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如何使用DSP进行电动自行车智能充电系统的研究

消耗积分:0 | 格式:pdf | 大小:2.47 MB | 2019-03-26

无心晴儿

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  近年来,电动自行车因其方便快捷、绿色环保、价格低廉等优势,备受广大消费者的青睐,但电动自行车充电基础设施建设水平比较落后,存在相当大的安全隐患。电动自行车的充电技术对动力电池的使用寿命和性能影响很大。本文通过研究探寻一种可以实现智能管理的充电方式,从而有效增强电池使用性能,提高电池的使用寿命和可靠性。智能充电系统研究具有一定的现实意义和实用价值。

  本文对电动车动力电池的种类和特性进行分析,介绍了马斯定律和主流的充电方法,对智能充电系统进行了总体功能设计,确定了充电系统的设计参数,将系统划分成充电主电路和充电控制回路两部分内容。根据相关技术指标,采用相应的充电方法,有效结合定压、脉冲、多段恒流充电等充电策略,达到充电模式的自动转换,并且有效的判断充电状态,实现智能化的自动停止与充电功能;所具有的脉冲充电功能在电池组充电环节中可有效消除极化现象,有效延长电池组的使用寿命。

  基于智能充电系统功能性对充电系统进行了硬件、软件设计。选用 TI 公司 TMS320LF2407 型 DSP 控制器实现电池智能充电控制,充电主电路结构采用 IGBT 移相控制功率变换成为逆变电路,充电控制回路具备数据采样反馈功能,结合定电压充电和脉冲充电等的充电策略实现智能充电。阐述了智能充电系统的总体流程,介绍了经典 PID 控制和模糊 PID 控制方法,对系统的控制程序进行设计。

  最后,针对传统常规充电方法、经典 PID 控制智能充电系统和模糊 PID 控制智能充电系统,分别进行了不同荷电情况下的试验,对试验结果进行了分析比较,最终验证了所设计的充电电路的合理性及智能充电方法的可行性,实现充电系统智能充电的目标。


 

  近年来,电动自行车因其方便快捷、绿色环保等优势,得到了快速发展,市场占有量激增 。电动自行车发展的一个十分重要的影响因素就是动力蓄电池,然而,现在蓄电池本身及其充电系统的发展尚不能满足电动自行车的要求,一些理论和技术问题尚待攻关。市场上的许多动力电池存在比能量低下、电池充电速度较慢、电动车续航里程较短等问题,因此,研究动力电池的高效充电技术,建立完善的充电系统对电动车的普及和发展有着重要的现实意义。而对先进充电技术和充电系统等课题的研究则是涉及到电力电子、控制理论及自动测量等多门学科的综合性课题。

  为了实现动力电池的高效快速充电,需要重点研究电池的充放电特性、荷电状态及电池自动充电装置。研究发现,电池的充电过程对电池的寿命影响最大,放电过程的影响较小,也就是说,绝大多数蓄电池不是用坏的,而是充坏的,因此充电装置性能的优劣对于蓄电池的使用寿命有很大的影响。所以对电动汽车充电问题进行研究,开发出合适的充电系统,具有重要的理论意义和实用价值。

  根据对蓄电池进行分析,无论是蓄电池的放电过程,还是蓄电池的充电过程,都显得十分复杂,往往蓄电池所具备的充电控制工艺要求显得特别严格。如果蓄电池是处在理想状态之下实施相应的充电环节电化学反应,大致上其放出来的电量与充入的电量两者之间基本上是相同。可是从现实情况进行分析,如果出现十分严重的析气现象,总电量当中仅仅四成以下是属于有效充电电化学反应环节所消耗的电能,也就是浪费六成以上电能。蓄电池多孔电极往往会存在着气体聚集在其内部,出现这样的情况势必会将电解质与多孔电极两者之间的接触面积极大的减少,通过这样的做法,也可以导致充电电化学反应界面最大限度的减少,从而能够将蓄电池充电化学反应速度一定程度的延缓,实施相应的充电也就会存在比较多的困难,导致蓄电池的充电时间延长。通常来说,蓄电池在相应的充电过程中,必须确保蓄电池的充电电流不大于接收充电电流,如果满足不了这一点,也就是蓄电池充电电流大于接收充电电流,相应的过剩电流就会特别快的被电解液所消耗,导致十分严重的浪费蓄电池电能与降低充电效率。从当前的情况来看,我国如今的蓄电池充电与放电设备相当一部分是晶闸管整流技术或者是自耦变压器,存在低效率、笨重、高耗能、原材料成本高、大体积等弊端。如今市场当中所存在的充放电电源绝大多数的通过小功率多模块并联组成,另外还实施放电和充电这两种显得独立的主电路,面临着高成本、多开关器件、复杂电路的问题,十分有必要开发设计出一套单模块、高效、简单的智能充放电系统。

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