智能鋰電池充電管理方案

4 反饋回路的設(shè)計

恒壓型式的反饋回路采用如圖4 所示的由運放和光耦構(gòu)成的形式。當輸出U0 升高，經(jīng)取樣電阻R7、R8、R10、VR1 分壓后，U1③腳電壓升高，當其超過U1②腳基準電壓后U1①腳輸出高電平，使Q1 導通，光耦OT1 發(fā)光二極管發(fā)光，光電三極管導通，UC3842①腳電位相應(yīng)變低，從而改變U1⑥腳輸出占空比減小，U0 降低。當輸出U0 降低時，U1③腳電壓降低，當其低過U1②腳基準電壓后U1①腳輸出低電平，Q1 不導通，光耦OT1發(fā)光二極管不發(fā)光， 光電三極管不導通，UC3842①腳電位升高，從而改變U1⑥腳輸出占空比增大，U0 降低。周而復始，從而使輸出電壓保持穩(wěn)定。調(diào)節(jié)VR1 可改變輸出電壓值。

恒流型式與上圖類似，通過繼電器切換運放③腳至電流反饋即可。

圖4 反饋回路原理圖

5 上位機軟件設(shè)計

鋰電池充電軟件主要由兩個獨立的軟件組成，即充電控制和充電數(shù)據(jù)處理分析軟件。充電控制軟件主要負責對鋰電池充電過程的全程監(jiān)測控制，并生成電池充電數(shù)據(jù)文件和記錄充電數(shù)據(jù);充電數(shù)據(jù)處理分析軟件主要實現(xiàn)充電數(shù)據(jù)的可視化顯示、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)分析的功能，同時根據(jù)用戶要求提供電池配組的功能[5]。

兩個主要系統(tǒng)軟件即充電控制和充電數(shù)據(jù)處理分析軟件由各自的功能模塊組成。其中，充電控制軟件包括充電過程編制、安全保護、過程事件日志、掉電保護恢復和數(shù)據(jù)備份管理等功能模塊，而充電數(shù)據(jù)處理分析軟件包括數(shù)據(jù)處理、圖形處理、動態(tài)曲線、數(shù)據(jù)導出和電池配組等功能模塊。

充電過程編制即通道自動充電過程編制，它是通道充電中最核心的部分。充電過程可由很多工作步驟組成，在每個工作步驟中可以定義不同的工作模式及工作參數(shù)，如恒流充電、恒壓充電等等。當然，充電步驟中還包括結(jié)束條件等參數(shù)。

安全保護是基于安全需要而采取的保護措施。對一個合理的、正常的充電過程，這些保護措施通常是沒有發(fā)揮作用的;但由于充電過程多數(shù)需要經(jīng)歷較長時間，這期間可能發(fā)生一些不可預期的事情(例如停電等)，而且，用戶也可能因為一時疏忽等原因設(shè)置了不合理主參數(shù)(例如結(jié)束條件不合理)，甚至于被測電池本身就有問題。

因此設(shè)置安全保護參數(shù)是必需的。充電中，一旦“安全保護”條件滿足，充電將被安全停止。用戶在排除異常因素后，仍然可以使用“續(xù)接啟動”功能恢復充電。

在電池充電過程中，任何時候出現(xiàn)供電系統(tǒng)停電或掉電，本充電系統(tǒng)均能對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行保護，保證現(xiàn)場數(shù)據(jù)不丟失，重新上電后，充電系統(tǒng)具備自恢復功能，能從上次掉電的地方無縫接續(xù)，繼續(xù)充電過程。

數(shù)據(jù)處理功能模塊主要實現(xiàn)以下功能：

1) 數(shù)據(jù)的各種查看操作：包括數(shù)據(jù)條目的顯示/隱藏、設(shè)置顯示循環(huán)范圍、各循環(huán)的折疊與展開、各過程的折疊與展開等操作;

2)數(shù)據(jù)復制至WINDOWS 剪切板：主要用于將已經(jīng)打開的某個數(shù)據(jù)文件的指定數(shù)據(jù)條目導出至EXCEL 或WORD 等工具軟件中，或作為文本格式(。TXT)存盤;

3) 查看工作信息：查看充電數(shù)據(jù)對應(yīng)的通道信息以及設(shè)置的充電過程等信息;

4) 查看充電事件：查看通道充電期間發(fā)生的意外事件(如掉電、安全停止等)或用戶的強制操作等(如強制跳轉(zhuǎn)、用戶停止);

5) 數(shù)據(jù)打印和打印預覽：通過打印機輸出數(shù)據(jù)。

6 實驗

按照圖1連接線路并接上電源，對1#電源和2#電源進行系統(tǒng)實驗。首先啟動管理系統(tǒng)，并啟動充放電裝置，同時通過上位機發(fā)送充電指令。試驗人員記錄充電實測電流(壓)。表1是1#電源和2#電源試驗數(shù)據(jù)記錄表格。

表1 試驗數(shù)據(jù)記錄

7 結(jié)語

通過試驗驗證，充放電裝置已達預計指標，電池管理系統(tǒng)工作正常，能達到既定的功能要求。

本文智能化鋰電池充電系統(tǒng)安全、可靠、抗干擾性強、有良好的人機交互功能;充放電裝置恒壓恒流精度高，工作可靠，自動化功能完善，并配置計算機運行軟件一套，使得本套系統(tǒng)具有高精度和完善的人機交互功能，操作人員只需要在計算機上發(fā)出指令就可以完成全部操作。