总体控制方法：

采用了正负 (包括O脉冲)脉冲作为对电池的充放电控制波形，其中正脉冲为充电脉冲，负脉冲为放电脉冲，O脉冲间于充电与放电脉冲间，表示充放电的休止期。事实上，上述三种脉冲在后面讲的控制过程中都有可熊时间长度为O，比如，O脉冲和负脉冲的时间周期为时，总体控制波形仿真限压充电模式：而特定的组合脉冲形式又可以仿真为恒流充电 等。总之，通过调整这种波形可以仿真几乎所有的充电波形和充电模式；

2．采集的信息：

在本方法中，采集的信息包括：正脉冲期间的充电电流大小及其随时间的变化：负脉冲期间的放电电流及其随时间的变化量：电池温度及其随时间的变化量，电池电压及其随时间的变化量。这些信息是我们用于学习和控制的第一手材料，通过对他们的分析可以估算电池的内阻，进而计算出电池当前所处的状态等；

3．充满判断规则：

对充电电池是否在充电过程中已充满的判断是充电器的重要指标，如果电池未充满而错判为充满将导致电池欠充，反过来则将导致电池过充，两种情况都对电池的寿命有重大影响。

综合起来，判断规则有如下几种：

●定时控制；

●电压控制(含最高电压：电压负增量：电压零增量等)；

●温度控制(包括最高温度，最高温升：温度变化率等)；

●电流控制等。

较好的办法是采用综合判断方法，对每个指标进行跟踪，并按模糊数学原理分别记分，按照置信度做出最佳判断。

下面说明本方法的特点：

1.充电技术能自适应地动态调整充电脉冲各参数值，使电池充电曲线与电池当前的充放电曲线一致，由于该曲线是变化的，所以充电脉冲也是不断变化和调整的；

2.终止充电策略可能的情况下采用下模糊数学原理，充电器具体稳定可靠的特点，使充电不至错判，从而大幅度提高充电器的可靠性；

3.本技术对电池类型没有要求，也就是说本充电技术可同时对铅酸、镍镉、银锌、镍氢或锂电池充电，而且充电效果并不因为电池类型的不同而有所差异；

4.更进一步，本技术对电池的当前状态也有要求，即只要电池没有短路或者断路，都可以对电池进行正常充电，所以本充电技术还可对性能有所下降的电池有恢复或治愈的功能；

5.由于采用了自适应控制立法，对电池无伤害，更加上上面4点，本技术可延长电池的使用寿命。

实际民用镍氢电池的充电方式，因考虑到成本、便携、可靠等方面的要求，大多仍采用分段恒流充电控制方式。