基于DSP脈沖精確控制的蓄電池充放電裝置

摘要：隨著對(duì)蓄電池脈沖快速充放電研究的深入，對(duì)精確脈沖發(fā)生裝置及控制算法的研究顯得越來(lái)越重要。提出一種基于DSP的蓄電池充放電脈沖發(fā)生電路，可對(duì)充放電脈沖的發(fā)生時(shí)間、幅值和寬度進(jìn)行精確控制。并針對(duì)短時(shí)間脈沖的控制需要，提出一種改進(jìn)型PI控制算法，可使充電電流盡快穩(wěn)定在參考值附近。在此基礎(chǔ)上研制了一臺(tái)基于TMS28336型DSP，容量為20 kVA的脈沖充放電裝置，并對(duì)其進(jìn)行了脈沖充電電流為500 A，脈沖放電電流為1 500 A的脈沖發(fā)生實(shí)驗(yàn)，結(jié)果驗(yàn)證了所提出的脈沖發(fā)生電路和控制算法的可行性，其放電電流平均值精度可達(dá)99．5％，紋波誤差為1％。
關(guān)鍵詞：蓄電池；脈沖充放電；比例積分控制

1 引言
如今，高效、可靠的蓄電池充電方法顯得越來(lái)越重要，這也極大地推動(dòng)了智能快速充電技術(shù)的發(fā)展。在蓄電池的快速化成和快速充電領(lǐng)域，未來(lái)主要的發(fā)展方向是脈沖充電電源，用反向電流短時(shí)間放電的方法消除極化，這樣就可以保證不產(chǎn)生大量氣體，又不發(fā)熱，大大縮短充電時(shí)間。目前有采用高頻開關(guān)電源構(gòu)成充電電源來(lái)進(jìn)行脈沖充放電，也有采用蓄電池正負(fù)極并聯(lián)放電電阻并設(shè)計(jì)相應(yīng)開關(guān)控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)脈沖充放電。但前者造價(jià)很高，難以實(shí)現(xiàn)大功率輸出；后者放電控制電路復(fù)雜且無(wú)法實(shí)現(xiàn)放電電流的任意調(diào)節(jié)。
此處提出一種基于TMS28336型DSP的蓄電池充放電裝置，既能對(duì)蓄電池進(jìn)行恒流充放電，又能對(duì)蓄電池進(jìn)行脈沖充放電，并可準(zhǔn)確、快速地調(diào)節(jié)脈沖特性，即對(duì)充放電脈沖的幅值和寬度都可精確控制。通過(guò)對(duì)一臺(tái)樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該充放電系統(tǒng)的可行性及控制策略的優(yōu)越性。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其工作原理
此處研究的蓄電池脈沖充電電源裝置，包括由IGBT構(gòu)成的三相全橋結(jié)構(gòu)的雙向換流器，采用脈寬調(diào)制(PWM)方式。當(dāng)其工作在整流模式時(shí)，將取自交流電網(wǎng)的380 V三相電整流為100 V直流電；當(dāng)工作在逆變模式時(shí)，將取自直流母線上的100 V直流電逆變?yōu)榕c電網(wǎng)電壓同頻、同相、同幅的三相電，并饋入電網(wǎng)。能實(shí)現(xiàn)直流升降壓功能的雙向DC／DC電路，在充放電切換時(shí)都是功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行動(dòng)作，對(duì)充放電脈沖的時(shí)間控制精度能達(dá)到毫秒級(jí)別；由兩個(gè)功率開關(guān)管V1，V2，一個(gè)快恢復(fù)二極管VD5和一個(gè)放電電阻R組成的充放電投切裝置，能實(shí)現(xiàn)快速充放電切換。微控制器根據(jù)充放電脈沖波形和采集到的電壓、電流信號(hào)，產(chǎn)生一系列控制脈沖去觸發(fā)雙向DC／DC模塊和充放電投切裝置。圖1為整個(gè)電路的原理圖。

2．1 脈沖／恒流／恒壓充電模式
在充電階段，首先充放電投切裝置動(dòng)作，關(guān)斷V2，開通V1，隨后DSP封鎖V4脈沖，給V3觸發(fā)信號(hào)，此時(shí)形成一個(gè)Buck電路對(duì)蓄電池充電，改變V3觸發(fā)信號(hào)的占空比即可實(shí)現(xiàn)對(duì)充電電流的精確控制；此時(shí)三相不控整流電路經(jīng)V1和Buck電路對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。在放電轉(zhuǎn)充電過(guò)程中，為防止在V2關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生過(guò)壓擊穿，在R兩端反并聯(lián)一個(gè)快恢復(fù)續(xù)流二極管VD5，如圖2所示。

充電模式下，給定Udc1，Udc2的控制值，則V1的占空比D1為：

式中：Ug1為交流電網(wǎng)線電壓有效值；n為變壓器變比；α為可控整流電路的觸發(fā)角。