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。這些脈沖幅值、寬度及函數關(guān)系式中的系數可通過(guò)串行通信接口RS232傳入微控制器。與微控制器通信的設備可以是任意一臺可進(jìn)行RS232通信的電腦，也可以編寫(xiě)專(zhuān)門(mén)的后臺軟件來(lái)控制裝置。
3．2 脈沖幅值控制
這里對短時(shí)間脈沖提出由代數運算獲得蓄電池充放電電流給定值的滯環(huán)控制方法。使控制器對持續時(shí)間較短的充放電脈沖做出快速調節，保證短時(shí)間恒流充放電的電流穩定。其控制框圖如圖6所示。

首先根據式(1)確定占空比理論值為D0，實(shí)驗所用樣機充電模式下，Udc2參考值7 V，DC／DC變換電路高壓側直流電壓為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設計負載，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；若△eio>1％io.ref，則根據△eio直接計算D的變化量，累加到該開(kāi)關(guān)周期的D上，達到快速調節D的目的．使io盡可能快地穩定在額定值并重置Dref，一旦△eio1％io.ref，即進(jìn)入PI控制，利用當前開(kāi)關(guān)周期的Dref作為控制初始值。
當Buck／Boost變換器蓄電池側充放電電流進(jìn)入穩態(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，應使ic=iL-io0，對電容放電，即使電容電壓降低，D減??；當io>io.ref時(shí)，需要D增加，取D=io-io.ref即可滿(mǎn)足要求。
在Boost電路中，K=-1。若ioio.ref，應使iC=-iL+io>0，對電容充電，即使電容電壓升高，D增大；當io>io.ref時(shí)，需D減小，取D=-(io-io.ref)即可滿(mǎn)足要求。

4 實(shí)驗結果
研制出一臺容量為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)驗主電路參數：變壓器變比8：1，容量20 kVA，三相初級線(xiàn)電壓380 V，初級電流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充電電流輸出側未加入大電容濾波造成的，但并不影響整機的充電性能。

5 結論
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(shí)間、幅值和寬度進(jìn)行精確控制。并針對短時(shí)間脈沖的控制需要，提出了一種改進(jìn)PI控制算法，使充電電流盡快穩定在參考值附近。對樣機進(jìn)行了實(shí)際充放電脈沖發(fā)生實(shí)驗，測試了相關(guān)數據和波形，結果表明該蓄電池充放電裝置工作正常，性能優(yōu)異。