數(shù)字化智能充電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

楊帆

摘要：本文在分析中國(guó)和國(guó)外快速充電技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，結(jié)合生活和生產(chǎn)需要，研制了一種智能數(shù)字充電系統(tǒng)，所有電池規(guī)格均可充電。

首先介紹了系統(tǒng)的工作原理，討論了充電原理和負(fù)載控制技術(shù)，并對(duì)電池負(fù)載控制和電壓控制提出了廣泛的建議。其次，詳細(xì)討論系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，控制開(kāi)關(guān)將著重于調(diào)整性能因數(shù)的技術(shù)和兩個(gè)晶體管的正引擎的實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)數(shù)字化管理系統(tǒng)，討論了電磁兼容系統(tǒng)，最后介紹了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，并介紹了牽引力控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的實(shí)際壓碎情況，采用數(shù)字濾波和滑塊算法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了精確檢測(cè)，系統(tǒng)與數(shù)字電池之間的信息傳輸是通過(guò)SMBus的丟失來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)，可以說(shuō)該系統(tǒng)在加載過(guò)程中是有效可靠的，能夠適應(yīng)惡劣的環(huán)境，系統(tǒng)運(yùn)行良好，滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。

關(guān)鍵詞：模糊算法;滑動(dòng)窗口算法;模糊控制器;雙管正電路

1 緒?論

1.1課題研究的目的和意義

電源技術(shù)是所有電氣設(shè)備的基礎(chǔ)技術(shù)。其水平直接影響到所有的電力性能，電力性能參數(shù)應(yīng)包括性能參數(shù)、應(yīng)力參數(shù)、聲學(xué)參數(shù)和載荷參數(shù)。性能和可靠性指標(biāo)，如體積，同樣的參數(shù)可以得到重量、強(qiáng)度和噪聲，因此，性能優(yōu)良的系統(tǒng)不僅要滿(mǎn)足特性參數(shù)的要求，還要對(duì)具體指標(biāo)提出要求。

通信設(shè)備電源系統(tǒng)存在以下技術(shù)問(wèn)題：故障率高，維護(hù)困難，經(jīng)常影響正常進(jìn)行;同一電池在我國(guó)的合理性低，充電器適應(yīng)能力不足，培訓(xùn)不足，大容量、大容?量、低性能不符合現(xiàn)代設(shè)備的要求;沒(méi)有新一代“數(shù)字電池”充電功能。

鑒于這些缺點(diǎn)，用戶(hù)多年來(lái)一直在尋找新的高性能系統(tǒng)，以滿(mǎn)足國(guó)防工業(yè)和專(zhuān)業(yè)部門(mén)的需要。

2 總體方案設(shè)計(jì)

根據(jù)我們的要求，充電系統(tǒng)不僅可以為鋰離子電池、鎳鎘電池和銀電池充電，還可以直接為電視臺(tái)供電，并具有特殊的保護(hù)功能，還可以識(shí)別數(shù)字電池，例如，鋰離子充電為7.2v/2ah，如果25.2v/4ah將不同規(guī)格的所有功能組合在一起，則26個(gè)充電器有不同的工作模式，其中一些必須由控制面板打開(kāi)，有些必須適應(yīng)和轉(zhuǎn)換，面板必須顯示電源、充電和斷電后故障類(lèi)型的不同信息。

一般的開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)電源，首先修正輸入220V的交流電流，用濾波器電容器決定約300V的直流電源，進(jìn)行直流轉(zhuǎn)換。因?yàn)镻FC增加了直升飛機(jī)的開(kāi)關(guān)電路，電源的容許輸入電壓范圍通常達(dá)到90-270v，提高了電源的適應(yīng)性，同時(shí)因?yàn)橹鄙w機(jī)的電路有穩(wěn)定壓力的功能，所以直流的輸出電壓穩(wěn)定，隨后的直流電路的控制有助于提高精度和效率。

3 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的切換網(wǎng)絡(luò)的電源有著致命的弱點(diǎn)。功率因數(shù)低，通常為0.45-0.75，其無(wú)效成分基本溶解度高，其中第三次諧波的振幅約為95%，第五次諧波的振幅為基本寬度的70%。應(yīng)該實(shí)際使用，那個(gè)無(wú)效成分的寬度是基本寬度的70%左右。第七次諧波的振幅約為基本振幅的45%，上振動(dòng)對(duì)電網(wǎng)有害。此外，電力設(shè)備的輸入端子的功率因數(shù)也有所下降，關(guān)于架空振動(dòng)造成的損害，自1992年以來(lái)，國(guó)際上通過(guò)了限制架空振動(dòng)的立法，以前的開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的電力供給也被列入了限制名單。

在一般的交換網(wǎng)絡(luò)電源中，首先修正輸入的220V的交流電，根據(jù)濾波器容量決定約300V的直流功率并進(jìn)行直流轉(zhuǎn)換，利用濾波器容量使輸出電壓平滑，但是電流成為不連續(xù)的脈沖，所以該電源功率因數(shù)較低諧波多，輸電網(wǎng)污染大，入口端的小波動(dòng)引起出口大混亂。直流輸出的直流電壓發(fā)生了很大變化，變化量在后期傳遞，影響了輸出電壓，PWM控制器接收到采樣電路的信號(hào)后，調(diào)整了脈沖寬度輸出，當(dāng)時(shí)PWM控制器的反應(yīng)明顯落后。輸出產(chǎn)生大的峰值干擾，修正后加入PFC電路，使輸入流波形正弦波與電壓波形同步，提高輸入功率率，降低輸入諧波功率，降低對(duì)電力網(wǎng)的電源干擾，滿(mǎn)足當(dāng)前的諧波限值。

一般情況下，在導(dǎo)通期間，變壓器在一個(gè)方向上產(chǎn)生的磁電流通過(guò)一個(gè)管，該管在變壓器磁場(chǎng)中儲(chǔ)存能量并產(chǎn)生反饋能量，當(dāng)變壓器停止工作時(shí)，這是二極管產(chǎn)生的一種對(duì)比磁力，請(qǐng)回到電源線(xiàn)上。二極管D線(xiàn)、Q、Q上的電壓，當(dāng)反饋電壓被限制為vs.值時(shí)，反饋電壓幾乎等于原始正向電壓，因此存儲(chǔ)能量的反饋時(shí)間幾乎等于關(guān)閉前的開(kāi)啟時(shí)間。為了可靠性，一次的時(shí)間也不到50%Q和Q的時(shí)候關(guān)閉時(shí)，二次開(kāi)發(fā)電壓反轉(zhuǎn)，直流二極管DS OFF，用L6根線(xiàn)的光連接到連續(xù)電路的話(huà)，L兩端電壓成為負(fù)載鉗位電壓v，連續(xù)流量逐漸減少。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本部分將介紹數(shù)字智能充電系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。首先，介紹軟件的整體設(shè)計(jì)。SMBus的通信程序和系統(tǒng)采用的軟件抗干擾對(duì)策。

根據(jù)輸入的信息，主程序決定具體的動(dòng)作狀態(tài)，啟動(dòng)子程序。主程序的流程如下：系統(tǒng)啟動(dòng)初始化后，程序首先讀取x 5043的E 2 PROM的參數(shù)，向程序中不同的控制量分配值。然后進(jìn)入待機(jī)模式，等待鍵盤(pán)輸入。程序輸入后，根據(jù)輸入信息進(jìn)入各自的動(dòng)作狀態(tài)，調(diào)用子程序。程序在運(yùn)行中總是接收各種測(cè)試值，并根據(jù)測(cè)試值調(diào)整動(dòng)工作狀態(tài)。

智能充電的核心科技是模糊控制器，它的設(shè)計(jì)需要解決以下幾方面的問(wèn)題：選取模糊控制器的結(jié)構(gòu)、精確量模糊化、模糊控制器的算法設(shè)計(jì)和模糊量精確化。

設(shè)計(jì)模糊控制器時(shí)，不需要針對(duì)被控制過(guò)程建立正確的數(shù)學(xué)模型，需要在控制規(guī)則中記述模糊模型，制作模糊模型的方法有很多。模糊論證的綜合法等，如果在人工控制過(guò)程中可以直接利用操作者的控制能力處理模糊信息，則可以吸收人腦在復(fù)雜的被控制對(duì)象識(shí)別和評(píng)價(jià)中的特性，利用模糊數(shù)量的關(guān)系系統(tǒng)的清晰化。模糊控制裝置的設(shè)計(jì)過(guò)程被簡(jiǎn)化，并且使用該方法構(gòu)建了充電系統(tǒng)的模糊控制裝置。

鋰電池具有恒定電流和恒定壓力電流。恒定電流充電時(shí)，持續(xù)識(shí)別電池端電壓。當(dāng)電池電壓達(dá)到飽和電壓時(shí)，恒定電流充電狀態(tài)結(jié)束，自動(dòng)轉(zhuǎn)換為恒定電流充電狀態(tài)，恒定電流充電時(shí)，系統(tǒng)不斷識(shí)別充電電流。鋰離子電池的內(nèi)部電阻隨著充電過(guò)程的增加而增大，充電時(shí)的電流也會(huì)增加。當(dāng)發(fā)現(xiàn)充電電流降低到恒定電流充電的1/10時(shí)，假設(shè)電池已充電，進(jìn)入充電狀態(tài)，用單處理器的充電計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)。充電。電池最長(zhǎng)充電時(shí)間后仍處于一定電流或電壓放電狀態(tài)時(shí)，充電器處于浮充的保存狀態(tài)。同樣，充電時(shí)電池溫度超過(guò)45（176℃）時(shí)，充電器處于充電狀態(tài)，之后的兩種控制方法可以保證鋰電池的安全充電。這種復(fù)雜的控制方法已經(jīng)被反復(fù)測(cè)試以確認(rèn)其控制方法是安全的而且可靠。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)分析

基于設(shè)計(jì)要求確定數(shù)字智能充電系統(tǒng)的技術(shù)方案，主動(dòng)輸入功率率校正提高輸入功率率，主開(kāi)關(guān)取代雙正開(kāi)關(guān)?？刂泼姘逡訶C 164微處理器為中心，設(shè)計(jì)了安全可靠的銀鎘、導(dǎo)電氫和鋰離子電池殼的快速充電系統(tǒng)。

數(shù)字化智能充電系統(tǒng)的研究工作主要是遵循以下兩個(gè)思路進(jìn)行：

確保高可靠性、高功能充電電源的計(jì)劃：本論文詳細(xì)研究了主動(dòng)功率因數(shù)修正（APFC）技術(shù)，在分析了雙管正激勵(lì)電路的特征后，設(shè)計(jì)了高功率率、高可靠性的充電電源。為實(shí)現(xiàn)充電性能提供良好的基礎(chǔ)。

通過(guò)對(duì)蓄電池充電特性的分析，提出了一種智能充電方法，是保證商品質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，在前人充電理論的基礎(chǔ)上，改進(jìn)了不清晰信息的處理和不清晰負(fù)載的控制。該系統(tǒng)以XC64微處理器為核心，對(duì)不同型號(hào)、多標(biāo)準(zhǔn)電池進(jìn)行智能充電控制，通過(guò)SMBus微處理器和數(shù)字電池提高了系統(tǒng)的智能性，并處于宏處理器的前沿，代表了系統(tǒng)的先進(jìn)性。系統(tǒng)將滑動(dòng)窗口技術(shù)應(yīng)用于信號(hào)檢測(cè)，解決充電過(guò)程中的負(fù)增量識(shí)別問(wèn)題，將模糊控制技術(shù)應(yīng)用于充電控制，實(shí)現(xiàn)充電過(guò)程的優(yōu)化調(diào)整，多應(yīng)用于先進(jìn)技術(shù)，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

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（作者單位：河北科技學(xué)院）