当前位置：文档之家 › 基于DSP的潜艇蓄电池分级恒流充电控制系统研究

基于DSP的潜艇蓄电池分级恒流充电控制系统研究

  • 格式：pdf
  • 大小：214.13 KB
  • 文档页数：5

ｓ ｅ ｉｅ ｒｐ ｒ ｅ ｅ ｏ ｔ ｌ ｒ ｒ ｖ ｒ ｉｄｔｒｕ ｈｅｐ ｒ ｎ ｎｔｅ ｉ ｌｔ ｎｐａ ｏｍ． ｐ ｃ ｉｐ ｏ ｅｔ ｓ ｔ ｎｒ ｌ ｅ ｅｉｅ ｏ ｇ ｘ ｅｉ ｔ ｍｕａｉ ｌｔ ｒ ｆ ｉ ｏ ｈ ｃ ｏｅａ ｆ ｆ ｈ ｍｅ ｏ ｈ ｓ ｏ ｆ
维普资讯
Ｖ １ ７ Ｎｏ６ ２ ０ ． ／２ Ｏ２ ｌ． ． ０ ７１ １ １
船 电技术
２０ 潜艇蓄 电池分级恒流充 电控制系统研 究 Ｓ
黄 晓辉 黄声 华 万 山明
（ 中科技 大学 华 摘 武汉 ４０７ ） ３０４
ｐａ ｒ ｕ ｐｅ ，ａ ｓ ｂｍａｒｎｅ ｍｕｌｉｃ ｎ ｔ ｎｔｃ ｒ ｎｔｂ ｔ ｒ ｈ ｇｉ ｏｎ ｒ ｌ ｒ ｂａ ｅ ｎ ＤＳＰ ｓ ｄｅ ｉ ｅ ，ａｎ ｈｅ ｉ ｔ— ｏ ｓ ａ ｕｒ ｅ ａｔｅ ｙ ｃ ａｒ ｎｇ ｃ ｔｏｌｅ ｓ ｄ ｏ ｉ ｓｇｎ ｄ ｄｔ
ＴＭ ￥ ２ ＬＦ２ ７ ３０ ４０
Ｐ 机 Ｃ
Ｊ ＡＧ Ｔ ｊ
堕
一
光 耦隔 离 电路
蓄电池 充 电 电流 分级 控制 信号
辅助 电源
／ ＩＩ 模拟ＤＡ ０ ／
０ Ｉ 行时 ｊ／ Ｉ 串 序 Ｉ
看狗 誊嚣 串 门 ｆ 誓 Ｄ ／ 行 Ａ
图 ３ 充 电控制 系统硬 件总 体框 图
最 大 充 电电流 可 以达 到 ４ ３ Ａ，根 据 经 验我 们 选 ２０ 择 ２ ０ Ａ、１ ０ Ａ、１ ０ Ａ、９ ０ ４０ ８０ ２０ ０ Ａ、６ ０ ０ Ａ、３ ０ ０Ａ 作 为 上述 六 个 恒 流 阶段 的充 电 电流 值 。 （）各 充 电阶 段 终 止 控 制 策 略 ： 主 要 基 于 每 ２
收 稿 日期 ：２ ０ — ６ ２ ０７０ —０
作 者简介 ：黄 晓辉 （ ９ ３ ） １８ 一 ，男 ，硕 士研究 生 ，研 究方 向：电机 与 电器 专业 。
３９ ２
维普资讯
船 电技 术
２０ ０ ７年
第 ６期
、 １ ７ Ｎｏ６ ２ ０ ．１１ ， ． ． ０ ７１／２ ０２
或恒 流 充 电充 电效率 都 不 高 ，充 电速 度 也 不 快 ，
电时 间 达 到 设定 值 时 ， 切换 到 下 一 恒 流 阶段 ； 当
蓄 电池 端 电压 达 到 设 定 的 闽值 时 ，便 进入 恒 压 充
故这些方法对于潜艇蓄 电池都不适 用 。于是我们
采用 多 级 恒 流与 浮 充 恒 压 充 电方 案 ，具 体 如 下 ： （）将 蓄 电池 整 个 充 电过程 分 为 六 个 恒 流 阶 １ 段 和 一 个浮 充阶 段 。系 统选 用 的硅 能 蓄 电池 组 的
件 的结构和 功能 ，并在 潜艇 充 电系统 的模 拟平 台上进 行 了实验验 证 ，结果表 明控 制器 的性能 良好 。
关键 词 ：ＤＳ 潜 艇 蓄 电池 Ｐ 中 图分 类 号 ： Ｔ ９ ２ Ｍ １ 分 级 恒 流 充 电 文献标 识码 ：Ａ 文 耄 编 号 ： １ ０ —８ ２ （ ０ ７ ０ —３ ９０ ０ ３４ ６ ２ ０ ） ６０ ２ —５
ｈ ｂ ｉ ｌｃｒｃｐ ｏ ｕｓ ｎ ｓｓｅ ，ｗ ｉｈ ｔ ｎｆ ｒ ｎ ｒｙｆｏ ｅｅ ｏ ｔｅ ｅ ｔｅ ｇｎ ｏ ｅ ｏ ａ ｙ ｒ ｅｅ ｔｉ ｒｐ ｌｉ ｙ ｔｍ ｈｃ ｒ ｓｅｓｅ ｅｇ ｒｍ Ｄｉ ｌ ｒｏｈ ｒｈ ａ ｎ ｉｅｐ ｗ ｒｔ ｄ ｏ ａ ｓ ｒｃ ａｇ ａ ｌ ａｔｒ ｒｐ ｌ ｏ ｙ ｔｍ． ｈ ｒ ｏｅｓ ｂ ａ ｉｅｂ ｔ ｒ ｈ ｒｅ ｓ ｍ ｏ ｃｐ ｅ ｎｉ ｐ ｒ ｎ ｅ ｈ ｒｅ ｂｅｂ ｔ ｙｐ ｏ ｕｓ ｎｓｓｅ Ｔ ｅｅ ｒ ｕ ｍ ｒ ａｔ ｙｃ ａｇ ｒ ｙ ｔ ｃｕ ｉｓａ ｏ ｔ ｔ ｅ ｉ ｆ ｎ ｅ ｓ ｅ ｍ ａ ｐ ｓ ｉｎｉ ｅ ｒｐ ｌｉｎｓｓｅ ， ｈｃ ｅ ｔｄｔ ｅｓｆ ｔ ａ ｄｎ ｖ ａｉｎｒｎ ｅ ｕ ｍ ｒ ｅ Ｉ ｉ ｏ ｉｏ ｔ ｏ ｕｓｏ ｔｍ ｗ ｉｈｉ ｒｌ ｅ ｔ ａｅ ｎ ａ ｉ ｔ ａ ｇｏ ｔ ｂ ａ ｉ ．ｎｔ ｓ ｔ ｎｈ ｐ ｙ ｓ ａ ｏｈ ｙ ｇ ｏ ｆｈ ｓ ｎ ｈ
２ ｍＡ 的恒 流控 制信 号 ，该 信 号 经 过励 磁 调 节 器 ０
放 大 后 去 控 制 柴 油 发 电机 的励 磁 电流 ，从 而 使 两
组 蓄 电 池 的 充 电 电流 值 达 到 给 定 的 充 电 电 流 级
别 。控 制 系 统 的 结 构框 图如 图 ２所 示 。
２ 蓄 电池充 电系统 的控制 策略
受 另 一 信 号 控 制 ， 与 ２号蓄 电池 组 直接 并 联 。两 组 蓄 电池 并 联 在 负载 的两 端 。潜 艇 蓄 电池 分 级 恒 流 充 电控 制 系 统 作 为充 电系 统 的 核 心 ，要 求 其 能 够 尽 可 能 地 在 延 长 蓄 电池 使 用 寿 命 的基 础 上 在 规 定 的 时 间 内使 蓄 电池 能够 快 速 充 足 电量 。它 的主 要 任 务是 根 据 给 定 的 电流 级 别 经 过 计算 输 出 ４ ～
Ｈｕａ ｇ Ｘｉ ｏ ｕ ； Ｈｕ ｎ ｈ ｎ ｈ ｎ ａ ｈ ｉ ａ ｇ Ｓ ｅ ｇ ｕａ； Ｗ ａ ａ ｍｉ ｇ ｎ Ｓｈ ｎ ｎ
（ ａ ｈ ｎ ｉｅ ｓｔ ｆＳ ｉｎ ｅａ ｄＴｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｗ ｕ ａ ３ ０ ４ Ｃｈｎ Ｈｕ ｚ ｏ ｇＵｎ ｖ ｒｉ ｏ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌ ｇ ， ｙ ｈ ｎ４ ０ ７ ， ｉ ａ）
Ｌ） ｒ
×
Ｃ Ｏ
×
图 １ 柴 油 发 电机 给 蓄 电 池 充 电工 况 运 行 系 统 简 图
１ ＃蓄 电池 电压 、 电流检 测信 号
１ 号柴油发 电机投 入和 切除 开关信 号 、３
分笑 — Ｊ充控器 ４ｍ 制流 １ 柴油发电机组 输定 嚣 — 电制 － Ａ 电 、３ 入Ｊ ” ２控 ０
Ａｂ ｔａ ｔ ｏ ｂ ｌｎ ｅ ｂ ｔ ｅ ｆｉ ｅ ｃ ｎ ａ ｉａｉｎ ｄ ｒｔ ｎ ｏ ｔｃ ｎ ｅ ｔ ｎ ｌｓｂ ａ ｉｅ ａ ｅ ｓｒ ｃ：Ｔ ａａ ｃ ｅ ｗｅｎ ｅ ｃ ｎ ｙ ａ ｄ ｎ ｖｇ ｔ ｕ ａｉ ，ｍ ｓ ｏ ｖｎｉ ａ ｕ ｍ ｒ ｓ ｈ ｖ ｆ ｉ ｏ ｏ ｏ ｎ
输 出４ ～ ２ｍ ０ Ａ电流
３０ ３
电阶段 ，充 电电流将逐渐减小 ，此时即使充 电时
问没有 达到 设 定 值 ， 然 要 切 换 到 下 一充 电阶 段 。 仍 （）浮 充 阶 段 的充 电控 制 策 略 ： 当 切 换 到 浮 ３ 充档 后 若 此 时 蓄 电池端 电压 没 有 达 到所 设 定 的浮
充 电压 值 ，则 进 入 浮 充 电压 恒 压 充 电并 限流 的充 电方式 ，充 电 电流 则 限制 在 ｌ ０ 以 内 。 当达 到 ０Ａ 浮 充 电压 值 时 ，控 制 蓄 电池 组 的 充 电 电流 为 ０ ， 使 蓄 电池 组 处 于 既 不充 电又 不 放 电的状 态 。
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｕ ｔ－ ｏ ｓ ａ ｔＣｕ ｒ ｎｔ ｓ ａ ｃ ｎ Ｍ ｌｉｃ ｎ ｔ ｎ ｒ ｅ ａ ｇ ｎｇ Ｃｏ ｒ ｌ ｙ ｔ ｍ ｏ Ｃｈ ｒ ｉ ｎｔ ｏ ｓ ｅ ｆ ｒ Ｓ Ｂａ ｔ ｒｅ ｅ ｎ Ｓ ｂ ａ ｉ ｔｅ ｉ ｓｕｓ ｄ ｉ ｕ ｍ ｒｎｅ
略 ： 当两 组 蓄 电池 的充 电 电流 差 值 大 于 阈值 时 ，
则将 与充 电 电流大 的那 一 组 蓄 电池 并联 的柴 油 发
电机 组 输 出 电流 值 减 小 ， 一 组 柴 油 发 电机 输 出 另
电流 增 大 ，最 终使 两 组 蓄 电池 的充 电 电流 差 值 维 持在 阈值 之 内 。
Ｋｅ ｙｗｏｒ ： ＳＰ；Ｂａｔｅ ｙ ｕ ｅ ｎ ｓ ｂｍａｒｎｅ ｄｓ Ｄ ｔｒ ｓ ｄｉ ｕ ｉ ；Ｍ ｕｌｉｃ ｓ ａ ｕ ｒ ｎｔｃ ａｒ ｎ ｔ— ｏｎ ｔ ｎｔｃ ｒ ｅ ｈ ｇｉ ｇ
１引 言
常 规潜 艇 一 般 采 用 混 合 电力 推 进 方 式 ，其 特 点是 一 次 动力 源 为 柴 油 发 动机 或 燃 料 电池 等 ，二 次 动 力 源 为蓄 电池 ，在 柴 油机 动 力 不 足 或 者 出现 故 障 的 情 况下 由蓄 电池 提 供 主要 动 力 。另 外 蓄 电 池 还 能 增 加其 水 下 续 航 能 力 ， 高 作 战 隐 蔽 能 力 。 提 本 文研 究 的潜 艇 蓄 电池 充 电系 统 包 括 四台 柴 油 发 电机 、两 组 蓄 电池 、推进 电枢 、保 护 装 置 、 充 电控 制 系统 等 ，见 图 １所 示 。其 中 １号 和 ３号 柴 油 发 电机 为一 组 ，受 同一信 号控 制 ，与 １号 蓄 电池 组 直接 并联 ； ２号和 ４号 柴 油 发 电机 为一 组 ，
潜 艇 充 电系 统 的 充 电 电源 为 四 台 柴 油 发 电 机 ， 只 能实 现 恒流 或 恒 压 输 出，所 以选 择 的充 电
阶 段 的 充 电时 间和 蓄 电池 端 电压 值 这 两 个参 数 。 设 定 每 阶 段 的充 电时 间和 相应 的 电压 闽 值 ， 当充
方 式只 能基 于恒 流或 恒 压 。但 是单 纯 的恒 压 充 电
４ ２ｍ － ０ Ａ控 制 电流
卜一 — — — １蓄电池组 ＿ Ｉ ——— ２ 蓄电池组
２ 柴油发电机组 卜—一 、４ ＿ Ｉ
２ ９ 柴油发 电机投 入和切 除 开关信 号 、４
２ ＃蓄 电池 电压 、电流检 测信 号
图 ２ 潜 艇 蓄 电池 充 电控 制 系 统 结 构 框 图
３ 基 于 ＤＳ Ｐ的 充 电控 制 器 硬 件 电路 的 设 计
蓄 电池 电压 电 流 检 测 电路 Ａ Ｄ 样转 换 及 ／采 光耦 隔离 电路 光耦 隔 离 电
路
四路 发 电机

合集下载

基于DSP的蓄电池充放电控制系统设计

基于DSP的蓄电池充放电控制系统设计

ｃ ａ ｇ ｏ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｅ ｔ ｒ ｇ ｏ Ｍ Ｓ ２ Ｌ ２ ０ Ｐ ｉ ｄ ｓｇ ｅ ． Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｓｕ ｙ ｏ ｈ ｈ ｒ ｅ ａ ｄ ｈ ｒ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌｓ ｓｅ ｃ ｎ ｅ ｎ ｎ Ｔ ｉ ３ ０ Ｆ ４ ７ ＤＳ ｓ ｅ ｉ ｎ ｄ ｓ ｄ ｏ ｈ ｔ ｄ ｆｔ ｅ ｃ ａ ｇ ｎ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔｈ ｈ ｒｅａ ｄ ｄｓ ｈ ｒｅｓ ｓｅ ｉ ｈ ｓ ｒｔ ａ ａｔ ｎ ｔｅｓｏ ａ ｅｂ ｔ ｒ ．Ｔ ｅｃ ａｇ ｎ ｉ－ ｓｒ ｃ ： ｅ ｃ ａ ｇ ｎ ｉｃ ａｇ ｙ ｔｍ ｓｔｅｍｏ ｔ ｉ ｉ ｌｐ ｒ ｉ ｈ ｔｒｇ ａｔ ｙ ｈ ｈ ｒｅａ ｄ ｄｓ ｃ ｃ ｅ
回路 、 信号采集电路等 ， 同时给出了部分软件的设计思想。 关键 词 ： 蓄电池 ； 充放电 ； 控制系统 ； Ｓ ＤＰ
中图分类 号 ： Ｐ ７ Ｔ ２７
文献标 识码 ： Ａ
文章 编号 ：０ ８— ２ ５ ２ １ ）３—０ １ ０ １０ ８ ４ （ ０ ２ ０ ０ ０— ４
Ｓ ｏ ａ ｅ Ｂａ ｔ ｒ ａ ｇ ｎ — Ｄｉｃ ａ ｇ ｎｇ ｔ ｒ ｇ ｔｅ ｙ Ｃｈ ｒ ｉ ｇ － ｓ ｈ ｒ ｉ
ｄ ｓｈ ｇ ｏ ｔ ｌ ｔ ｔｇ ｉｃ ａ ｅ ｃ ｎｒ ｒ ｅ ｙ，ｉ ａ ｄ ｒ ｅ ｉｎ ｓｈ ｍａｉｓｉ ｇｖ ｎｉｃｕ ｉｇｔ ｅｃ ａｇ ｎ ｉｃ ａ ｇ ｉｃ ｉ， ｒ ｏ ｓａ ｔ ｈ ｒｗａ ｅｄ ｓｇ ｃ ｅ ｔ ｓ ｉｅ ｎ ｌｄ ｎ ｈ ｈ ｒｅａ ｄ ｄｓ ｈ ｒ ｅｃｒ ｕｔ ｓ ｃ ｔ ｅｓｇ ａ ｃ ｕｓｔ ｎ ｃｒｕ ｔａ ｄ Ｓ ｎ Ｍｅ ｎ ｉｅｔｅ ｓ ｆ ｒ ｅ ｉｎ ｉｅ ｓａｅｄ ｓｒｂ ｄ ｈ ｉｎ ｌａ ｑ ｉｉｏ ｉ ｉ ｎ Ｏｏ ． ｉ ｃ ａ ｗｈｌ ｈ ｏｔ ｅｄ ｓｇ ｄ ａ ｒ ｅ ｃ ｅ ． ｗａ ｉ
工程师课堂：基于DSP的恒流充电电源设计方案

工程师课堂：基于DSP的恒流充电电源设计方案

工程师课堂：基于DSP的恒流充电电源设计方案
摘要：根据蓄电池分级恒流充电的要求，给出一种基于DSP、变参数积分分离PI 控制的新型蓄电池恒流充电电源的设计方案。

介绍了电源的系统结构、工作原理、控制策略及软件设计。

目前该电源已投入工程使用。

 1 引言
 蓄电池正常充电时，比较好的充电方法是分级定流方式，即在充电初期用较大的恒定电流，充到一定时间或蓄电池达到一定电压后，改用较小的恒定电流充电。

同时蓄电池恒流充电电源不同于普通的直流电源，它的工作负载范围非常宽，其输出电压可能从近似为零变到额定值。

因此，在较宽的负载范围内保证蓄电池充电阶段的平滑过渡，以及不同阶段时的恒流特性是蓄电池恒流充电电源的设计难点。

这里设计的基于DSP变参数积分分离PI 调节的两级恒流充电电源可方便地解决这一难题。

 2 系统结构及工作原理
 图1 示出蓄电池恒流充电电源的结构框图。

该电源可对蓄电池进行两级恒流充电，两阶段的充电终止条件可分为充电时间原则、充电电压原则或时间/ 电压混合原则，并可自动完成两阶段电流转换、充电原则转换和相应充电参数值的调整。

 装置主电路的工作原理是首先对380V 输入交流市电进行EMI滤波，采用带十二相自耦变压器的不控整流电路将交流电变换为直流电，从而有效地减少了输入级AC/DC变换产生的谐波含量，提高了功率因数，降低了输入变压器的容量。

利用全桥高频逆变电路将直流电逆变为高频双极性PWM波，经高频脉冲变压器降压，双半波整流和输出滤波后，最终输出恒定的直流电流对蓄电池负载充电。

铅酸蓄电池脉冲充电装置与实验研究

铅酸蓄电池脉冲充电装置与实验研究

铅酸蓄电池脉冲充电装置与实验研究周智勇;杨占录;王阔厅【摘要】本文以DSP和IGBT为核心,设计了大容量脉冲充电装置,并以火炬7DB700型牵引用铅酸蓄电池为实验对象,验证了脉冲充电装置设计的正确性.从实验数据分析可知,采用脉冲充电方式比采用恒流充电可节约充电时间.【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2014(034)012【总页数】3页(P46-48)【关键词】铅酸蓄电池;脉冲充电;DSP【作者】周智勇;杨占录;王阔厅【作者单位】海军潜艇学院,山东青岛266042;海军潜艇学院,山东青岛266042;海军潜艇学院,山东青岛266042【正文语种】中文【中图分类】TP912.10 引言上世纪60年代中期，美国科学家马斯对开口蓄电池的充电过程作了大量的试验研究，并提出了以最低出气率为前提的，蓄电池可接受的充电曲线，如图l所示。

实验表明，如果充电电流按这条曲线变化，就可以大大缩短充电时间，并且对电池的容量和寿命也没有影响。

原则上把这条曲线称为最佳充电曲线，从而奠定了快速充电方法的研究方向[1]。

图1 可接受充电电流能力曲线1 大容量脉冲充电装置设计文献[2]中，作者采用全控电力电子元器件为控制核心，实现了正负脉冲间歇工作方式充放电，也可实现恒流充放电，但系统功率偏小，充电电流只能达到100 A以下。

为满足大容量铅酸蓄电池脉冲充放电实验的需要，本文设计了大容量充电机，能实现充电脉冲电流500 A，放电脉冲电流1000 A，充放电转换时间<1 ms，并以此对火炬7DB700型牵引用铅酸蓄电池进行脉冲充电实验。

1.1 大容量脉冲充电装置工作原理大容量脉冲充电装置基本原理框图如图2所示。

图2 大容量脉冲充电装置原理框图该装置的核心执行机构为 IGBT双向调压器，逆变器在DSP控制板的控制下可以工作在“升压放电”或者“降压充电”两种模式下。

输入的交流电经过降压整流成为直流电。

该直流电被双向调压器降压后给蓄电池组充电。

基于DSP的电动汽车蓄电池管理系统

基于DSP的电动汽车蓄电池管理系统

收稿日期： %""& $ "2 $ %! 作者简介： 马景川 （ !535—） ， 男， 河南南阳人， 硕士研究生 6
于额定容量 # ) 的 )" 2 ） ， 认为循环次数应加 ! ； 如 果不超过 )" 2 ， 将本次放电深度换算成相应的循 环次数， 方法是将本次放电深度与 )" 2 的比乘以 一个加权系数 #& ， 即：
! % + <* #) " &
*
7
（ !） )& ’
， 充电时 % & , " ，放电时 % & -
#& 3 #& "6 ) 3 # )
（#）
第 * 期, , , , , , , 马景川等：基于 /01 的电动汽车蓄电池管理系统
表 !" 蓄电池放电深度与加权系数的关系
加权系数 $% & $% ( $% ) *% $ *% +
+&
［. ］ 池充电 - 结合 280#+$39+.$& 的特性， 采用脉冲 ［ ’］ 分阶段恒流快速充电法 ， 选择 :;<2 作为功率开 关器件， 控制电路如图 + 所示-
放电深度 ! " / #$ / ’$ / &$ / )$ / *$$
, ,
在蓄电池剩余能量计算中， 要充分考虑到蓄
电池循环寿 命的补偿 - 综上所述， 电池荷 电状态 （ !"#）综合计算公式为
%" 软件设计
图 * , 电动汽车蓄电池能量管理系统设计框图
, , 首先对 280#+$39+.$& 进行初始化， 设置 /01 实时时钟， 设置串口通 讯波特率， 定时中断， 4! / 转换启动， 在采集到蓄电池的各项参数后， 用加修 正项的安时法计算蓄电池的剩余电量， 当蓄电 池 的荷电状态 （ !"# ） 低于 $% ’ 时， 启动充电机开始 对蓄电池充电， 调节输 出的 1C8 占 空比来控 制 :;<2 的通关， 实现脉冲分阶段恒流 快速充电， 当 检测到蓄电池的荷电状态 （ !"# ） 大于 $% ( 时， 停 止充电， 关闭充电机， 充电过程结束- 具体流 程图 如图 # 示-