基于DSP脈沖精確控制的蓄電池充放電裝置

脈沖充放電的脈沖幅值和寬度可以是固定值，也可以是蓄電池電壓及溫度的函數(shù)。這些脈沖幅值、寬度及函數(shù)關(guān)系式中的系數(shù)可通過(guò)串行通信接口RS232傳入微控制器。與微控制器通信的設(shè)備可以是任意一臺(tái)可進(jìn)行RS232通信的電腦，也可以編寫(xiě)專(zhuān)門(mén)的后臺(tái)軟件來(lái)控制裝置。
3．2 脈沖幅值控制
這里對(duì)短時(shí)間脈沖提出由代數(shù)運(yùn)算獲得蓄電池充放電電流給定值的滯環(huán)控制方法。使控制器對(duì)持續(xù)時(shí)間較短的充放電脈沖做出快速調(diào)節(jié)，保證短時(shí)間恒流充放電的電流穩(wěn)定。其控制框圖如圖6所示。

首先根據(jù)式(1)確定占空比理論值為D0，實(shí)驗(yàn)所用樣機(jī)充電模式下，Udc2參考值7 V，DC／DC變換電路高壓側(cè)直流電壓為67 V，則可算出V1的初始占空比D01=0．1；按照放電功率為10 kW設(shè)計(jì)負(fù)載，編織電阻，風(fēng)冷，使用IGBT進(jìn)行投切，若Udc=65 V，I=150 A，則R=0．6 Ω，IGBT應(yīng)使用200 A，則可算出此時(shí)V2的初始占空比D02=0．658。
將D01，D02作為V1，V2的占空比初始值，進(jìn)行第一個(gè)開(kāi)關(guān)周期的PWM控制，將反饋得到的電流誤差△ein輸入滯環(huán)模塊，若△ein1％io. ref則PI控制進(jìn)行微調(diào)；若△eio>1％io.ref，則根據(jù)△eio直接計(jì)算D的變化量，累加到該開(kāi)關(guān)周期的D上，達(dá)到快速調(diào)節(jié)D的目的．使io盡可能快地穩(wěn)定在額定值并重置Dref，一旦△eio1％io.ref，即進(jìn)入PI控制，利用當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期的Dref作為控制初始值。
當(dāng)Buck／Boost變換器蓄電池側(cè)充放電電流進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)，即io=io.ref，uo=uo.ref，即iC=iL-io(充電)或iC=io-iL(放電)，見(jiàn)圖2，3所示，電容電壓維持不變；必須要求控制器根據(jù)io，io.ref的大小關(guān)系給D的變化量一個(gè)合適的值，取D=K(io-io.ref)。
在Buck電路中，K=1，若ioio.ref，應(yīng)使ic=iL-io0，對(duì)電容放電，即使電容電壓降低，D減小；當(dāng)io>io.ref時(shí)，需要D增加，取D=io-io.ref即可滿足要求。
在Boost電路中，K=-1。若ioio.ref，應(yīng)使iC=-iL+io>0，對(duì)電容充電，即使電容電壓升高，D增大；當(dāng)io>io.ref時(shí)，需D減小，取D=-(io-io.ref)即可滿足要求。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
研制出一臺(tái)容量為20 kVA的蓄電池脈沖充放電裝置。具備恒流充電電流1 000 A，脈沖充電電流500 A，脈沖放電電流1 500 A的能力。其中，實(shí)驗(yàn)主電路參數(shù)：變壓器變比8：1，容量20 kVA，三相初級(jí)線電壓380 V，初級(jí)電流35A，DC／DC變換電路中C1=1 560μF；C2=275μF；L=1μH，開(kāi)關(guān)頻率fs=10 kHz。圖7a示出充放電過(guò)程中蓄電池端電流波形，圖7b示出一個(gè)持續(xù)時(shí)間為0．02 s的放電脈沖電流波形。由圖可見(jiàn)，所采用的改進(jìn)PI控電流輸出，充放電電流平均值誤差在0．5％～1％，放電脈沖紋波1％，充電脈沖紋波5％，充電脈沖紋波較大是由于樣機(jī)充電電流輸出側(cè)未加入大電容濾波造成的，但并不影響整機(jī)的充電性能。

5 結(jié)論
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，提出了一種改進(jìn)PI控制算法，使充電電流盡快穩(wěn)定在參考值附近。對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了實(shí)際充放電脈沖發(fā)生實(shí)驗(yàn)，測(cè)試了相關(guān)數(shù)據(jù)和波形，結(jié)果表明該蓄電池充放電裝置工作正常，性能優(yōu)異。