CN113922444B - 一种储能电池全生命周期智能充放电维保装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种储能电池全生命周期智能充放电维保装置及方法，包括HMI控制屏、DSP控制主板和维保电路；所述HMI控制屏与所述DSP控制主板通信连接，所述DSP控制主板和所述维保电路连接；所述维保电路包括储能电池接口、充放电主电路、系统保护模块、大功率充电电源和负载箱；其中，储能电池接口和充放电主电路连接，充放电主路和负载箱连接，充放电主电路还和大功率电源、系统保护模块连接。本申请改变了原来只能放电的工作特性，使充电流更加平稳，使用一个霍尔传感器可采集充、放电信号，具有防止电池正负极反接、防过流、防过压、防过热等保护功能，使充放电电流更加稳定准确。

Description

一种储能电池全生命周期智能充放电维保装置及控制方法
技术领域
本发明属于电池充放电领域，具体涉及一种储能电池全生命周期智能充放电维保装置及控制方法。
背景技术
储能电池一般作为设备的备用或者应急电源一起安装在设备上，当设备的主电源无法正常工作时，储能电池启动，为设备的关键负载供电，保证设备照常运转。例如航空蓄电池作为储能电池的一种随航装载到飞机上，当飞机处于应急状态时为飞机的关键负载供电。通常情况下，飞机的主电源正常工作，飞机的设备都由主电源供电；但是当主电源不能正常工作时，飞机就会进入应急工作状态，此时为了保证飞机安全着陆，飞机关键负载必须要由应急设备进行供电，因此，作为应急备用电源的航空蓄电池的性能就显得尤为重要。
由于充放电方式的不当，很多储能电池都不同程度地存在使用寿命达不到设计寿命的问题，造成了巨大的浪费。随着储能蓄电池产量的增大，报废的蓄电池越来越多，给环境带来了巨大的污染隐患。因此，设法延长蓄电池的使用寿命，不仅可以节省资源、减少污染，而且还能直接产生巨大的经济效益。市面上的蓄电池充电设备种类繁多，但是大部分结构简单，智能化程度低，充电功率小，不能实时的检测和跟踪蓄电池的状态，在造成浪费的同时也对蓄电池造成了极大的损害，缩短了蓄电池的使用寿命。复杂的航空蓄电池维护工艺也给操作人员带来极大的压力。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本发明旨在提供一种储能电池智能充放电维保电路、装置及控制方法。
为了实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：
第一方面，提供一种储能电池全生命周期智能充放电维保装置，包括HMI控制屏、DSP控制主板和维保电路；所述HMI控制屏与所述DSP控制主板通信连接，所述DSP控制主板和所述维保电路连接；所述维保电路包括储能电池接口、充放电主电路、系统保护模块、大功率充电电源和负载箱；其中，储能电池接口和充放电主电路连接，充放电主路和负载箱连接，充放电主电路还和大功率电源、系统保护模块连接。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述DSP控制主板还包括从主控芯片引出的储能电池采样接口、充放电主电路采样和控制接口、大功率充电电源采样和控制接口、通信接口；其中，所述通信接口与HMI控制屏连接，所述储能电池采样接口与储能电池接口连接；所述充放电主电路采样和控制接口与充放电主路、系统保护模块的采样端连接，所述大功率充电电源采样和控制接口与大功率充电电源连接。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述充放电主电路的“电池正端”、“电池负端”连接待充放电的储能电池正、负极；电解电容E6并联在电池接线端，E6正极与电池正端连接，E6负极与电池负端连接；电池正端功率导线再穿过电流霍尔传感器采样模块H1后与滤波电感L1连接，电感L1的输出依次与并联的4个MOS管Q3、Q4、Q5、Q6的漏级连接，并联的4个MOS管的源级都连接至主电路负端，“放电PWM”端依次连接MOS管Q3、Q4、Q5、Q6的门极，四个MOS管的门极再经过电阻R31与主电路的电池负端连接；电感L1的输出再分别与两个继电器模块RLY1B、RLY2B的输入连接，继电器RLY1B的输出经过电容E7的正极后与主电路主电路的电池负端连接，“充电电源正端”和“充电电源负端”连接至电容E7的两端；继电器模块RLY2B的输出经过并联的电解电容E1、E2、E3、E4的正极后分别连接至二级管DB1、DB2的正极，二级管DB1、DB2的负极连接至电池负端；电解电容E1、E2、E3、E4的负极在经过滤波电感L2后分别连接至电容E5负端和负载箱负端；电容E5正端连接至负载箱正端；电池正负端电压信号连接至所述储能电池采样接口，充电电源正负端电压信号连接至所述的大功率充电电源采样和控制接口；放电PWM引脚经过MOS管驱动电路连接至所述的充放电主电路采样和控制接口。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述电流霍尔传感器采样模块电路结构为：充放电主电路的“电池正端”输入穿过电流霍尔传感器H2后输出至电感L1左侧；电流霍尔传感器H2的电流信号从M端输出经过电阻R37、R38与地连接；电容C6与电阻R37、R38并联；电流霍尔传感器H2的电流信号再从M端输出从经过电阻R34连接至运算放大器U7A的正端，运算放大器U7A的正端再经过电阻R36连接至地，运算放大器U7A的输出直接连接至U7A的负端；运算放大器U7A的输出再经过电阻R35连接至集成串联二极管D3的3引脚和充电采样接端，充电采样端再与DSP控制主板的充放电主路采样和控制接口连接，集成串联二极管D3的2引脚与3.3V连接，D3的1引脚与地连接；电阻R35的另一端经过电容C5连接至地，运算放大器U7A的输出再经过电阻R12连接至运算放大器U4B的负端，运算放大器U4B的输出经电阻R11与其负端连接，运算放大器U4B的输出再经过电阻R39连接至集成串联二极管D4的3引脚和放电采样端，放电采样端再与DSP控制主板的充放电主路采样和控制接口连接,串联二极管D4的2引脚与3.3V连接，串联二极管D3的1引脚与地连接；电阻R39的另一端经过电容C3连接至地。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述继电器模块的电路机构为：电感L1右侧连接至继电器K1的4引脚，K1的3引脚作为继电器输出连接至“充电电源正端”或者四个电解电容E1、E2、E3、E4正端；12V经过继电器K1的线圈连接至三极管Q1的C端；集成并联二极管DTO2的3引脚与12V连接，1、2引脚与三极管Q1的C端相连；三极管Q1的E端与地连接，DSP控制主板的控制IO依次经过电阻R3、R2连接至三极管Q1的B端；三极管Q1的B端还经过R6连接至地；电阻R3的靠近电阻R2的一端同时与DTO1的1、2引脚相连，DTO1的3引脚连接系统保护模块的保护信号端。
根据本申请实施例提供的技术方案，系统保护模块包括充电过流保护子模块、电池反接保护子模块、放电过流保护子模块；其中，
充电过流保护子模块的电路结构为：充电采样信号连接至运算放大器U1A的正端，运算放大器U1A的负端直接与U1A的输出连接；U1A的输出在经过电阻R10连接至比较器U2B的负端，比较器U2B的负端再经过电阻R16连接至地，U2B的正端与2.5V基准电压连接，U2B的输出经过电阻R9连接至集成并联二极管DTO3的3引脚，U2B的输出再经过电阻R7连接至5V；
电池反接保护子模块的电路结构为：电池正极经过电阻R22连接至运算放大器U2A的正端，U2A的正端再经过电阻R23连接至地；电池负极经过电阻R19连接至U2A的负端，U2A的输出分别经过电阻R17与负端相连；U2A的输出再经过电阻R21连接至比较器U1B的负端，电阻R21的另一端经过电容C4连接至地；电阻R21的另一端再连接至反并联集成二极管DTO4的3引脚，DTO4的2引脚与3.3V连接，DTO4的1引脚与地连接；比较器U1B的正端与2.5V基准电压连接，U1B的输出经过电阻R20连接至集成并联二极管DTO6的3引脚，U1B的输出再经过电阻R18连接至5V；
放电过流保护子模块的电路结构为：放电采样信号连接至运算放大器U4A的正端，U4A的负端直接与U4A的输出连接，U4A的输出在经过电阻R29连接至比较器U5B的负端；U5B的负端再经过电阻R30连接至地，U5B的正端与2.5V基准电压连接，U5B的输出经过电阻R28连接至集成并联二极管DTO8的3引脚，U5B的输出再经过电阻R27连接至5V；
3个集成并联二极管DTO3、DTO6、DTO8的1、2引脚同时连接作为保护信号端。
第二方面，提供一种储能电池全生命周期智能充放电维保装置控制方法，包括前文所述的装置，其特征在于，所述装置的工作流程为：
步骤S1，系统开机，主控芯片开启定时中断服务程序；
步骤S2，检测储能电池当前状态，主控芯片开启软件ADC转换模式，采集电压信号、电源信号和负载箱温度信息。
步骤S3，通过HMI控制屏选择充放电模式；
步骤S4，主控芯片判断储能电池的工作状态，主控芯片根据步骤S2获取的信号值与设定安全值进行比较判断工作状态，若正常工作，则按照预设调节方法进行航空电池维保工作；若判断有过流过压现象，则控制触发保护；于此同时，若系统硬件电路判断电路由过流过压现象，也会触发保护。
根据本申请实施例提供的技术方案，步骤S4中，所述主控芯片的调节方法包括如下步骤：
步骤S1，开启系统快周期定时，并在定时器开启软件启动ADC采样；
步骤S2，获取系统电池电压VB、大功率充电电源电压VS、充电电流IC(放电电流IF)、负载箱温度T；
步骤S3，从HMI获取电压设定值与电池电压VB采样值求得差值ek、上次电压设定值与电池电压差值ek-1带入数字PI公式：
U(k)＝U(k-1)+(Kp+Ki)ek-Kpek-1，
其中，Kp为比例系数，Ki为积分系数；
步骤S4，电压外环PI调节器输出限幅，
若U(k)>HMI获取电流设定值，则电流内环PI调节给定值为HMI获取电流设定值；若U(k)<HMI获取电流设定值，则电流内环PI调节给定值为电压环PI调节器输出；
步骤S5，电流内环PI调节器输出调节，电流内环PI调节给定值与电流采样IC(IF)值求得差值ek、上次给定值与电流采样差值ek-1带入数字PI公式：
U(k)＝U(k-1)+(Kp+Ki)ek-Kpek-1；
步骤S6，电流内环PI调节器输出调节PWM占空比；
步骤S7，重复步骤S1～S6:，快周期定时循环迭代数字PI调节器输出调节使充放电电流稳定。
根据本申请实施例提供的技术方案，在HMI显示屏显示的数据处理包括如下步骤：
步骤S1，在定时器快周期中设置慢周期函数；
步骤S2，获取系统电池电压VB、大功率充电电源电压VS、充电电流IC(放电电流IF)、电阻箱温度T；分别代入一阶数字滤波函数运算，得出相应一阶数字滤波结果；将结果连续获得5次存入主控芯片并取中值为显示值；
步骤S3，将显示结果RS485/CAN通信上传至HMI控制屏
步骤S4,复步骤S1～S3，慢周期定时循环迭代。
本发明具有如下有益效果：
针对当前技术中心存在的不足导致的储能蓄电池使用寿命低，不能检测跟踪状态，本申请提供一种储能电池全生命周期智能充放电维保装置及其控制方法。本装置通过对CUK斩波电路的改进，增加了充电、放电模式切换继电器模块，改变了原来只能放电的工作特性；充电模式增加输出LC电感电容滤波电路结构使充电流更加平稳。增加了电流霍尔传感采样模块，使用一个霍尔传感器可采集充电、放电信号；系统保护模块中，增加了防止电池正负极反接、防过流自动断开充放电回路的硬件保护功能电路，可以配合充放电主电路的继电器模块设计的保护电路，使电路出现电池正负极反接、防过流自动断开继电器。本发明具有防止电池正负极反接、防过流、防过压、防过热等保护功能，使用电压外环电流内环的调节PWM占空比的双闭环控制法使充放电电流更加稳定准确。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本申请所述的维保电路和装置的系统结构框图；
图2为本申请所述的充放电主路电路结构示意图；
图3为本申请所述的霍尔传感器采样模块电路结构示意图；
图4为本申请所述的继电器模块电路结构示意图；
图5为本申请所述的系统保护模块电路结构示意图；
图6为本申请所述的负载箱电阻电路结构示意图；
图7为本申请所述的主控芯片双闭环控制主流程图；
图8为本申请所述的装置控制调节流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种储能电池全生命周期智能充放电维保装置，包括HMI控制屏、DSP控制主板和维保电路；所述HMI控制屏与所述DSP控制主板通信连接，所述DSP控制主板和所述维保电路连接；所述维保电路包括储能电池接口、充放电主电路、系统保护模块、大功率充电电源和负载箱；其中，储能电池接口和充放电主电路连接，充放电主路和负载箱连接，充放电主电路还和大功率电源、系统保护模块连接。
请具体地参考如图1所示的本装置结构框图，本申请所述DSP控制主板为带有主控芯片的独立PCB电路板，电路板上设有存储芯片。本申请一实施例中采用的是TMS320F2808主控芯片。
本申请所述一实施例中使用的大功率充电电源为明纬大功率电源2000W(40V/50A)。
本申请所述的装置适用于储能镉镍、锌银、铅蓄电池组充放电，按照储能电池维护说明书充电、放电要求程序编写，DSP控制主板按照此程序运行，实现智能充电放电，延长了储能电池的使用寿命，提高了储能电池的性能水平。
本申请所述的HMI控制屏存储显示在HMI控制屏上的储能电池的序列号、序列号对应的储能电池的循环次数、循环周期和循环寿命信息，因此HMI控制屏具有存储并记录电池充放电循环寿命周期的功能。一次充电一次放电为一个寿命周期，统计电池循环寿命周期及时连接储能电池的使用寿命。如果单纯的将这些信息记录在存储芯片上，则断电后当前运行程序丢失，而本装置在断电后再次通电，可以根据HMI控制屏存储的历史记录查询到储能电池的信息，因此本装置具有断电记忆功能。
本申请所述负载箱设有4个并联的波纹电阻。如图6所示，本申请一实施例中，采用4个1000W/50A波纹电阻并联连接组成耗能电阻，负载箱的耗能电阻连接至充放电主电路回路，用于放电消耗能量。所述负载箱上连接有4个散热风扇，散热风扇由DSP控制主板在放电时控制其工作，对负载箱进行散热。使用耐热高的波纹电阻和散热风扇，满足了储能电池放电工艺要求并且成本低。
所述充放电主电路中设有温控开关，充放电过程中时温度过高，会自动断开保护电路。所述负载箱上也设有温度传感器，该温度传感器和DSP控制主板上的温度保护模块电路连接，所述温度保护模块电路和所述主控芯片连接，用于当温度过高时向主控芯片发送信号，主控芯片断开电路保护电池，还用于将测量的温度T传动至主控芯片。
现有的电池充电放电流程复杂，需要维护人员人工控制充电时间和充电电流，而本申请中维护人员通过HMI控制屏选择充放电流程，HMI控制屏用于电池电压、温度、充电/放电电流、充电/放电时间、充电/放电安时数、开关状态等工作信息检测的显示，操作简单，也极大地减少了维护人员的劳动强度和精神压力。本装置具有防电池过充、过放、过流、过压、过流、过温、正负极反接、以及使用硬件自动触发保护等功能。
在本申请一实施方式中，所述DSP控制主板还包括从主控芯片引出的储能电池采样接口、充放电主电路采样和控制接口、大功率充电电源采样和控制接口、通信接口；其中，所述通信接口与HMI控制屏连接，所述储能电池采样接口与储能电池接口连接；所述充放电主电路采样和控制接口与充放电主路、系统保护模块的采样端连接，所述大功率充电电源采样和控制接口与大功率充电电源连接。
请具体地参考如图1所示的本装置结构框图。所述通信接口与HMI控制屏连接，通讯接口还与位于DSP控制主板的存储芯片连接。所述储能电池采样接口包括从主控芯片的ADC单元以及和该ADC单元连接的采集电池电压调理电路。所述充放电主电路采样和控制接口包括主控芯片引出的ADC单元以及与ADC单元连接的采集充放电电流的调理电路。所述大功率充电电源采样和控制接口包括主控芯片引出的的ADC单元以及与ADC单元连接采集电源电压的调理电路。
具体地，所述大功率充电电源控制信号使用PWM产生0-5V的可控电压控制信号。PWMDAC电路包括运算放大器U3A；4个电阻R1(3K)、R4(5.5K)、R5(4K)、R8(40K)；电容C1(105)、C2(104)。电路连接关系：PWM信号连接至运算放大器U3A的正端，放大器U3A的负端分别经过电阻R4连接到地和电阻R1与U3A的输出连接；U3A的输出再经过电阻R5、R8连接至PWMDAC；电阻R5的另一端经过电容C1连接至地，电阻R8的另一端经过电容C2连接至地。
本申请所述的电路结构对CUK斩波电路进行改进，增加了充电、放电模式切换继电器模块，改变了原来只能放电的工作特性；充电模式中增加输出LC电感电容滤波电路结构使得充电电流更加平稳；增加了电流霍尔传感采样模块，使用一个霍尔传感器可采集充电、放电信号；系统保护模块中，增加了防止电池正负极反接、防过流自动断开充放电回路的硬件保护功能电路，配合充放电主电路的继电器模块设计的保护电路，使得本电路出现电池正负极反接、过流情况后自动断开继电器。使本申请所述的装置具有防止电池正负极反接、放过流、防过压、防过热等保护功能，使用电压外环电流内环的调节PWM占空比的双闭环控制法使充放电电流更加稳定准确。
在本申请一具体实施方式中，所述充放电主电路的“电池正端”、“电池负端”连接待充放电的储能电池正、负极；电解电容E6并联在电池接线端，E6正极与电池正端连接，E6负极与电池负端连接；电池正端功率导线再穿过电流霍尔传感器采样模块H1后与滤波电感L1连接，电感L1的输出依次与并联的4个MOS管Q3、Q4、Q5、Q6的漏级连接，并联的4个MOS管的源级都连接至主电路负端，“放电PWM”端依次连接MOS管Q3、Q4、Q5、Q6的门极，四个MOS管的门极再经过电阻R31与主电路的电池负端连接；电感L1的输出再分别与两个继电器模块RLY1B、RLY2B的输入连接，继电器RLY1B的输出经过电容E7的正极后与主电路主电路的电池负端连接，“充电电源正端”和“充电电源负端”连接至电容E7的两端；继电器模块RLY2B的输出经过并联的电解电容E1、E2、E3、E4的正极后分别连接至二级管DB1、DB2的正极，二级管DB1、DB2的负极连接至电池负端；电解电容E1、E2、E3、E4的负极在经过滤波电感L2后分别连接至电容E5负端和负载箱负端；电容E5正端连接至负载箱正端；电池正负端电压信号连接至所述储能电池采样接口，充电电源正负端电压信号连接至所述的大功率充电电源采样和控制接口；放电PWM引脚经过MOS管驱动电路连接至所述的充放电主电路采样和控制接口。
请具体地参考如图2所示的充放电主电路结构图，所述充放电主电路包括电流霍尔传感器采样模块H1(LA55-P)；2个电感L1、L2(1mH/55A)；7个电解电容E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7(7个470uF/100V)；4个MOS管Q3、Q4、Q5、Q6(4个IPW6R045)；2个二极管DB1、DB2(2个MUR30120)；电阻R31；2个继电器模块RLY1B、RLY2B。电池正负端电压信号连接至所述储能电池采样接口的采集电池电压调理电路，信号经过对应ADC单元传输至主控芯片中。充电电源正负端电压信号连接至所述的大功率充电电源采样和控制接口的采集电源电压调理电路，该电压信号经过对应的ADC单元进入主控芯片。放电PWM引脚经过MOS管驱动电路连接至所述的充放电主电路采样和控制接口的充放电电流调理电路。
充放电主电路为储能电池设计的充放电控制主电路，根据储能电池工艺要求并对原有斩波电路做出改进，增加了可使电池充电的电路回路和用于保护、切换充电和放电模式的继电器模块。当电路出现过温、过流、过压、电池正负极反接的故障情况将控制关断主电路，也可配合使用两路继电器模块达到充放电模式切换。该方法结构简洁、稳定性抗干扰能力强。下面将结合具体过程说明该电路控制过程：
(1)当继电器模块RLY2B闭合，继电器模块RLY1B开通后，放电PWM给定40KHz信号此时为放电状态。
此时充放电主电路为放电模式，放电主电路使用CUK斩波电路，当放电PWM为高电平时四个MOS管Q3、Q4、Q5、Q6为导通状态，电路包括两个电流回路：第一个回路为电池正端电流流经电感L1和四个MOS管；第二个回路为电感L2、4个电解电容E1、E2、E3、E4，四个MOS管最后流经电阻正端；当放电PWM为低电平时四个MOS管Q3、Q4、Q5、Q6为截止状态电路，包括两个电流回路：第一个回路为电池正端电流流经电感L1和2个二极管DB1、DB2；第二个回路为电感L2、4个电解电容E1、E2、E3、E4，2个二极管DB1、DB2最后流经电阻正端；此电路特点为输出电压与输入电压极性相反，输入输出各有电感L1、L2使电流连续有利于滤波，电流更加平滑。
负载箱端电压UR、电池电压UB和放电PWM的占空比D的关系为：
传统CUK控制思想侧重于输出电压电流的控制，本发明使用结合设备使用以电池为中心实时监测航空电池端的电压电流即输入电流、电压。假设MOS管、电感、二极管等电路器件均为理想器件则输入电流II与输出电流IO的关系为：其中负载箱的电阻阻值为R
有能量守恒可知：
则由以上公式可知改变占空比从而达到调节输入电流的作用。
(2)当继电器模块RLY2B开通，继电器模块RLY1B闭合后，放电PWM不给定信号此时为充电状态。
此时充放电主电路退化为由电容E7、电感L1组成的LC滤波电路，充电电源输出电压电流由DSP控制主板的两路0-5V的PWM生成的可控电压作为控制信号，控制储能电池充电的恒流状态。
在本申请一实施方式中，，所述电流霍尔传感器采样模块电路结构为：充放电主电路的“电池正端”输入穿过电流霍尔传感器H2后输出至电感L1左侧；电流霍尔传感器H2的电流信号从M端输出经过电阻R37、R38与地连接；电容C6与电阻R37、R38并联；电流霍尔传感器H2的电流信号再从M端输出从经过电阻R34连接至运算放大器U7A的正端，运算放大器U7A的正端再经过电阻R36连接至地，运算放大器U7A的输出直接连接至U7A的负端；运算放大器U7A的输出再经过电阻R35连接至集成串联二极管D3的3引脚和充电采样接端，充电采样端再与DSP控制主板的充放电主路采样和控制接口连接，集成串联二极管D3的2引脚与3.3V连接，D3的1引脚与地连接；电阻R35的另一端经过电容C5连接至地，运算放大器U7A的输出再经过电阻R12连接至运算放大器U4B的负端，运算放大器U4B的输出经电阻R11与其负端连接，运算放大器U4B的输出再经过电阻R39连接至集成串联二极管D4的3引脚和放电采样端，放电采样端再与DSP控制主板的充放电主路采样和控制接口连接,串联二极管D4的2引脚与3.3V连接，串联二极管D3的1引脚与地连接；电阻R39的另一端经过电容C3连接至地。
请具体地参考如图3所示的霍尔传感器采样模块电路结构示意图，所述电流霍尔传感器采样模块包括1个电流霍尔传感器H2、2个运算放大器U4B、U7A；6个电阻R11(2K)、R12(2K)、R34、R36、R37、R38、R35、R39、3个电容C3、C5、C6；两个集成串联二极管D3、D4。充电采样端与充放电电流调理电路连接，采集信号经过对应ADC单元传送至主控芯片；放电采样端与DSP控制主板的充放电电流调理电路连接，采集信号经过对应ADC单元传送至主控芯片。
此电路的工作原理与作用为：电池正端输入功率导线穿过电流霍尔传感后连接至电感L1的左侧，当系统工作在放电模式中，功率导线的电流方向为电池正端到电感L1的左侧，根据闭环霍尔传感器原理将在电流霍尔传感器的M输出端输出正电流，当系统工作在充电模式中，功率导线的电流方向为电感L1的左侧到电池正端，电流霍尔传感器的M输出端输出负电流，串联的电阻R37、R38将电流霍尔传感器的M输出端的电流信号转换成电压量，电容C6稳定此电压值，
当主电路工作在放电模式时电流霍尔传感的M输出为正电流IO，U7A连接方式为电压跟随方式，此时放电ADC采样值电压为：
电阻R35和电容C5组成RC滤波电路，集成串联二极管D3用于引脚保护将输出电压钳位到-0.3V-3.6V从而保护了DSP引脚。R11＝R12，此时运算放大器U4B接法为负1倍输出电压为：
在集成串联二极管D4钳位作用下将充电采样钳位到-0.3V；
同理在充电模式时电流霍尔传感的M输出为负电流IO，U7A的输出连接至负1倍输出方式的运算放大器U4B，U4B的输出电压调整为正电压值：
U7A的电压经过电阻R35和电容C5组成RC滤波电路被串联集成二极管D3钳位到-0.3V。
在本申请一实施方式中，，所述继电器模块的电路机构为：电感L1右侧连接至继电器K1的4引脚，K1的3引脚作为继电器输出连接至“充电电源正端”或者四个电解电容E1、E2、E3、E4正端；12V经过继电器K1的线圈连接至三极管Q1的C端；集成并联二极管DTO2的3引脚与12V连接，1、2引脚与三极管Q1的C端相连；三极管Q1的E端与地连接，DSP控制主板的控制IO依次经过电阻R3、R2连接至三极管Q1的B端；三极管Q1的B端还经过R6连接至地；电阻R3的靠近电阻R2的一端同时与DTO1的1、2引脚相连，DTO1的3引脚连接系统保护模块的保护信号端。
请具体地参考如图4所示继电器模块电路结构示意图，所述继电器模块RLY1B、RLY2B电路结构相同，每个继电器模块包括1个继电器K1、2个集成并联二极管DTO1、DTO2；1个三极管Q1(D882)；3个电阻R2、R3、R6。
在本申请一实施方式中，，系统保护模块包括充电过流保护子模块、电池反接保护子模块、放电过流保护子模块；其中，充电过流保护子模块的电路结构为：充电采样信号连接至运算放大器U1A的正端，运算放大器U1A的负端直接与U1A的输出连接；U1A的输出在经过电阻R10连接至比较器U2B的负端，比较器U2B的负端再经过电阻R16连接至地，U2B的正端与2.5V基准电压连接，U2B的输出经过电阻R9连接至集成并联二极管DTO3的3引脚，U2B的输出再经过电阻R7连接至5V；
电池反接保护子模块的电路结构为：电池正极经过电阻R22连接至运算放大器U2A的正端，U2A的正端再经过电阻R23连接至地；电池负极经过电阻R19连接至U2A的负端，U2A的输出分别经过电阻R17与负端相连；U2A的输出再经过电阻R21连接至比较器U1B的负端，电阻R21的另一端经过电容C4连接至地；电阻R21的另一端再连接至反并联集成二极管DTO4的3引脚，DTO4的2引脚与3.3V连接，DTO4的1引脚与地连接；比较器U1B的正端与2.5V基准电压连接，U1B的输出经过电阻R20连接至集成并联二极管DTO6的3引脚，U1B的输出再经过电阻R18连接至5V；
放电过流保护子模块的电路结构为：放电采样信号连接至运算放大器U4A的正端，U4A的负端直接与U4A的输出连接，U4A的输出在经过电阻R29连接至比较器U5B的负端；U5B的负端再经过电阻R30连接至地，U5B的正端与2.5V基准电压连接，U5B的输出经过电阻R28连接至集成并联二极管DTO8的3引脚，U5B的输出再经过电阻R27连接至5V；
3个集成并联二极管DTO3、DTO6、DTO8的1、2引脚同时连接作为保护信号端。
请具体地参考图5所示的系统保护模块电路结构图，所述系统保护模块包括15个电阻R7、R9、R10、R16、R19、R22、R23、R17、R21、R18、R20、R29、R30、R27、R28，电容C4，3个运放放大器U1A、U2A、U4A，3个比较器U1B、U2B、U5B，3个集成并联二极管DTO3、DTO6、DTO8；反并联集成二极管DTO4。
所述的系统保护模块和继电器控制电路组成硬件防过流、防电池正负极反接电路；硬件电路具有反应快的特点适合做保护电路。原理为：正常情况下，充电采样电压信号经过U1A电压跟随电路和R10、R16分压后与比较器U2B的2.5V基准电压比较，电压信号小于2.5V基准电压比较器U2B的输出经过上拉电阻R7使集成并联二极管DTO3的3引脚为高电平；放电采样电压信号原理相同二极管DTO8的3引脚为高电平；由U2A和电阻R17、R19、R22、R23组成差分放大电压，电池正端连接U2A的负端电池负端连接U2A的正端则U2A的输出负电平，负电平小于2.5V基准电压使集成并联二极管DTO6的3引脚为高电平；当出现过流电池正负极反接情况，3个集成并联二极管DTO3、DTO6、DTO8的3引脚为低电平。继电器控制电路正常情况下继电器IO位高电平继电器闭合，当出现过流电池正负极反接情况并联集成二极管DTO1与3个集成并联二极管DTO3、DTO6、DTO8连接，DTO3、DTO6、DTO8的3引脚将Q1的B端拉低是继电器无法导通切断充放电回路达到保护电池目的。
本申请还提供一种储能电池全生命周期智能充放电维保装置控制方法，包括前文所述的维保控制装置，所述装置的工作流程为：
步骤S1，系统开机，主控芯片开启定时中断服务程序；
步骤S2，检测储能电池当前状态，主控芯片开启软件ADC转换模式，采集电压信号、电源信号和负载箱温度信息。
步骤S3，通过HMI控制屏选择充放电模式；
步骤S4，主控芯片判断储能电池的工作状态，主控芯片根据步骤S2获取的信号值与设定安全值进行比较判断工作状态，若正常工作，则按照预设调节方法进行航空电池维保工作；若判断有过流过压现象，则控制触发保护；于此同时，若系统硬件电路判断电路由过流过压现象，也会触发保护。
请具体地参考如图7所示的流程图，本申请所述装置的工作流程，也是大功率充电电源的充电控制方法和所述的充放电主电路放电控制方法，为：
第一步，系统开机、TMS320F2808主控芯片开启100us定时中断服务程序，中断服务函数是主控芯片自带的函数。
第二步，检测航空电池当前状态。主控芯片启动软件ADC转换模式，引出的储能电池接口、大功率充电电源采样接口用于采集航空电池电压VB、大功率充电电源电压VS；通过运算放大器的差分电路将高电压调理到最大值3.3V的可采集电压信号，充放电主电路采样接口连接所述的充放电主电路中电流霍尔传感的充放电电流采样电路分别在充电或放电模式采集充电电流IC(放电电流IF)所对应的电压信号，并将采集的系统电池电压VB、大功率充电电源电压VS、充电电流IC(放电电流IF)、电阻箱温度T；送入主控芯片ADC中。
第三步，通过HMI屏幕选择充、放电模式。放电模式时：如图2所述的继电器模块RLY2B被主控芯片引出的GPIO控制，GPIO输出高电平，继电器模块RLY1B不进行控制。充电模式时：如图2所述的继电器模块RLY1B被主控芯片引出的GPIO控制，GPIO输出高电平，继电器模块RLY2B不进行控制，主控芯片控制放电PWM信号强制拉低。
第四步，判断工作状态。第二步中主控芯片获取的系统电池电压VB、大功率充电电源电压VS、充电电流IC(放电电流IF)、电阻箱温度T与安全设定值比较，超过设定值时继电器模块RLY2B、RLY1B的控制IO输出低电平，从而使电池与主电路断开连接。图4所示的系统保护模块电路结构为本装置的硬件保护电路，故本装置可以使用软件、硬件相结合的保护方式保护。
在本申请一实施方式中，所述主控芯片的调节方法包括如下步骤：
步骤S1，开启系统快周期定时，并在定时器开启软件启动ADC采样；
步骤S2，获取系统电池电压VB、大功率充电电源电压VS、充电电流IC(放电电流IF)、负载箱温度T；
步骤S3，从HMI获取电压设定值与电池电压VB采样值求得差值ek、上次电压设定值与电池电压差值ek-1带入数字PI公式：
U(k)＝U(k-1)+(Kp+Ki)ek-Kpek-1，
其中，Kp为比例系数，Ki为积分系数；
步骤S4，电压外环PI调节器输出限幅，
若U(k)>HMI获取电流设定值，则电流内环PI调节给定值为HMI获取电流设定值；若U(k)<HMI获取电流设定值，则电流内环PI调节给定值为电压环PI调节器输出；
步骤S5，电流内环PI调节器输出调节，电流内环PI调节给定值与电流采样IC(IF)值求得差值ek、上次给定值与电流采样差值ek-1带入数字PI公式：
U(k)＝U(k-1)+(Kp+Ki)ek-Kpek-1；
步骤S6，电流内环PI调节器输出调节PWM占空比；
步骤S7，重复步骤S1～S6:，快周期定时循环迭代数字PI调节器输出调节使充放电电流稳定。
请具体地参考如图7所示主控芯片控制流程图，主控芯片的控制方法是基于电压外环电流外环的调节PWM占空比的双闭环控制方法。以20GNG40A-24V航空储能电池为例说明主控芯片的在充、放电模式下的调节流程。
(1)20GNG40A-24V航空电池放电模式时
HMI控制屏通过RS485/CAN通信将操作人员选择的航空电池工艺传输到主控芯片，主控芯片将RS485/CAN数据帧解析获得35V的电压设定值；数字PI调节器使用离散方式在100us定时循环中采集设定值与ADC采样值的差值，需采集当前差值ek-1和上次的差值ek，设定比例系数Kp＝0.098，积分系数Ki＝0.004。电压设定值与当前采集的电池电压VB为ev(k-1)，电压设定值与下次采集的电池电压VB为evk，变量带入下面公式，电压闭环PI调节器输出量U(k)：
U(k)＝U(k-1)+(Kp+Ki)evk-Kpev(k-1)；
式中闭环PI调节器当前输出U(k)，上次的输出U(k-1)；
下一步电压闭环PI调节器当前输出U(k)做输出限幅，此信号将作为下一级电流PI调节器的给定，根据不同工艺，电流设定值将不同。
若电压闭环PI调节器输出量U(k)>HMI获取电流设定值，则电流内环PI调节给定值为HMI获取电流设定值；
若电压闭环PI调节器输出量<HMI获取电流设定值，则电流内环PI调节给定值为电压环PI调节器输出；
电流PI调节器比例系数Kp＝0.04，积分系数Ki＝0.001，电流设定值与当前采集的充电电流IC为ei(k-1)，电流设定值与下次采集的充电电流IC为eik，变量带入下面公式输出电流闭环PI调节器输出量U(k)
U(k)＝U(k-1)+(Kp+Ki)eik-Kpei(k-1)；
电流闭环PI调节器输出量U(k)将做控制大功率恒流控制的PWM控制信号，PWM通过大功率充电电源采样和控制接口输出控制PWM信号，该控制信号经过运算放大器将3.3V放大到5V，连接至大功率电源电流控制端口；大功率电源的电压控制信号给定4.5V的恒定电压，此时大功率电源电压输出为40*(4.5/5)＝36V略大于设定值，大功率电源的功率输出经过如图2所示的电容E7和电感L1组成的LC滤波电流给航空电池充电，通过电流霍尔传感器模块采集充电电流反馈给双闭环调节器使输出更加稳定、根据工艺要求自动调节充电恒流值。
(2)20GNG40A-24V航空电池放电模式时
通过RS485/CAN通信获取的电压设定值为19V，同样经过双闭环PI调节器输出PWM控制信号，DSP主控板输出的PWM控制信号经过MOS管驱动电路控制图2所示的4个并联的MOS管Q3、Q4、Q5、Q6的导通关断，通过电流霍尔传感器模块采集放电电电流反馈给双闭环调节器。
具体地，本装置具有出现电池正负极反接、过流、过压、过热等故障自动触发保护功能；可编程的DSP主控板存入航空电池复杂工艺，使电池维护工艺一键操作；电池充放电控制恒流精度到0.25％。
在本申请一实施方式中，通过HMI显示屏选择相应充放电服务的方法包括如下步骤：
步骤S1，在定时器快周期中设置慢周期函数；
步骤S2，获取系统电池电压VB、大功率充电电源电压VS、充电电流IC(放电电流IF)、电阻箱温度T；分别代入一阶数字滤波函数运算，得出相应一阶数字滤波结果；将结果连续获得5次存入主控芯片并取中值为显示值；
步骤S3，将显示结果RS485/CAN通信上传至HMI控制屏
步骤S4,复步骤S1～S3，慢周期定时循环迭代。
具体地，快周期函数包含在主函数中，在主函数运行过程中会运行快周期函数，当用户通过HMI显示屏选择相应充放电服务时，相应充放电服务程序对应的慢周期函数被调用，具体步骤包括：
第一步，在100us定时器快周期中设置慢周期函数，TMS320F2808主控芯片中定义计数变量count；count在快周期累加1000次后调用慢周期函数并将count清零，此时慢周期函数为100ms；
第二步，获取系统电池电压VB、大功率充电电源电压VS、充电电流IC(放电电流IF)、电阻箱温度T；分别代入一阶数字滤波函数运算，得出相应一阶数字滤波结果；将结果连续获得5次存入主控芯片中定义浮点类型数组NUMB[4]，使用冒泡法将NUMB[4]结果排序，取第三个值即为中值并显示值；
第三步，将显示结果RS485/CAN通信上传至HMI控制屏；
第四步，重复上面步骤，慢周期定时循环迭代。
具体地，本机编程采取了电流软起，主控芯片开启100us定时中断服务程序，这样避免了充电机启动时的电流突增现象，这样可以提高系统的安全性、稳定性以及使用寿命。同时获取的数据需要经过处理再显示在HMI显示屏上，由于主控芯片采集数据多偏差大，主控芯片控制程序使用一阶数字滤波和中值复合滤波方式，整理数据，使得显示在HMI显示屏的数据为较精准的值，提高了HMI显示准确率和稳定性。
本申请所述的智能充放电装置可以作为航空镍铬、锌银、铅蓄电池组的手动充放电、首次充电、练习循环充电、练习充电、工作充电、补充充电、快速充电以及工作放电的专用设备。本申请所述的智能充放电设备具有智能控制充电、放电、温度检测功能，同时设备具有防止电池正负极反接、防过流、防过压、防过热、以及断电记忆等保护功能，充分体现了该设备的智能，可实现全过程一键操作，大大降低了操作人员的操作复杂程度以及精神压力。
同时本机编程采取了电流软起，这样避免了充电机启动时的电流突增现象，这样可以提高系统的安全性、稳定性以及使用寿命。而且采用这种编程方式还可以实现充放电之间的平滑切换。本机采用高集成的电路具有使用安全、通用性强、工作可靠的特点。同时本机具有控制智能、显示直观、操作简单、节能环保等优点。
本在申请所述的具体应用中，采用本装置对航空镍铬电池组(20GNG40A-24V)进行充电放电等测试基本功能，测试内容主要包括：恒流充电、恒流放电精度测试、主要工步执行、充放电完成提示、通信功能、充放电循环次数记录。表1为航空镍铬电池充电精度检测结果，表2为航空镍铬电池放电电精度检测结果，表3航空电池智能充放电装置基本功能检测结果。
表1航空镍铬电池充电精度检测
表2航空镍铬电池放电电精度检测
表3航空电池智能充放电装置基本功能检测
从上表1、2、3测试数据我们可以看出本发明较好的解决了当前储能电池的充放电设备结构简单、智能化程度低、充电功率小、不能实时的检测和跟踪蓄电池的状态的问题，主控芯片程序上的改进使得充电放电电流更加准确稳定。
通过表1、2、3测试数据也可以得知，本申请使用高精度电流霍尔传感、电压电流双闭环控制法和一阶数字滤波与中值复合滤波方式提高了充放电电流的精度和精准度；使用软件和硬件相结合的方法实时监控设备状态，防止电池正负极反接、过流、过压、过热。将不同储能电池的维护工艺写入DSP主控芯片中实现了航空电池工步一键操作，大大降低了操作人员的操作复杂程度。
以上描述仅为本发明的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本发明中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本发明中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (7)

1.一种储能电池全生命周期智能充放电维保装置，其特征在于，包括HMI控制屏、DSP控制主板和维保电路；
所述HMI控制屏与所述DSP控制主板通信连接，所述DSP控制主板和所述维保电路连接；
所述维保电路包括储能电池接口、充放电主电路、系统保护模块、大功率充电电源和负载箱；其中，储能电池接口和充放电主电路连接，充放电主路和负载箱连接，充放电主电路还和大功率电源、系统保护模块连接；所述DSP控制主板还包括从主控芯片引出的储能电池采样接口、充放电主电路采样和控制接口、大功率充电电源采样和控制接口、通信接口；其中，
所述通信接口与HMI控制屏连接，所述储能电池采样接口与储能电池接口连接；所述充放电主电路采样和控制接口与充放电主路、系统保护模块的采样端连接，所述大功率充电电源采样和控制接口与大功率充电电源连接；
所述充放电主电路的“电池正端”、“电池负端”连接待充放电的储能电池正、负极；电解电容E6并联在电池接线端，E6正极与电池正端连接，E6负极与电池负端连接；电池正端功率导线再穿过电流霍尔传感器采样模块H1后与滤波电感L1连接，电感L1的输出依次与并联的4个MOS管Q3、Q4、Q5、Q6的漏级连接，并联的4个MOS管的源级都连接至主电路负端，“放电PWM”端依次连接MOS管Q3、Q4、Q5、Q6的门极，四个MOS管的门极再经过电阻R31与主电路的电池负端连接；电感L1的输出再分别与两个继电器模块RLY1B、RLY2B的输入连接，继电器RLY1B的输出经过电容E7的正极后与主电路主电路的电池负端连接，“充电电源正端”和“充电电源负端”连接至电容E7的两端；继电器模块RLY2B的输出经过并联的电解电容E1、E2、E3、E4的正极后分别连接至二级管DB1、DB2的正极，二级管DB1、DB2的负极连接至电池负端；电解电容E1、E2、E3、E4的负极在经过滤波电感L2后分别连接至电容E5负端和负载箱负端；电容E5正端连接至负载箱正端；电池正负端电压信号连接至所述储能电池采样接口，充电电源正负端电压信号连接至所述的大功率充电电源采样和控制接口；放电PWM引脚经过MOS管驱动电路连接至所述的充放电主电路采样和控制接口。
2.根据权利要求1所述的一种储能电池全生命周期智能充放电维保装置，其特征在于，所述电流霍尔传感器采样模块电路结构为：充放电主电路的“电池正端”输入穿过电流霍尔传感器H2后输出至电感L1左侧；电流霍尔传感器H2的电流信号从M端输出经过电阻R37、R38与地连接；电容C6与电阻R37、R38并联；电流霍尔传感器H2的电流信号再从M端输出从经过电阻R34连接至运算放大器U7A的正端，运算放大器U7A的正端再经过电阻R36连接至地，运算放大器U7A的输出直接连接至U7A的负端；运算放大器U7A的输出再经过电阻R35连接至集成串联二极管D3的3引脚和充电采样接端，充电采样端再与DSP控制主板的充放电主路采样和控制接口连接，集成串联二极管D3的2引脚与3.3V连接，D3的1引脚与地连接；电阻R35的另一端经过电容C5连接至地，运算放大器U7A的输出再经过电阻R12连接至运算放大器U4B的负端，运算放大器U4B的输出经电阻R11与其负端连接，运算放大器U4B的输出再经过电阻R39连接至集成串联二极管D4的3引脚和放电采样端，放电采样端再与DSP控制主板的充放电主路采样和控制接口连接, 串联二极管 D4的2引脚与3.3V连接，串联二极管D3的1引脚与地连接；电阻R39的另一端经过电容C3连接至地。
3.根据权利要求1所述的一种储能电池全生命周期智能充放电维保装置，其特征在于，所述继电器模块的电路机构为：电感L1右侧连接至继电器K1的4引脚，K1的3引脚作为继电器输出连接至“充电电源正端”或者四个电解电容E1、E2、E3、E4正端；12V经过继电器K1的线圈连接至三极管Q1的C端;集成并联二极管DTO2的3引脚与12V连接，1、2引脚与三极管Q1的C端相连；三极管Q1的E端与地连接，DSP控制主板的控制IO依次经过电阻R3、R2连接至三极管Q1的B端；三极管Q1的B端还经过R6连接至地；电阻R3的靠近电阻R2的一端同时与DTO1的1、2引脚相连，DTO1的3引脚连接系统保护模块的保护信号端。
4.根据权利要求1所述的一种储能电池全生命周期智能充放电维保装置，其特征在于，系统保护模块包括充电过流保护子模块、电池反接保护子模块、放电过流保护子模块；其中，
充电过流保护子模块的电路结构为：充电采样信号连接至运算放大器U1A的正端，运算放大器U1A的负端直接与U1A的输出连接；U1A的输出在经过电阻R10连接至比较器U2B的负端，比较器U2B的负端再经过电阻R16连接至地，U2B的正端与2.5V基准电压连接，U2B的输出经过电阻R9连接至集成并联二极管DTO3的3引脚，U2B的输出再经过电阻R7连接至5V；
电池反接保护子模块的电路结构为：电池正极经过电阻R22连接至运算放大器U2A的正端，U2A的正端再经过电阻R23连接至地；电池负极经过电阻R19连接至U2A的负端，U2A的输出分别经过电阻R17与负端相连；U2A的输出再经过电阻R21连接至比较器U1B的负端，电阻R21的另一端经过电容C4连接至地；电阻R21的另一端再连接至反并联集成二极管DTO4的3引脚，DTO4的2引脚与3.3V连接，DTO4的1引脚与地连接；比较器 U1B的正端与2.5V基准电压连接，U1B的输出经过电阻R20连接至集成并联二极管DTO6的3引脚，U1B的输出再经过电阻R18连接至5V；
放电过流保护子模块的电路结构为：放电采样信号连接至运算放大器U4A的正端，U4A的负端直接与U4A的输出连接，U4A的输出在经过电阻R29连接至比较器U5B的负端；U5B的负端再经过电阻R30连接至地，U5B的正端与2.5V基准电压连接，U5B的输出经过电阻R28连接至集成并联二极管 DTO8的3引脚，U5B的输出再经过电阻R27连接至5V；
3个集成并联二极管 DTO3、DTO6、DTO8的1、2引脚同时连接作为保护信号端。
5.一种储能电池全生命周期智能充放电维保装置控制方法，包括权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，所述装置的工作流程为：
步骤S1，系统开机，主控芯片开启定时中断服务程序；
步骤S2，检测储能电池当前状态，主控芯片开启软件ADC转换模式，采集电压信号、电源信号和负载箱温度信息；
步骤S3，通过HMI控制屏选择充放电模式；
步骤S4，主控芯片判断储能电池的工作状态，主控芯片根据步骤S2获取的信号值与设定安全值进行比较判断工作状态，若正常工作，则按照预设调节方法进行航空电池维保工作；若判断有过流过压现象，则控制触发保护；于此同时，若系统硬件电路判断电路由过流过压现象，也会触发保护。
6.根据权利要求5所述的一种储能电池全生命周期智能充放电维保装置控制方法，其特征在于，步骤S4中，所述主控芯片的调节方法包括如下步骤：
步骤S1，开启系统快周期定时，并在定时器开启软件启动ADC采样；
步骤S2，获取系统电池电压 、大功率充电电源电压/>、充电电流/>（放电电流/>）、负载箱温度T；
步骤S3，从HMI获取电压设定值与电池电压采样值求得差值/>、上次电压设定值与电池电压差值/>带入数字PI公式：
，
其中， 为比例系数， />为积分系数；
步骤S4，电压外环PI调节器输出限幅，
若> HMI获取电流设定值，则电流内环PI调节给定值为HMI获取电流设定值；若/>< HMI获取电流设定值，则电流内环PI调节给定值为电压环PI调节器输出；
步骤S5，电流内环PI调节器输出调节，电流内环PI调节给定值与电流采样（/>）值求得差值/>、上次给定值与电流采样差值/>带入数字PI公式：
；
步骤S6，电流内环PI调节器输出调节PWM占空比；
步骤S7，重复步骤S1~ S6，快周期定时循环迭代数字PI调节器输出调节使充放电电流稳定。
7.根据权利要求5所述的一种储能电池全生命周期智能充放电维保装置控制方法，其特征在于，通过HMI显示屏选择相应充放电服务的方法包括如下步骤：
步骤S1，在定时器快周期中设置慢周期函数；
步骤S2，获取系统电池电压 、大功率充电电源电压/>、充电电流/>（放电电流/>）、电阻箱温度T；分别代入一阶数字滤波函数运算，得出相应一阶数字滤波结果；将结果连续获得5次存入主控芯片并取中值为显示值；
步骤S3，将显示结果RS485/CAN通信上传至HMI控制屏
步骤S4, 复步骤S1~S3，慢周期定时循环迭代。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1271519A (fr) * 1986-10-15 1990-07-10 Pavel Gorinov Chargeur de batterie d'accumulateurs
CN106896328A (zh) * 2017-03-14 2017-06-27 河北工业大学 储能电池智能辅助装置
CN109599925A (zh) * 2019-01-24 2019-04-09 沈建良 新型蓄电池智能充电器
WO2019109811A1 (zh) * 2017-12-05 2019-06-13 广州金升阳科技有限公司 充电电源的电池短路保护电路
CN113013919A (zh) * 2021-03-04 2021-06-22 河北工业大学 一种对称式双模光伏逆变器装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1271519A (fr) * 1986-10-15 1990-07-10 Pavel Gorinov Chargeur de batterie d'accumulateurs
CN106896328A (zh) * 2017-03-14 2017-06-27 河北工业大学 储能电池智能辅助装置
WO2019109811A1 (zh) * 2017-12-05 2019-06-13 广州金升阳科技有限公司 充电电源的电池短路保护电路
CN109599925A (zh) * 2019-01-24 2019-04-09 沈建良 新型蓄电池智能充电器
CN113013919A (zh) * 2021-03-04 2021-06-22 河北工业大学 一种对称式双模光伏逆变器装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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