《蓄電池充電控制方法》是中國北車集團大連機車車輛有限公司於2008年6月30日申請的專利，該專利的申請號為2008100120756，申請公布號為CN101621212，公布日為2010年1月6日，發明人是蔡志偉、高洪光、韓樹明、李新。該發明屬於蓄電池充電技術領域。
《蓄電池充電控制方法》分別對輸出電流誤差信號和輸出電壓誤差信號進行PI調節運算，得出脈衝寬度控制信號PW1和PW2；將PW1和PW2進行比較，按其中較小的數值控制充電裝置開關管的開通寬度。採用了輸出電壓和輸出電流兩個獨立的閉環，交替控制充電裝置的輸出，大大提高了在恆壓控制區的輸出電壓精度及限流控制區的輸出電壓和電流穩定度。
2013年10月，《蓄電池充電控制方法》獲得第十五屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《蓄電池充電控制方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：蓄電池充電控制方法
- 類別：發明專利
- 公布號：CN101621212
- 公布日：2010年1月6日
- 申請號：2008100120756
- 申請日：2008年6月30日
- 申請人：中國北車集團大連機車車輛有限公司
- 地址：遼寧省大連市沙河口區中長街51號
- 發明人：蔡志偉、高洪光、韓樹明、李新
- 分類號：H02J7/04（2006.01）I、G05B19/04（2006.01）I
- 專利代理機構：大連非凡專利事務所
- 代理人：閃紅霞
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
截至2008年6月，人們一直採用恆流法或恆壓法來對蓄電池充電。而這兩種方法與蓄電池的充電特性曲線嚴重不符，所以經常造成蓄電池的損壞。圖1給出了鉛酸蓄電池的充電特性曲線，I線代表蓄電池在充電過程中不同時刻受電能力的電流變化曲線，V線代表蓄電池充電過程中各時刻能接受的最高安全電壓，也是設計充電器的恆壓輸出線，C線代表蓄電池充電過程中容量隨時間的增加表現的恢復曲線。從I曲線上可清楚看到，充電過程中蓄電池在不同時刻的電流接受能力。顯然，在時間軸上，蓄電池電流接受曲線I是一條變化很大的非線性曲線，各個時刻蓄電池的電流接受能力是完全不同的，那么該曲線上哪一時刻的電流用作蓄電池恆流充電，能使蓄電池既安全，又能在人們可接受的有限時間上將蓄電池充滿，無論怎么看，包括恆流充電法改進後的有限次數的分段恆流法在內，都是難以實現的。更加困難的是，電池每次使用的放電深度是不一樣的，環境溫度都不一樣，新舊程度也不一樣，如果每次充電都用同樣的電流和時間去充，造成的電池損害是不可逆轉的。再看恆壓充電法，從V線上我們看到充電器的輸出電壓，始終是在充電器設計者認為蓄電池安全受電的最高允許電壓上，低於這個電壓，將無法使蓄電池充滿。但是這個電壓並不真的安全。因為在充電過程中，單體鉛酸蓄電池的輸出電壓比電池自身實時的電壓要高出100毫伏，通過蓄電池的輸出電流比蓄電池的最大安全受電電流要增大10倍以上。而充電前蓄電池一般都是在放完電後，這時的蓄電池肯定是處在最低的電壓上。如單體鉛酸蓄電池，放電後一般為1.8～2.0伏，而此時充電裝置的輸出電壓如果是恆定在2.25～2.4伏，那與蓄電池電壓的差就已遠遠大於100毫伏。這樣的恆壓充電，通過蓄電池的輸出電流將是蓄電池最大安全電流的幾十倍，如果充電器的輸出功率與容量足夠大的話，必定會造成蓄電池的損壞，如果充電器的容量不夠，那就必定會造成充電器的過載燒毀。如不及時關斷充電電源，極易造成蓄電池的損壞。至此，我們可以看出，造成鉛酸蓄電池使用中出現早期性能下降和損失容量的重要原因，大多是傳統蓄電池充電技術落後與過程控制不力所致。
隨著技術的不斷發展，人們試圖控制充電裝置按照接近充電特性曲線的方式來充電。一種比較好的充電裝置方案是採用H橋逆變、高頻變壓器隔離技術，這種方案效率高、能耗低、功率因數高、輸出精度高，有輸出電流限制，輸出特性曲線如圖2所示。其額定輸出電流為55安，當輸出電流大於55安時，按特性曲線進行電壓限制，當輸出電流為60安時，輸出電壓變為0伏。充電裝置輸出電壓控制系統是個雙閉環控制系統，如圖3所示，外電壓控制環起主要作用，內電流控制環起輔助作用。在特性曲線的恆壓階段，輸出電壓的反饋值與基準電壓比較，經PI調節，生成一個電流參考值，然後與電流反饋值進行比較，最終確定一個輸出波形，送到PWM發生器中，產生IGBT的門極控制信號；在限流階段，過程同恆壓階段，只是在電壓比較器處多比較了一個“輸出電壓降低值”的參數，這個參數值將根據特性曲線確定，使電壓的參考值降低，進而實現了限流控制。
採用這種控制方法的優點是根據輸出電流來調整給定電壓，實現了恆壓及限流控制，有效的實現了輸出電流限制、快速的過流保護。但還存在兩方面的不足，一是在恆壓控制階段，加入了電流閉環，這樣雖然起到了快速過流保護的作用，但是，在輸出電流小於55安情況下，電流閉環也參與了110伏的恆壓控制，輸出電流反饋的變化會影響輸出電壓的調整，使輸出電壓的精度受到影響；二是在限流控制階段，根據輸出特性曲線，輸出電流55安對應輸出電壓110伏，輸出電流60安對應輸出電壓0伏，在此區間，輸出電流每變化1安，會使輸出電壓有22伏的變化，輸出電流的變化直接影響到給定電壓的快速變化，使得在此區間電壓和電流一直處於動態的調整狀態，輸出電壓和輸出電流的穩定度不好。
發明內容
專利目的
《蓄電池充電控制方法》的目的在於克服上述2008年6月以前蓄電池充電技術之不足，提供一種安全可靠、控制精確、穩定的蓄電池充電控制方法。
技術方案
《蓄電池充電控制方法》採取以下步驟：
（1）採集充電裝置的輸出電流信號和輸出電壓信號；
（2）向控制系統發出輸出電流給定值和輸出電壓給定值；
（3）斜坡處理輸出電流給定值和輸出電壓給定值，得出輸出電流斜坡給定值和輸出電壓斜坡給定值；
（4）輸出電流斜坡給定值與輸出電流信號值相比較，得出輸出電流誤差信號，輸出電壓斜坡給定值與輸出電壓信號值相比較，得出輸出電壓誤差信號；
（5）對輸出電流誤差信號進行PI調節運算，得出脈衝寬度控制信號PW1，對輸出電壓誤差信號進行PI運算，得出脈衝寬度控制信號PW2；
（6）將PW1和PW2進行比較，按其中較小的數值控制充電裝置開關管的開通寬度。
（7）返回步驟（1）。
改善效果
《蓄電池充電控制方法》採用了輸出電壓和輸出電流兩個獨立的閉環，交替控制充電裝置的輸出，大大提高了在恆壓控制區的輸出電壓精度及限流控制區的輸出電壓和電流穩定度。
附圖說明
圖1為鉛酸蓄電池的充電特性曲線。
圖2為H橋逆變、高頻變壓器隔離充電裝置的輸出特性曲線。
圖3為採用H橋逆變、高頻變壓器隔離技術的充電裝置的雙閉環控制原理框圖。
圖4為《蓄電池充電控制方法》實施例的充電裝置的電路原理框圖。
圖5為該發明實施例的主程式流程框圖。
圖6為該發明實施例的恆壓及限流控制子程式流程框圖。
權利要求
1.一種蓄電池充電控制方法，其所套用的充電裝置的主電路由輸入逆變電路、隔離變壓器、輸出整流電路構成，微機控制系統對數據採集電路採集的電流、電壓信號進行分析處理，輸出PWM控制信號，調節逆變輸入電路開關管的導通脈寬，其特徵在於採取下列步驟：
（1）採集充電裝置的輸出電流信號和輸出電壓信號；
（2）向控制系統發出輸出電流給定值和輸出電壓給定值；
（3）斜坡處理輸出電流給定值和輸出電壓給定值，得出輸出電流斜坡給定值和輸出電壓斜坡給定值；
（4）輸出電流斜坡給定值與輸出電流信號值相比較，得出輸出電流誤差信號，輸出電壓斜坡給定值與輸出電壓信號值相比較，得出輸出電壓誤差信號；
（5）對輸出電流誤差信號進行PI調節運算，得出脈衝寬度控制信號PW1，對輸出電壓誤差信號進行PI運算，得出脈衝寬度控制信號PW2；
（6）將PW1和PW2進行比較，按其中較小的數值控制逆變輸入電路開關管的開通寬度；
（7）返回步驟（1）。
實施方式
參看圖4，實現《蓄電池充電控制方法》的充電裝置的主電路主要由輸入逆變電路、隔離變壓器、輸出整流電路構成，微機控制系統對數據採集電路測取的電流、電壓信號進行分析處理，輸出PWM控制信號，調節逆變輸入電路開關管的導通脈寬。
參看圖5和圖6說明該發明實施例的控制方法步驟。控制程式從框1開始，進入框2，對系統進行初始化，對暫存器及變數的配置進行賦值初始化。然後進入框3，採集感測器信號和開關信號。進入判斷框4，判斷啟動開關是否閉合：如果否，就返回；如果是，就向下，進入判斷框5。在判斷框5判斷輸入電壓是否大於下限：如果否，就返回；如果是，就向下進入框6。在框6給中間迴路充電。然後進入判斷框7，看此充電是否完成：如果否，就返回框6；如果是，就向下進入框8，調用恆壓及限流控制子程式。恆壓及限流控制子程式從框8.1入口，然後進入框8.2，裝載輸出電壓給定值及輸出電流給定值。然後進入框8.3，對上述給定值進行斜坡處理，得出輸出電壓斜坡給定值及輸出電流斜坡給定值。然後進入框8.4，分別計算電壓反饋值與電壓斜坡給定值的差以及電流反饋值與輸出電流斜坡給定值的差。然後進入框8.5，分別對這兩個差值進行PI調節運算，得出脈寬調節值PW1和PW2。然後進入判斷框8.6，比較PW1和PW2：如果PW1＜PW2，則進入框8.7，令門極脈衝寬度PW＝PW1；如果PW1≮PW2，則進入框8.10，令門極脈衝寬度PW＝PW2。然後進入框8.8，進行PWM輸出。恆壓及限流控制子程式在框8.9結束，返回主程式的框3。
榮譽表彰
2013年10月，《蓄電池充電控制方法》獲得第十五屆中國專利優秀獎。
