0 引言
蓄電池作為儲能電源已廣泛用于各個行業(yè)中,。蓄電池充電裝置大多采用兩級充電模式，同步采樣方法,，用不帶滯環(huán)的PI調(diào)節(jié)器進行PI調(diào)節(jié),。對于深度放電的蓄電池，為保證正常的使用壽命,，在一般的充電程序前必須增加涓流充電過程,。同步采樣方法存在開關(guān)管動作引起的電壓和電流尖峰，從而導(dǎo)致系統(tǒng)運行不穩(wěn)定。本裝置采用非同步采樣方法,，保證了電壓電流的采樣值更準確,，系統(tǒng)更加穩(wěn)定。為了減少蓄電池充放電系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時的噪聲,，提高動態(tài)響應(yīng),，引入滯環(huán)PI調(diào)節(jié)器，相對于不帶滯環(huán)的PI調(diào)節(jié)器,，控制過程相對更為簡單并且提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性,。本文以12V，100A·h鉛酸蓄電池為例,，介紹了全數(shù)字控制蓄電池充放電電路和控制方法,。
1 系統(tǒng)主電路
蓄電池充放電的Buck—Boost主電路和TMS320LF2407控制目標板示于圖1。該電路的電流可雙向流動：當(dāng)電流由Udc流向Uba時,，S1和D1輪番工作（S2和D2阻斷）,，蓄電池充電；當(dāng)電流由Uba流向Ude時,，S2和D2輪番工作（S1和D1阻斷）蓄電池放電,，此時Ude變成負載。用傳感器對Ude,、Uba和IL進行采樣送入DSP中,，進行AD轉(zhuǎn)換。當(dāng)程序判斷電路工作正常時送出電路啟動信號IOPB4,。在這之前電路則處于關(guān)閉的不工作狀態(tài),。
2 系統(tǒng)控制原理
2．1控制方法簡介
如圖1所示，由傳感器送來的Udc,、Uba和IL三路采樣信號經(jīng)過DSP內(nèi)部的AD模塊轉(zhuǎn)換,。通過比較Ude和Uba電壓的大小判斷電路工作于充電狀態(tài)還是放電狀態(tài),。當(dāng)Ude》Uba時,，電路工作于Buck（蓄電池充電）模式。根據(jù)Uba的大小判斷蓄電池工作于涓流充電,、恒流充電還是恒壓充電方式,。12V的蓄電池實際上是由6個單體蓄電池串聯(lián)而成，因此,，UbaL=1．75 V×6=10．5 V,；Uba_H=2．25×6=13．5V。當(dāng)蓄電池電壓過低,，低于Uba_l,，時，為了延長蓄電池壽命采用小電流對蓄電池充電，充電電流為,，ILL=O．0l C,。當(dāng)蓄電池電壓升高到UbaL時轉(zhuǎn)為恒流充電，充電電流為,，IL_H=O．1 C,。當(dāng)蓄電池電壓升高到Uba_H時（13．5V），轉(zhuǎn)為恒壓充電,，充電電壓為13．5V,，此時充電電流應(yīng)該繼續(xù)減小。這里對于12V,，100A．h的蓄電池來說,。C=100A。當(dāng)Udc《Uba時,，電路工作于Boost（蓄電池放電）模式,。
2．2 三級充電模式
傳統(tǒng)蓄電池大多采用兩級充電模式，這種充電模式對于深度放電的蓄電池來說（蓄電池單體電壓低于1．75V）是不夠的,。本裝置在恒流,、恒壓充電模式之前增加了涓流充電模式，如圖2所示,。涓流充電模式對深度放電的蓄電池來說是必不可少的,。
2.3 非同步采樣方法
同步采樣方法是在開關(guān)管開始工作時進行電壓、電流采樣,，因為開關(guān)管動作會引起電壓,、電流尖峰，采樣的數(shù)值就有很大偏差,，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定,，因此，采用非同步采樣方法控制精度更高,。如圖3所示,，本裝置的PWM開關(guān)頻率為20kHz，通過在周期中斷程序中延時5μs,，就可以避免開關(guān)管動作對采樣值產(chǎn)生影響,，實現(xiàn)非同步采樣。
2.4帶滯環(huán)的PI調(diào)節(jié)器
DC／DC變換器的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)目標不同,。動態(tài)時要求系統(tǒng)響應(yīng)快,，超調(diào)量小，此時要求調(diào)節(jié)器能有效控制系統(tǒng)振蕩,，快速進入穩(wěn)定狀態(tài),。穩(wěn)態(tài)時要求系統(tǒng)穩(wěn)定性好,，穩(wěn)定范圍寬。針對這兩種狀態(tài),，對蓄電池充放電的PI調(diào)節(jié)實行滯環(huán)調(diào)節(jié),。
式中：f［e（k）］為PI調(diào)節(jié)函數(shù)。
當(dāng)輸出誤差e（k）的絕對值比較小時,，采用滯環(huán)兩點控制,；當(dāng)e（k）在滯環(huán)外時（誤差的絕對值較大時）采用PI調(diào)節(jié)。這樣就可以既快速又平穩(wěn)地調(diào)節(jié)蓄電池充放電了,。
0 引言
蓄電池作為儲能電源已廣泛用于各個行業(yè)中,。蓄電池充電裝置大多采用兩級充電模式，同步采樣方法,，用不帶滯環(huán)的PI調(diào)節(jié)器進行PI調(diào)節(jié),。對于深度放電的蓄電池，為保證正常的使用壽命,，在一般的充電程序前必須增加涓流充電過程,。同步采樣方法存在開關(guān)管動作引起的電壓和電流尖峰，從而導(dǎo)致系統(tǒng)運行不穩(wěn)定,。本裝置采用非同步采樣方法,，保證了電壓電流的采樣值更準確，系統(tǒng)更加穩(wěn)定,。為了減少蓄電池充放電系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時的噪聲,，提高動態(tài)響應(yīng)，引入滯環(huán)PI調(diào)節(jié)器,，相對于不帶滯環(huán)的PI調(diào)節(jié)器,，控制過程相對更為簡單并且提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本文以12V,，100A·h鉛酸蓄電池為例,，介紹了全數(shù)字控制蓄電池充放電電路和控制方法。
1 系統(tǒng)主電路
蓄電池充放電的Buck—Boost主電路和TMS320LF2407控制目標板示于圖1,。該電路的電流可雙向流動：當(dāng)電流由Udc流向Uba時,，S1和D1輪番工作（S2和D2阻斷），蓄電池充電,；當(dāng)電流由Uba流向Ude時,，S2和D2輪番工作（S1和D1阻斷）蓄電池放電,，此時Ude變成負載,。用傳感器對Ude、Uba和IL進行采樣送入DSP中,，進行AD轉(zhuǎn)換,。當(dāng)程序判斷電路工作正常時送出電路啟動信號IOPB4,。在這之前電路則處于關(guān)閉的不工作狀態(tài)。
2 系統(tǒng)控制原理
2．1控制方法簡介
如圖1所示,，由傳感器送來的Udc,、Uba和IL三路采樣信號經(jīng)過DSP內(nèi)部的AD模塊轉(zhuǎn)換。通過比較Ude和Uba電壓的大小判斷電路工作于充電狀態(tài)還是放電狀態(tài),。當(dāng)Ude》Uba時,，電路工作于Buck（蓄電池充電）模式。根據(jù)Uba的大小判斷蓄電池工作于涓流充電,、恒流充電還是恒壓充電方式,。12V的蓄電池實際上是由6個單體蓄電池串聯(lián)而成，因此,，UbaL=1．75 V×6=10．5 V,；Uba_H=2．25×6=13．5V。當(dāng)蓄電池電壓過低,，低于Uba_l,，時，為了延長蓄電池壽命采用小電流對蓄電池充電,，充電電流為,，ILL=O．0l C。當(dāng)蓄電池電壓升高到UbaL時轉(zhuǎn)為恒流充電,，充電電流為,，IL_H=O．1 C。當(dāng)蓄電池電壓升高到Uba_H時（13．5V）,，轉(zhuǎn)為恒壓充電,，充電電壓為13．5V，此時充電電流應(yīng)該繼續(xù)減小,。這里對于12V,，100A．h的蓄電池來說。C=100A,。當(dāng)Udc《Uba時,，電路工作于Boost（蓄電池放電）模式。
2．2 三級充電模式
傳統(tǒng)蓄電池大多采用兩級充電模式,，這種充電模式對于深度放電的蓄電池來說（蓄電池單體電壓低于1．75V）是不夠的,。本裝置在恒流、恒壓充電模式之前增加了涓流充電模式,，如圖2所示,。涓流充電模式對深度放電的蓄電池來說是必不可少的。
2.3 非同步采樣方法
同步采樣方法是在開關(guān)管開始工作時進行電壓,、電流采樣,，因為開關(guān)管動作會引起電壓,、電流尖峰，采樣的數(shù)值就有很大偏差,，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定,，因此，采用非同步采樣方法控制精度更高,。如圖3所示,，本裝置的PWM開關(guān)頻率為20kHz，通過在周期中斷程序中延時5μs,，就可以避免開關(guān)管動作對采樣值產(chǎn)生影響,，實現(xiàn)非同步采樣。
2.4帶滯環(huán)的PI調(diào)節(jié)器
DC／DC變換器的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)目標不同,。動態(tài)時要求系統(tǒng)響應(yīng)快,，超調(diào)量小，此時要求調(diào)節(jié)器能有效控制系統(tǒng)振蕩,，快速進入穩(wěn)定狀態(tài),。穩(wěn)態(tài)時要求系統(tǒng)穩(wěn)定性好，穩(wěn)定范圍寬,。針對這兩種狀態(tài),，對蓄電池充放電的PI調(diào)節(jié)實行滯環(huán)調(diào)節(jié)。
式中：f［e（k）］為PI調(diào)節(jié)函數(shù),。
當(dāng)輸出誤差e（k）的絕對值比較小時,，采用滯環(huán)兩點控制；當(dāng)e（k）在滯環(huán)外時（誤差的絕對值較大時）采用PI調(diào)節(jié),。這樣就可以既快速又平穩(wěn)地調(diào)節(jié)蓄電池充放電了,。
3 軟件設(shè)計
采用DSP的通用定時器T1、T2分別產(chǎn)生PWM,，,、PWM2輸出，控制S1,、S2的開通和關(guān)斷,，選擇連續(xù)增計數(shù)模式，產(chǎn)生PWM步驟如下：
1）根據(jù)載波周期設(shè)置TxPR,；
2）設(shè)置TxCON寄存器以確定計數(shù)模式和時鐘源,，并啟動PWM輸出操作；
3）將對應(yīng)于PWM脈沖的在線計算寬度（占空比）的值加載到TxCMPR寄存器中,。
控制主程序通過比較電路兩端電壓Uba和Uda大小來判斷蓄電池的工作方式,。圖4是蓄電池充電程序流程圖，通過比較蓄電池電壓的大小來選擇充電模式,。每種充電模式都包含一個滯環(huán)PI調(diào)節(jié),。圖5是蓄電池放電程序流程圖,。圖6是系統(tǒng)中斷程序流程圖,，當(dāng)處于蓄電池充電模式時x=1,，程序返回重新比較蓄電池電壓，判斷充電方式,，處于放電模式時x=2,，程序返回重新進行PI調(diào)節(jié)。
4 試驗結(jié)果
采用圖1的Buc-k．Boost電路,，用DSPTMS320LF2407來控制的蓄電池充放電裝置,，采用20kHz的采樣頻率。如圖7所示,，分別為蓄電池工作于涓流充電,、恒流充電、恒壓充電和放電的電壓,、電流波形,。
5 結(jié)語
采用電流雙向流動的Buck-Boost電路和16位DSP實現(xiàn)蓄電池充放電功能，增加了蓄電池脈沖充電模式,，采用非同步采樣法,，運用滯環(huán)PI調(diào)節(jié)，延長了蓄電池壽命,，提高了系統(tǒng)的控制精度和穩(wěn)定度,，提高了蓄電池的充電和供電質(zhì)量。