CN101621212B - 蓄电池充电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的蓄电池充电控制方法，分别对输出电流误差信号和输出电压误差信号进行PI调节运算，得出脉冲宽度控制信号PW1和PW2；将PW1和PW2进行比较，按其中较小的数值控制充电装置开关管的开通宽度。采用了输出电压和输出电流两个独立的闭环，交替控制充电装置的输出，大大提高了在恒压控制区的输出电压精度及限流控制区的输出电压和电流稳定度。

Description

蓄电池充电控制方法

技术领域

本发明属于蓄电池充电技术领域，尤其涉及一种蓄电池充电控制方法。 

背景技术

长期以来，人们一直采用恒流法或恒压法来对蓄电池充电。而这两种方法与蓄电池的充电特性曲线严重不符，所以经常造成蓄电池的损坏。附图1给出了铅酸蓄电池的充电特性曲线，I线代表蓄电池在充电过程中不同时刻受电能力的电流变化曲线，V线代表蓄电池充电过程中各时刻能接受的最高安全电压，也是设计充电器的恒压输出线，C线代表蓄电池充电过程中容量随时间的增加表现的恢复曲线。从I曲线上可清楚看到，充电过程中蓄电池在不同时刻的电流接受能力。显然，在时间轴上，蓄电池电流接受曲线I是一条变化很大的非线性曲线，各个时刻蓄电池的电流接受能力是完全不同的，那么该曲线上哪一时刻的电流用作蓄电池恒流充电，能使蓄电池既安全，又能在人们可接受的有限时间上将蓄电池充满，无论怎么看，包括恒流充电法改进后的有限次数的分段恒流法在内，都是难以实现的。更加困难的是，电池每次使用的放电深度是不一样的，环境温度都不一样，新旧程度也不一样，如果每次充电都用同样的电流和时间去充，造成  的电池损害是不可逆转的。再看恒压充电法，从V线上我们看到充电器的输出电压，始终是在充电器设计者认为蓄电池安全受电的最高允许电压上，低于这个电压，将无法使蓄电池充满。但是这个电压并不真的安全。因为在充电过程中，单体铅酸蓄电池的输出电压比电池自身实时的电压要高出100mV，通过蓄电池的输出电流比蓄电池的最大安全受电电流要增大10倍以上。而充电前蓄电池一般都是在放完电后，这时的蓄电池肯定是处在最低的电压上。如单体铅酸蓄电池，放电后一般为1.8～2.0V，而此时充电装置的输出电压如果是恒定在2.25～2.4V，那与蓄电池电压的差就已远远大于100mV。这样的恒压充电，通过蓄电池的输出电流将是蓄电池最大安全电流的几十倍，如果充电器的输出功率与容量足够大的话，必定会造成蓄电池的损坏，如果充电器的容量不够，那就必定会造成充电器的过载烧毁。如不及时关断充电电源，极易造成蓄电池的损坏。至此，我们可以看出，造成铅酸蓄电池使用中出现早期性能下降和损失容量的重要原因，大多是传统蓄电池充电技术落后与过程控制不力所致。 

随着技术的不断发展，人们试图控制充电装置按照接近充电特性曲线的方式来充电。一种比较好的充电装置方案是采用H桥逆变、高频变压器隔离技术，这种方案效率高、能耗低、功率因数高、输出精度高，有输出电流限制，输出特性曲线如附图2所示。其额定输出电流为55A，当输出电流大于55A时，按特性曲线进行电压限制，当输出电流为60A时，输出电压变为0V。充电装置输出电压控制系统是个双闭环控制系统，如图3所示，外电压控制环起主要作用，内电流  控制环起辅助作用。在特性曲线的恒压阶段，输出电压的反馈值与基准电压比较，经PI调节，生成一个电流参考值，然后与电流反馈值进行比较，最终确定一个输出波形，送到PWM发生器中，产生IGBT的门极控制信号；在限流阶段，过程同恒压阶段，只是在电压比较器处多比较了一个“输出电压降低值”的参数，这个参数值将根据特性曲线确定，使电压的参考值降低，进而实现了限流控制。 

采用这种控制方法的优点是根据输出电流来调整给定电压，实现了恒压及限流控制，有效的实现了输出电流限制、快速的过流保护。但还存在两方面的不足，一是在恒压控制阶段，加入了电流闭环，这样虽然起到了快速过流保护的作用，但是，在输出电流小于55A情况下，电流闭环也参与了110V的恒压控制，输出电流反馈的变化会影响输出电压的调整，使输出电压的精度受到影响；二是在限流控制阶段，根据输出特性曲线，输出电流55A对应输出电压110V，输出电流60A对应输出电压0V，在此区间，输出电流每变化1A，会使输出电压有22V的变化，输出电流的变化直接影响到给定电压的快速变化，使得在此区间电压和电流一直处于动态的调整状态，输出电压和输出电流的稳定度不好。 

发明内容

本发明的目的就是克服上述现有技术之不足，提供一种安全可靠、控制精确、稳定的蓄电池充电控制方法。 

本发明的目的是这样现的：一种蓄电池充电控制方法，采取以下步骤： 

(1)采集充电装置的输出电流信号和输出电压信号； 

(2)向控制系统发出输出电流给定值和输出电压给定值； 

(3)斜坡处理输出电流给定值和输出电压给定值，得出输出电流斜坡给定值和输出电压斜坡给定值； 

(4)输出电流斜坡给定值与输出电流信号值相比较，得出输出电流误差信号，输出电压斜坡给定值与输出电压信号值相比较，得出输出电压误差信号； 

(5)对输出电流误差信号进行PI调节运算，得出脉冲宽度控制信号PW1，对输出电压误差信号进行PI运算，得出脉冲宽度控制信号PW2； 

(6)将PW1和PW2进行比较，按其中较小的数值控制充电装置开关管的开通宽度。 

(7)返回步骤(1)。 

本发明的技术方案，采用了输出电压和输出电流两个独立的闭环，交替控制充电装置的输出，大大提高了在恒压控制区的输出电压精度及限流控制区的输出电压和电流稳定度。 

附图说明

附图1为铅酸蓄电池的充电特性曲线。 

附图2为H桥逆变、高频变压器隔离充电装置的输出特性曲线。 

附图3为采用H桥逆变、高频变压器隔离技术的充电装置的双闭环控制原理框图。 

附图4为本发明实施例的充电装置的电路原理框图。 

附图5为本发明实施例的主程序流程框图。 

附图6为本发明实施例的恒压及限流控制子程序流程框图。 

具体实施方式

参看附图4，实现本发明控制方法的充电装置的主电路主要由输入逆变电路、隔离变压器、输出整流电路构成，微机控制系统对数据采集电路测取的电流、电压信号进行分析处理，输出PWM控制信号，调节逆变输入电路开关管的导通脉宽。 

参看附图5和附图6详细说明本发明实施例的控制方法步骤。控制程序从框1开始，进入框2，对系统进行初始化，对寄存器及变量的配置进行赋值初始化。然后进入框3，采集传感器信号和开关信号。进入判断框4，判断启动开关是否闭合：如果否，就返回；如果是，就向下，进入判断框5。在判断框5判断输入电压是否大于下限：如果否，就返回；如果是，就向下进入框6。在框6给中间回路充电。然后进入判断框7，看此充电是否完成：如果否，就返回框6；如果是，就向下进入框8，调用恒压及限流控制子程序。恒压及限流控制子程序从框8.1入口，然后进入框8.2，装载输出电压给定值及输出电流给定值。然后进入框8.3，对上述给定值进行斜坡处理，得出输出电压斜坡给定值及输出电流斜坡给定值。然后进入框8.4，分别计算电压反馈值与电压斜坡给定值的差以及电流反馈值与输出电流斜坡给定值的差。然后进入框8.5，分别对这两个差值进行PI调节运算，得出脉宽调节值PW1和PW2。然后进入判断框8.6，比较PW1和PW2：如果PW1＜PW2，则进入框8.7，令门极脉冲宽度PW＝PW1；如果PW1≮PW2，则进入框8.10，令门极脉冲宽度PW＝PW2。然后进入框8.8，进行PWM输出。恒压及限流控制子程序在框8.9结束，返回主程序的框3。 

Claims (1)

1.一种蓄电池充电控制方法，其所应用的充电装置的主电路由输入逆变电路、隔离变压器、输出整流电路构成，微机控制系统对数据采集电路采集的电流、电压信号进行分析处理，输出PWM控制信号，调节逆变输入电路开关管的导通脉宽，其特征在于采取下列步骤：

(1)采集充电装置的输出电流信号和输出电压信号；

(2)向控制系统发出输出电流给定值和输出电压给定值；

(3)斜坡处理输出电流给定值和输出电压给定值，得出输出电流斜坡给定值和输出电压斜坡给定值；

(4)输出电流斜坡给定值与输出电流信号值相比较，得出输出电流误差信号，输出电压斜坡给定值与输出电压信号值相比较，得出输出电压误差信号；

(5)对输出电流误差信号进行PI调节运算，得出脉冲宽度控制信号PW1，对输出电压误差信号进行PI运算，得出脉冲宽度控制信号PW2；

(6)将PW1和PW2进行比较，按其中较小的数值控制逆变输入电路开关管的开通宽度；

(7)返回步骤(1)。

Images