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智能型鉛酸電池充電器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
智能型鉛酸電池充電器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 摘 要:針對(duì)礦用永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)饋電開關(guān)智能控制器采用的鉛酸蓄電池在充電過程中存在充電過度、充電不足、電池過熱和充電速度慢等諸多問題,設(shè)計(jì)了一種以at
摘 要:針對(duì)礦用永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)饋電開關(guān)智能控制器采用的鉛酸蓄電池在充電過程中存在充電過度、充電不足、電池過熱和充電速度慢等諸多問題,設(shè)計(jì)了一種以atmega16 單片機(jī)為核心的智能充電器。采用了基于sugeno 推理的模糊PID 控制算法,提高了充電器的充電速度,減少了電池?fù)p耗,實(shí)現(xiàn)了對(duì)鉛酸蓄電池充電過程的智能化控制。
目前礦用永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)饋電開關(guān)智能控制器采用鉛酸蓄電池作為備用電源。傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池充電方法有恒流限壓充電和恒壓限流充電,但充電效果都不是很理想,一方面這些方法充電時(shí)間過長(zhǎng),溫升過快。
另一方面,充電過程中存在過充和欠充現(xiàn)象[1].專家研究表明:鉛酸蓄電池充電過程對(duì)其壽命影響最大,過充電、充電不足以及溫升都是引起電池故障的主要原因[2,3].
基于以上原因,系統(tǒng)根據(jù)蓄電池的充電特性,采用基于sugeno 推理的模糊PID 控制算法,設(shè)計(jì)了以atmega16 單片機(jī)為核心的智能充電器,它能夠?qū)崟r(shí)采集電池充電過程中的電流、電壓、溫度等模擬量,使充電始終在最佳狀態(tài)下進(jìn)行,實(shí)現(xiàn)了高效、快速、無損的充電過程。
1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
系統(tǒng)選取ATMEL 公司生產(chǎn)的 atmega16 單片機(jī)作為核心控制芯片??傮w結(jié)構(gòu)包括:電源模塊、充電主電路模塊、模擬量檢測(cè)模塊、顯示及報(bào)警模塊和IGBT 驅(qū)動(dòng)模塊。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。
圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖
在充電過程中,單片機(jī)實(shí)時(shí)采集電池充電過程中的電流、電壓和溫度等模擬量,通過其內(nèi)部的A/D 轉(zhuǎn)換器將上述模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量,并判斷電池是否出現(xiàn)過壓、過流和過溫等故障。若出現(xiàn)故障,單片機(jī)立即關(guān)斷IGBT,并發(fā)出聲光報(bào)警。若檢測(cè)正常,則采用基于sugeno 推理的模糊PID 控制算法產(chǎn)生相應(yīng)占空比的PWM 脈沖來控制IGBT 開關(guān),通過BUCK 電路對(duì)電池進(jìn)行充電。
2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
2.1 充電主電路設(shè)計(jì)
充電主電路其實(shí)是一個(gè)BUCK 變換器,BUCK 電路屬于降壓斬波電路。充電主電路如圖3 所示。IGBT、二極管、電感L1 和電容C10 構(gòu)成BUCK 電路,220V市電經(jīng)變壓器降壓,通過整流橋整流和EMI 平滑濾波后,作為直流充電電源。在工作過程中,PWM 控制信號(hào)的高電平脈沖出現(xiàn),使IGBT 導(dǎo)通,電感L1 的電流不斷增大,并對(duì)電容C10 儲(chǔ)能,同時(shí)對(duì)電池充電。此時(shí),續(xù)流二極管因反向偏置而截止。PWM 信號(hào)出現(xiàn)低電平時(shí),IGBT 截止,電感L1 維持原電流方向,與續(xù)流二極管構(gòu)成充電回路,利用L1 和C10 中存儲(chǔ)的電能向電池充電。
圖2 充電器實(shí)物圖。
圖3 充電主電路。
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