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　　急劇上升嚴重損壞了電池的板極，縮短了電池使用壽命。通過對變流充電優(yōu)化模式的分析。提出了依據蓄電池各單節(jié)端壓電液密度和溫度的變化綜合確定蓄電池組內部狀態(tài)及其實際可接受充電電流能力的方法，通過合理逼近理想充電曲線實現對充電過程的優(yōu)控制。詳細介紹了基于這理論的種實用型智能化變流充電控制系統(tǒng)的設計思想及其相關技術關鍵問。

　　隨著對電池需求的日益增長，研宄變流充電的優(yōu)化模式及其智能化控制系統(tǒng)己成為世界各先進工業(yè)國家普遍重視的科研課。

　　1變流充電的優(yōu)化模式恒流充電和恒壓充電是目前采用多的兩種充電模式。

　　這種常規(guī)充電模式在控制上易于實現，但實際應用中存在重大缺陷。

　　在充電過程中，隨著蓄電池保有容量和端電壓的不斷增加，蓄電池內部極化現象也逐漸嚴重，這使其可接受的充電電流越來越小。理想充電模式應能在整個充電過程中按照蓄電池當前實際可接受電流的能力提供有效的大電流，這個電流顯然是動態(tài)變化的，它是充電時間的函數。大量實驗證明理想充電曲線是條指數曲線，可用下式Io充電開始時2.恒流充電曲線尸，0是蓄電池額定容量，為蓄電池充電電流接受比，由蓄電池內部結構和狀態(tài)決定。

　　電電能有效地轉化為電池的化學能，電能轉化效率高。同時蓄電池的出氣率和溫升小。使蓄電池的極板得到充分保護。

　　大大延長了蓄電池的使用壽命。

　　由1可以看出。恒流充電電流在充電初期小于蓄電池可接受的大電流。造成充電周期的延長；在充電后期則遠超過蓄電池可接受電流的能力。電能大部分耗費在水的分解和電池能消耗了。伴隨而來的過度出氣和溫度急劇上升會嚴重損壞電池的極板，造成極板活性物質的過早脫落，縮短了電池使用壽命，恒壓充電之所以也不合理，這是因為蓄電池的內阻很小。

　　如1350車用蓄電池內阻不足因此恒壓充電開始時電流非常大。為了減小初始充電電流。充電電壓不能過高，并需采用外電阻降壓措施；而后期則因為蓄電池端壓已接近充電電壓。充電電流又過小，這就產生了低電壓下充電不足的缺陷。

　　欠充電是常規(guī)恒壓充電如浮充中普遍存在的問，欠充電造成蓄電池容量不足。運行中特定電池過放電；長期欠充電使極板嚴重硫化，造成使用壽命降低。

　　根據理想充電曲線，理論上充電起始電流應盡可能大，但實際上由于蓄電池內部結構參數以及充電裝置和供電系統(tǒng)的種種限制，起始電流不能過大。另方面，在充電末期，充電電流也不能過小。

　　以免充電時間延長。在實際應用中，根據蓄電池結構和狀態(tài)以及充電裝置和系統(tǒng)充電曲線合理逼近理想曲線的充電模式就是變流充電的優(yōu)化模優(yōu)化控制模實時控制技術的發(fā)展，實現充電電流的動態(tài)叫節(jié)控制并不是件難事，關鍵技術問是如何確定控制的目標函數使其實現優(yōu)化控制曲線。

　　內，伏態(tài)和接受電流能力的特征充電時間0以叩1肌，幾參量很多，如出氣率溫升電液密度內阻端壓端壓變化率蓄電池可接受充電電流能力的理論。己被公認為比較準確地反映了蓄電池實際接受能力的變化規(guī)律。但是由于檢測手段的限制，在實際應用中局限很大?，F場充放電作業(yè)般都是將單貧蓄電池串并聯(lián)后成組進行。但是由于各個單節(jié)在內部結構狀態(tài)制造工藝和使用工況上的差異性。其變化情況是極其復的。各個單節(jié)間1接受屯流的他化往偏。；1很尺經過多牢內部狀況。也不可能準確確定蓄電池特別是整組蓄電池可接受充電電流的能力。通過檢測各蓄電池單節(jié)的端壓。電液密度和溫度的變化可以為綜合確定蓄電池的內部狀態(tài)和其實際接受能力的變化規(guī)律提供可信的科學依據。這類參量之間存在相互影響和制約的關系。由于這類參量實時檢測技術成熟準確可靠。再加上充放電電流和充放電時間個參變量。我們己比較完整和準確地描述整個充放電過程中蓄電池的內部狀態(tài)和其變化規(guī)律，找到控制的目標函數。面結合2充電特性曲線來說明優(yōu)化控制模式的實現和其優(yōu)越性。1這幾組特性曲線是根據某車輛段充電作業(yè)實測數據繪制化控制曲線1和恒流控制曲線2進行比較。恒流充電電流?、虐雰?yōu)化初始屯流為優(yōu)化控制曲線分為3段。第1段是恒流直線段。目的是用大速度而又不出氣地充入大部分容量。這階段蓄電池端壓和容量呈直線上升，當其發(fā)生拐點時，可認為已臨近了出氣電壓。這時進入第2段指數曲線段。指數曲線段按端壓溫度電液密度和容量的變化率采用閉環(huán)調控方法跟蹤優(yōu)化曲線。動態(tài)調節(jié)充電電流，使蓄電池始終保持微量出氣狀態(tài)。第3階段是充電末期，電流控制在其下限，不再繼續(xù)下調，其持續(xù)時間的氏短由停機判斷確定。

　　由特性曲線可清楚地看出，優(yōu)化控制模式充電能量轉化效率很高，平均達到90.由其效率曲線近似為條水平直線說明無論在充電過程的任何時刻，電能轉換效率都保持高水平。

　　達到了優(yōu)化控制的目的。相對應恒流充電效率在充電后期急劇惡化。這是由于恒流充電在后期階段能量幾乎全消耗于產生熱量電能轉化效率不足20，全過程平均充電效率只有70.從溫升曲線看，優(yōu)化控制大溫升只有12.發(fā)熱很少。出氣率很低；而恒流充電大溫升3，1.在環(huán)境溫度18，時。電解液溫度己達到48，超過了充電大允許溫度45只好暫時終止充電。停機降溫。出氣率強烈地依賴于溫度，這實際己反映出者在出氣率上的明顯差異。恒流充電時，充電間酸霧彌漫而優(yōu)化控制充電，現場幾乎感覺不到酸霧。從時問上看。流分屯約；125 1.而優(yōu)化控制漢需101縮短充電時間13，3系統(tǒng)組成控制系統(tǒng)由單片微機傳感器信號隔離器模數轉換器電子選通開關數碼顯器打印機等組成。分成采樣信號處理控制。驅動輸出顯等環(huán)節(jié)。

　　電源技術文哲蓉等智能化變流充電控制系統(tǒng)的研宄系統(tǒng)組成3.

　　采樣環(huán)節(jié)由電流電壓。溫度。電液密度等傳感器組成。將采集的信號經分壓濾波放大處理后通過光電隔離電路送入電子選通開關。電子選通開關在控制器的控制下繼續(xù)不斷地選擇各信號送入模數轉換器中轉換成數字信號后存入控制器檢測電路。實現了對蓄電池組全單體不大于72單體的狀態(tài)參數的動態(tài)檢測?？刂破饔蓡纹瑱C和存貯器等電路組成，負責對采集到的各種數據進行分析。處理。控制器在綜合分析各狀態(tài)參數后按照目標函數作出優(yōu)判斷，發(fā)出控制信號。經放大驅動環(huán)節(jié)輸出，調整充電器晶閘管的導通角。改變充電電流，通過不斷地調控充電器的輸出，實現整個變流充電過程的優(yōu)化控制。由于實現了對蓄電池組全單體狀態(tài)的實時檢測和對蓄電池充放過程的能量計算。因此系統(tǒng)也可實現對蓄電池保有容量的動態(tài)判定，并以此作為充電器準確停機的判定標準，保證了蓄電池的佳貯能狀態(tài)，防止過充和欠充現象的發(fā)生，顯環(huán)節(jié)包括數碼顯器。打印機。信號指燈和報警器。

　　4軟件設計軟件設計包括初始化操作顯打印狀態(tài)分析計算模擬量處理調節(jié)輸出故障監(jiān)測時鐘和過程管理等十大模塊。

　　1始化模塊完成硬件的初始化設置及軟件各工作向量的初值設置。

　　操作模塊讀取鍵盤操作及輸入開關操作。完成對有效操作的響應。

　　包括充放電參數設置。充電模式的選擇充放電啟停。顯切換等多種人工操作，顯模塊根據對蓄電池組單體的檢測，動態(tài)輸出顯參數，包括充放電流充放電安時充放電時間各電池電壓保有容量等過程參數，顯內容依次循環(huán)顯，也可人工調顯所需監(jiān)視的內界。

　　打印模塊在充放電過程中，每隔1打印組測量數據。在每次放電結束時，打印報廢電池清單。

　　模擬量處理模塊依次對模擬量通道進行切換。從電池組雙端同時開始采集各參數的當前值，并進行誤差校正標度變換等處理，調節(jié)輸出模塊根據用戶對充電模式的選擇。按充電曲線的設定目標。調節(jié)充電器可控硅觸發(fā)角的相位移。完成調節(jié)的0運算，達到跟蹤目標曲線控制的目的。

　　故障監(jiān)測模塊對電流電壓溫度等參數進行監(jiān)視。當超過極限值時，發(fā)出聲光報警，并自動采取處理措施，時鐘模塊對充放電過程進行計時，并對內部的些定時過程進行監(jiān)視，完成定時操作，過程管理模塊完成充電放電等過程的管理，在充電時按電池組狀態(tài)平均值形成當前充電曲線的調節(jié)目標值，通過對端壓電壓變化率電池溫度。充電時間和保有容量的綜合分析作出停機或充放電過程轉換的判定。

　　狀態(tài)分析計算模塊計算充放電過程的安時累計。計算電液密度計算電池保有容量等狀態(tài)參數。作為過程管理和輸出打印的依據，軟件總流程框4，5相關技術問5.1檢測和控制精度山幾十只體組成的蓄電池組在串，充電，高端屯池與低端電池之間存在可達上百伏的電壓差。而單體電池容量從零變化到大。其電動勢變化也不過零點幾伏，特別是蓄電池的內阻變化更是很小。這對檢測的精度提出了很高要求。我們采用光電隔離雙端檢測的方法大大提高了檢測的精度和其動態(tài)，性。采仲分辯率主及項決，1器件位數陽能滿足需求。

　　目前絕大多數充電機均采用晶閘管相控調壓，給控制精度帶來的問是輸出電壓與移相電壓不定成線性相關。不僅如此。有時甚至不是單調的。隨著移相電壓的增大。輸出電壓反而可能6走減因此存在線性調壓的適應區(qū)段，2調壓曲線的線性度是變化的。在蓄電池反壓作用下。調相的極大。極小點隨電池內部極化電壓的，減而動態(tài)變化，3相控方式下電壓波形存在較大的脈流成分。

　　這些問使調節(jié)控制精度受到很大影響。為了保證調節(jié)精度，實現充電優(yōu)化曲線的動態(tài)調控，我們在設計中根據電池極化電壓的變化采用動態(tài)跟蹤極大和極小值的方法來確定單調線性移相區(qū)段；采用閉環(huán)增量調控方法使輸出跟蹤優(yōu)化曲線目標值采用大時滯算法消除脈流波動的影響。

　　5.2荷電狀態(tài)分析對蓄電池保有容量作出動態(tài)判定是確保蓄電池在充放電電源技木工裝設備作業(yè)和實際運行過程中處于良好狀態(tài)的關鍵技術。迄今為止，蓄電池充電作業(yè)基本采用時間控制。但由于存在蓄電池單體結構差異。充放電工藝過程和環(huán)境條件的區(qū)別以及各單體初始容量的不同。在整個充放電過程中各單體蓄電池的荷電狀態(tài)是不可能致的。采用時間作為充放作業(yè)終止判定造成的后果往往不是過充就是欠充。

　　堿性蓄電池的荷電狀態(tài)基本與其端電壓成線性相關。鉛酸蓄電池則比較復雜。影響因素很多，給荷電狀態(tài)的分析判斷帶來很大困難。通過多次試驗與探索，我們認為在充電結束期，端電壓在高極化電壓下趨于水平。以此作為各單體蓄電池的滿額容量。即其結構容量。在放電開始廠確控制波電屯流并葚安時數祟計刊各電池放電終止電壓點時的安時數，即為該蓄電池單體的有效荷電容量。

　　充放電過程中，鉛酸蓄電池電液密度的變化是其動態(tài)荷電率的特征參數。通過反復試驗明放電過程安時轉換效率可認為100，而充電過程中的安時轉換率則與蓄電池當時系式可近似為任；為前電包極化電壓7電動勢廠兩部分；1為電流換算系數，與充電率有關。當采用充電率時取1.

　　知道了1蓄電池動態(tài)容量可計算出而動態(tài)密度則為=+CdXV1采用密度計或密度傳感器可測定心因此在充放循環(huán)中可以隨時判定其動態(tài)密度及計算相關的動態(tài)保有容量。需要指出，溫度對電液密度的影響很大。計算中應充分考慮溫度修正系數。

　　放電作業(yè)是促使蓄電池極板活化的關鍵工序，也是考核電池容量和放電能力判斷故障電池的重要手段放電質量的好壞直接影響蓄電池實際運行水平和使用壽命。傳統(tǒng)的放電作業(yè)將大量電能白白消耗在放電電阻上。以72只，450單體蓄電池完成個充放循環(huán)為例，放電消耗電能約901評1通過放電電阻的有級調節(jié)。根本無法滿足放電的恒流要求，因而也不能地量度蓄電池的放電能力，判定蓄電池放電終止的時刻。過度放電將嚴重損害蓄電池的極板，減少使用壽命。采用有源逆變技術將放電電流直流轉換成工頻交流電送回電網，不僅可節(jié)省電能。而且也可以實現放電電流的準確控制，獲得良好的放電特性。晶閘管變流回路具有很好的逆變換條件，通過可控硅觸發(fā)角從區(qū)整流移到0區(qū)逆變即可方便地實現逆變換。逆變電壓與電網電壓完全同步，但有諧波分量存在，需在設計中考慮必要的濾波處理，否則將會對整個微機控制系統(tǒng)產生干擾。

　　6結束語經過多年的研宄和探索。智能化變流充電控制技術已成功地應用于鐵道機車汽車電瓶叉車等牽引型蓄電池的充放電作業(yè)，也正在逐步推廣到變電站發(fā)電廠通訊站等需要固定型直流電源的場合。它可廣泛適用于酸性堿性等各類蓄電池組以及可控硅整流器開關電源等多種變流裝置充放電作業(yè)的智能化控制，獲得改善充放電質量和效率。降耗節(jié)能，提高蓄電池組的運行可靠性。延長其使用壽命和改善作業(yè)環(huán)境的顯著效益。

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