專利名稱：蓄電池充電控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于蓄電池充電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種蓄電池充電控制 方法。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直釆用恒流法或恒壓法來(lái)對(duì)蓄電池充電。而這 兩種方法與蓄電池的充電特性曲線嚴(yán)重不符，所以經(jīng)常造成蓄電池的 損壞。附圖1給出了鉛酸蓄電池的充電特性曲線，I線代表蓄電池
在充電過(guò)程中不同時(shí)刻受電能力的電流變化曲線，v線代表蓄電池充
電過(guò)程中各時(shí)刻能接受的最高安全電壓，也是設(shè)計(jì)充電器的恒壓輸出
線，c線代表蓄電池充電過(guò)程中容量隨時(shí)間的增加表現(xiàn)的恢復(fù)曲線。
從I曲線上可清楚看到，充電過(guò)程中蓄電池在不同時(shí)刻的電流接受能 力。顯然，在時(shí)間軸上，蓄電池電流接受曲線I是一條變化很大的非 線性曲線，各個(gè)時(shí)刻蓄電池的電流接受能力是完全不同的，那么該曲 線上哪一時(shí)刻的電流用作蓄電池恒流充電，能使蓄電池既安全，又能 在人們可接受的有限時(shí)間上將蓄電池充滿，無(wú)論怎么看，包括恒流充 電法改進(jìn)后的有限次數(shù)的分段恒流法在內(nèi)，都是難以實(shí)現(xiàn)的。更加困 難的是，電池每次使用的放電深度是不一樣的，環(huán)境溫度都不一樣， 新舊程度也不一樣，如果每次充電都用同樣的電流和時(shí)間去充，造成的電池?fù)p害是不可逆轉(zhuǎn)的。再看恒壓充電法，從v線上我們看到充電
器的輸出電壓，始終是在充電器設(shè)計(jì)者認(rèn)為蓄電池安全受電的最高允 許電壓上，低于這個(gè)電壓，將無(wú)法使蓄電池充滿。但是這個(gè)電壓并不 真的安全。因?yàn)樵诔潆娺^(guò)程中，單體鉛酸蓄電池的輸出電壓比電池自
身實(shí)時(shí)的電壓要高出100mV,通過(guò)蓄電池的輸出電流比蓄電池的最大 安全受電電流要增大10倍以上。而充電前蓄電池一般都是在放完電 后，這時(shí)的蓄電池肯定是處在最低的電壓上。如單體鉛酸蓄電池，放 電后一般為1.8~2. 0V,而此時(shí)充電裝置的輸出電壓如果是恒定在 2. 25~2. 4V,那與蓄電池電壓的差就已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于100mV。這樣的恒壓 充電，通過(guò)蓄電池的輸出電流將是蓄電池最大安全電流的幾十倍，如 果充電器的輸出功率與容量足夠大的話，必定會(huì)造成蓄電池的損壞， 如果充電器的容量不夠，那就必定會(huì)造成充電器的過(guò)載燒毀。如不及 時(shí)關(guān)斷充電電源，極易造成蓄電池的損壞。至此，我們可以看出，造 成鉛酸蓄電池使用中出現(xiàn)早期性能下降和損失容量的重要原因，大多 是傳統(tǒng)蓄電池充電技術(shù)落后與過(guò)程控制不力所致。
隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，人們?cè)噲D控制充電裝置按照接近充電特性 曲線的方式來(lái)充電。 一種比較好的充電裝置方案是釆用H橋逆變、高 頻變壓器隔離技術(shù)，這種方案效率高、能耗低、功率因數(shù)高、輸出精 度高，有輸出電流限制，輸出特性曲線如附圖2所示。其額定輸出電 流為55A,當(dāng)輸出電流大于55A時(shí)，按特性曲線進(jìn)行電壓限制，當(dāng)輸 出電流為60A時(shí)，輸出電壓變?yōu)镺V。充電裝置輸出電壓控制系統(tǒng)是 個(gè)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖3所示，外電壓控制環(huán)起主要作用，內(nèi)電流控制環(huán)起輔助作用。在特性曲線的恒壓階段，輸出電壓的反饋值與基 準(zhǔn)電壓比較，經(jīng)PI調(diào)節(jié)，生成一個(gè)電流參考值，然后與電流反饋值
進(jìn)行比較，最終確定一個(gè)輸出波形，送到P簡(jiǎn)發(fā)生器中，產(chǎn)生IGBT 的門(mén)極控制信號(hào)；在限流階段，過(guò)程同恒壓階段，只是在電壓比較器 處多比較了一個(gè)"輸出電壓降低值"的參數(shù)，這個(gè)參數(shù)值將根據(jù)特性 曲線確定，使電壓的參考值降低，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了限流控制。
釆用這種控制方法的優(yōu)點(diǎn)是根據(jù)輸出電流來(lái)調(diào)整給定電壓，實(shí)現(xiàn) 了恒壓及限流控制，有效的實(shí)現(xiàn)了輸出電流限制、快速的過(guò)流保護(hù)。 但還存在兩方面的不足， 一是在恒壓控制階段，加入了電流閉環(huán)，這 樣雖然起到了快速過(guò)流保護(hù)的作用，但是，在輸出電流小于55A情 況下，電流閉環(huán)也參與了 110V的恒壓控制，輸出電流反饋的變化會(huì) 影響輸出電壓的調(diào)整，使輸出電壓的精度受到影響；二是在限流控制 階段，根據(jù)輸出特性曲線，輸出電流55A對(duì)應(yīng)輸出電壓IIOV，輸出 電流60A對(duì)應(yīng)輸出電壓0V,在此區(qū)間，輸出電流每變化1A，會(huì)使輸 出電壓有22V的變化，輸出電流的變化直接影響到給定電壓的快速變 化，使得在此區(qū)間電壓和電流一直處于動(dòng)態(tài)的調(diào)整狀態(tài)，輸出電壓和 輸出電流的穩(wěn)定度不好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是克服上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種安全可 靠、控制精確、穩(wěn)定的蓄電池充電控制方法。
本發(fā)明的目的是這樣現(xiàn)的 一種蓄電池充電控制方法，釆取以下(8) 釆集充電裝置的輸出電流信號(hào)和輸出電壓信號(hào)；
(9) 向控制系統(tǒng)發(fā)出輸出電流給定值和輸出電壓給定值；
(10) 斜坡處理輸出電流給定值和輸出電壓給定值，得出輸出電流 斜坡給定值和輸出電壓斜坡給定值；
(11) 輸出電流斜坡給定值與輸出電流信號(hào)值相比較，得出輸出電 流誤差信號(hào)，輸出電壓斜坡給定值與輸出電壓信號(hào)值相比 較，得出輸出電壓誤差信號(hào)；
(12) 對(duì)輸出電流誤差信號(hào)進(jìn)行PI調(diào)節(jié)運(yùn)算，得出脈沖寬度控制 信號(hào)PWl,對(duì)輸出電壓誤差信號(hào)進(jìn)行Pi運(yùn)算，得出脈沖寬 度控制信號(hào)PW2;
(13) 將PW1和PW2進(jìn)行比較，按其中較小的數(shù)值控制充電裝置開(kāi)
關(guān)管的開(kāi)通寬度。
(14) 返回步驟(1)。
本發(fā)明的技術(shù)方案，采用了輸出電壓和輸出電流兩個(gè)獨(dú)立的閉 環(huán)，交替控制充電裝置的輸出，大大提高了在恒壓控制區(qū)的輸出電壓 精度及限流控制區(qū)的輸出電壓和電流穩(wěn)定度。


附圖1為鉛酸蓄電池的充電特性曲線。
附圖2為H橋逆變、高頻變壓器隔離充電裝置的輸出特性曲線。 附圖3為釆用H橋逆變、高頻變壓器隔離技術(shù)的充電裝置的雙閉 環(huán)控制原理框圖。
附圖4為本發(fā)明實(shí)施例的充電裝置的電路原理框圖。 附圖5為本發(fā)明實(shí)施例的主程序流程框圖。附圖6為本發(fā)明實(shí)施例的恒壓及限流控制子程序流程框圖。
具體實(shí)施例方式
參看附圖4，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明控制方法的充電裝置的主電路主要由輸 入逆變電路、隔離變壓器、輸出整流電路構(gòu)成，微機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù) 釆集電路測(cè)取的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行分析處理，輸出P觀控制信號(hào)， 調(diào)節(jié)逆變輸入電路開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通脈寬。
參看附圖5和附圖6詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的控制方法步驟?？?br> 制程序從框l開(kāi)始，進(jìn)入框2，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，對(duì)寄存器及變量 的配置進(jìn)行賦值初始化。然后進(jìn)入框3，釆集傳感器信號(hào)和開(kāi)關(guān)信號(hào)。 進(jìn)入判斷框4，判斷啟動(dòng)開(kāi)關(guān)是否閉合如果否，就返回；如果是， 就向下，進(jìn)入判斷框5。在判斷框5判斷輸入電壓是否大于下限如 果否，就返回；如果是，就向下進(jìn)入框6。在框6給中間回路充電。 然后進(jìn)入判斷框7，看此充電是否完成如果否，就返回框6;如果 是，就向下進(jìn)入框8，調(diào)用恒壓及限流控制子程序。恒壓及限流控制 子程序從框8.1入口，然后進(jìn)入框8.2,裝載輸出電壓給定值及輸出 電流給定值。然后進(jìn)入框8.3，對(duì)上述給定值進(jìn)行斜坡處理，得出輸 出電壓斜坡給定值及輸出電流斜坡給定值。然后進(jìn)入框8.4,分別計(jì) 算電壓反饋值與電壓斜坡給定值的差以及電流反饋值與輸出電流斜 坡給定值的差。然后進(jìn)入框8.5,分別對(duì)這兩個(gè)差值進(jìn)行PI調(diào)節(jié)運(yùn)算, 得出脈寬調(diào)節(jié)值PW1和PW2。然后進(jìn)入判斷框8.6,比較PW1和PW2: 如果PWKPW2，則進(jìn)入框8.7，令門(mén)極脈沖寬度PW^PW1;如果PW1 《PW2，則進(jìn)入框8.10，令門(mén)極脈沖寬度PW二PW2。然后進(jìn)入框8.8， 進(jìn)行PWM輸出。恒壓及限流控制子程序在框8.9結(jié)束，返回主程序 的框3。
權(quán)利要求
1、一種蓄電池充電控制方法，采取以下步驟(1)采集充電裝置的輸出電流信號(hào)和輸出電壓信號(hào)；(2)向控制系統(tǒng)發(fā)出輸出電流給定值和輸出電壓給定值；(3)斜坡處理輸出電流給定值和輸出電壓給定值，得出輸出電流斜坡給定值和輸出電壓斜坡給定值；(4)輸出電流斜坡給定值與輸出電流信號(hào)值相比較，得出輸出電流誤差信號(hào)，輸出電壓斜坡給定值與輸出電壓信號(hào)值相比較，得出輸出電壓誤差信號(hào)；(5)對(duì)輸出電流誤差信號(hào)進(jìn)行PI調(diào)節(jié)運(yùn)算，得出脈沖寬度控制信號(hào)PW1，對(duì)輸出電壓誤差信號(hào)進(jìn)行PI運(yùn)算，得出脈沖寬度控制信號(hào)PW2；(6)將PW1和PW2進(jìn)行比較，按其中較小的數(shù)值控制充電裝置開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通寬度。(7)返回步驟(1)。
全文摘要
本發(fā)明的蓄電池充電控制方法，分別對(duì)輸出電流誤差信號(hào)和輸出電壓誤差信號(hào)進(jìn)行PI調(diào)節(jié)運(yùn)算，得出脈沖寬度控制信號(hào)PW1和PW2；將PW1和PW2進(jìn)行比較，按其中較小的數(shù)值控制充電裝置開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通寬度。采用了輸出電壓和輸出電流兩個(gè)獨(dú)立的閉環(huán)，交替控制充電裝置的輸出，大大提高了在恒壓控制區(qū)的輸出電壓精度及限流控制區(qū)的輸出電壓和電流穩(wěn)定度。
文檔編號(hào)H02J7/04GK101621212SQ20081001207
公開(kāi)日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2008年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月30日
發(fā)明者新 李, 蔡志偉, 韓樹(shù)明, 高洪光 申請(qǐng)人:中國(guó)北車集團(tuán)大連機(jī)車車輛有限公司