基于DSP脈沖精確控制的蓄電池充放電裝置

摘要：隨著對蓄電池脈沖快速充放電研究的深入，對精確脈沖發(fā)生裝置及控制算法的研究顯得越來越重要。提出一種基于DSP的蓄電池充放電脈沖發(fā)生電路，可對充放電脈沖的發(fā)生時間、幅值和寬度進行精確控制。并針對短時間脈沖的控制需要，提出一種改進型PI控制算法，可使充電電流盡快穩(wěn)定在參考值附近。在此基礎上研制了一臺基于TMS28336型DSP，容量為20 kVA的脈沖充放電裝置，并對其進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)生實驗，結果驗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99．5％，紋波誤差為1％。
關鍵詞：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越重要，這也極大地推動了智能快速充電技術的發(fā)展。在蓄電池的快速化成和快速充電領域，未來主要的發(fā)展方向是脈沖充電電源，用反向電流短時間放電的方法消除極化，這樣就可以保證不產生大量氣體，又不發(fā)熱，大大縮短充電時間。目前有采用高頻開關電源構成充電電源來進行脈沖充放電，也有采用蓄電池正負極并聯放電電阻并設計相應開關控制電路來實現脈沖充放電。但前者造價很高，難以實現大功率輸出；后者放電控制電路復雜且無法實現放電電流的任意調節(jié)。
此處提出一種基于TMS28336型DSP的蓄電池充放電裝置，既能對蓄電池進行恒流充放電，又能對蓄電池進行脈沖充放電，并可準確、快速地調節(jié)脈沖特性，即對充放電脈沖的幅值和寬度都可精確控制。通過對一臺樣機進行實驗，驗證了該充放電系統(tǒng)的可行性及控制策略的優(yōu)越性。

2 系統(tǒng)結構及其工作原理
此處研究的蓄電池脈沖充電電源裝置，包括由IGBT構成的三相全橋結構的雙向換流器，采用脈寬調制(PWM)方式。當其工作在整流模式時，將取自交流電網的380 V三相電整流為100 V直流電；當工作在逆變模式時，將取自直流母線上的100 V直流電逆變?yōu)榕c電網電壓同頻、同相、同幅的三相電，并饋入電網。能實現直流升降壓功能的雙向DC／DC電路，在充放電切換時都是功率半導體器件進行動作，對充放電脈沖的時間控制精度能達到毫秒級別；由兩個功率開關管V1，V2，一個快恢復二極管VD5和一個放電電阻R組成的充放電投切裝置，能實現快速充放電切換。微控制器根據充放電脈沖波形和采集到的電壓、電流信號，產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作，關斷V2，開通V1，隨后DSP封鎖V4脈沖，給V3觸發(fā)信號，此時形成一個Buck電路對蓄電池充電，改變V3觸發(fā)信號的占空比即可實現對充電電流的精確控制；此時三相不控整流電路經V1和Buck電路對蓄電池進行充電。在放電轉充電過程中，為防止在V2關斷時產生過壓擊穿，在R兩端反并聯一個快恢復續(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。