一種新型的蓄電池充放電綜合控制設(shè)備

由于軍事應(yīng)用中一些不斷電設(shè)備耗能較大，因而普遍采用串連電池組的模式避免過高的電流。串連電池組的充放電與單一電池的充放電有所不同，電池組內(nèi)不同電池的差異如果不被重視就會造成電池組使用效率降低，減少蓄電池的使用壽命；考慮軍用設(shè)備的應(yīng)用環(huán)境的特殊要求，目前市場上還沒有一種可以滿足這些需求的綜合充放電控制設(shè)備，因而這里設(shè)計(jì)一種可以很好滿足這些需求的新型蓄電池充放電綜合控制設(shè)備。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

該蓄電池充放電綜合控制設(shè)備以MC68HC908SR12單片機(jī)為控制核心，采用FPGA輔助控制設(shè)計(jì)。主要包括電源電路、恒流恒壓充電控制單元、平衡放電控制單元、中央控制單元、FPGA輔助控制單元、溫度檢測電路、人機(jī)接口電路等。蓄電池充放電綜合控制設(shè)備主要針對軍事應(yīng)用中一些不斷電設(shè)備耗能較大，普遍采用蓄電池串聯(lián)供電的情況設(shè)計(jì)的。在設(shè)計(jì)過程中著重考慮蓄電池的平衡特性，以提高串聯(lián)蓄電池供電組的工作效率、延長其使用壽命。圖1是其系統(tǒng)框圖。

2 硬件設(shè)計(jì)

下面對充放電綜合控制設(shè)備的硬件設(shè)計(jì)過程進(jìn)行概述說明。

2.1 電源電路

使用開關(guān)現(xiàn)代電子技術(shù)作為充電器的供電設(shè)備。開關(guān)電源采用脈沖調(diào)制方式PWM(Pulse Width Modulation)和MOSFET，BTS，IGBT等電子器件進(jìn)行設(shè)計(jì)。開關(guān)電源集成化程度較高，具有調(diào)壓、限流、過熱保護(hù)等功能。與線性電源相比其輸入電壓范圍寬(通?？蛇_(dá)交流85～265 V)、體積小、重量輕、效率高。同時(shí)，其易于FPGA輔助控制單元對其進(jìn)行控制。

2.2 充電控制單元

充電控制單元采用目前較成熟的恒流恒壓充電電路來設(shè)計(jì)完成。圖2是電路原理圖。恒流恒壓電路由Motorola公司的MC68HC908SR12單片機(jī)片內(nèi)模擬電路模塊和片外的MOSFET開關(guān)管、肖特基二極管、濾波電感、濾波電容等器件組成。模擬電路模塊是Motorola公司的MC68HC908SR12單片機(jī)的特有部件，它由輸入多路開關(guān)、兩組可程控放大器、片內(nèi)溫度傳感器、電流檢測電路等組成?？沙炭胤糯笃骺偡糯蟊稊?shù)為1～256。放大器的輸入可選擇為2路模擬輸入腳(ATD0，ATD1)、片內(nèi)溫度傳感器、模擬地輸入(VSSAM)。ATD0和VSSAM間可接一個(gè)電流檢測電阻，用于測量外部電流，它還連接至電流檢測電路，可在電流超過指定值時(shí)產(chǎn)生中斷并輸出信號。

在充電開始前的預(yù)處理階段，根據(jù)檢測到的不同電池特性，軟件選擇相應(yīng)的充電算法，充電算法由單片機(jī)和FPGA輔助控制單元實(shí)現(xiàn)。在充電開始后，軟件定時(shí)采集感應(yīng)電阻R上的電壓值，經(jīng)過計(jì)算，設(shè)置SR12單片機(jī)的輸出控制參數(shù)。同時(shí)，電流檢測電路實(shí)時(shí)檢測充電電流，在電流超過指定值時(shí)產(chǎn)生中斷并由SR12單片機(jī)控制及時(shí)關(guān)斷充電電流，實(shí)現(xiàn)恒流恒壓的充電控制