摘要：采用模糊控制与PI算法相结合的方法控制充放电电压与电流，对电池充放电过程进行平稳有效的控制。详细介绍了该充放电控制器的硬件与软件设计，并在实验环境与工厂环境进行反复测试，证明了其性能稳定符合技术要求。

O  引言

随着城市电动车日益增多普及，其性能也在逐渐提高，而电动车的核心电池的质量直接影响电动车的使用寿命和性能。目前市场不能够大量提供的是铅酸蓄电池，可以说是使用最多的蓄电池。它的性能可靠，生产工艺成熟，价格也较低。铅酸蓄电池充电时变成硫酸铅的阴阳两极的海绵状铅把固定在其巾的硫酸成分释放到电解液中，分别变成海绵状铅和氧化铅，电解液中的硫酸浓度不断变大；反之放电时阳极中的氧化铅和阴极板上的海绵状铅与电解液中的硫酸发生反应变成硫酸铅，而电解液中的硫酸浓度不断降低。当铅酸蓄电池充电不足时，阴阳两极板的硫酸铅不能完全转化变成海绵状铅和氧化铅，如果长期充电不足，则会造成硫酸铅结晶，使极板硫化，电池品质变劣；反之如果电池过度充电，阳极产牛的氧气量大于阴极的吸附能力，使得蓄电池内压增大，导致气体外溢，电解液减少，还可能导致活性物质软化或脱落，电池寿命大大缩短。常用的电池充电方法，一般分为多段式充放电，但存在以下几个问题：充放电时间的控制；软件对电压电流的平滑迅速控制，这在转阶段过程以及控制参数由于其它原因突变的过程中尤显突出；稳定性不高在恶劣环境下运行较易出故障等。本文就以上问题针对电池制造过程巾的充放电环节研制了一种性能稳定可靠故障率低，操作简捷的控制器。

1         充放电控制系统

控制原理如图1所示。电池充放电系统其核心主要由监控采样模块、微机控制模块和执行输出模块构成。依靠监控采样模块实时监测电池的工作状态(电池的电压、电流和温度)、预测电池的容量，将数据送给微机控制模块得到相应的控制量，通过执行输出模块完成对电池充放电压电流的控制。充放电系统的核心是微机控制模块中控制器的设计，本文研究的控制器由采样模块、单片机处理模块、人机接口模块、隔离输出模块、电源模块和故障保护模块绢成。  

1．1采样模块

由监控端传来的电压电流信号均为正脉冲信号，为了让单片机得到精确的采样信号需要列其做进一步的滤波处理。电压信号为0～5 V，电流信号通过分压器为0～75 mv的形式输入。输入信号滤波过程：JDM4u2P2传感器滤波精密电阻分压二极管并联(反电动势抑制)RC电路滤波。

    选用以上电路是基于以下原因：考虑到在实际生产工作环境中，输入信号受到供电电压波动，大型继电器通断，以及雷雨天气等外界环境影响会使信号毛刺较多，甚至严重失真。为此，在输入环节加入JDM4u2P2电压隔离传感器对输入信号进行初步滤波。同时，由于传感器于主控板采用同一电源供电，传感器输出波形仍可能会受到主控板上电源波动以及控制板上中间继电器的干扰，为此在后续电路中加入精密电阻分压微调，以及RC滤波电路对工频干扰进行抑制；在电池充放电过程中有可能会产生反电动势，这个是无用值不需测量的，但在实际情况下它的引入可能会对系统产生不利的影响，如使A／D采样芯片的调0环节产生偏差，对此在输入前端并联一二极管，对反电动势进行抑制。

    1．2控制模块控制

模块采用8位89E516RD单片机．它兼容80C51系列单片机，方便开发仿真；内置超级FLAsH存储器，其片内内嵌两块小扇区存储器具有64 kB存储容量不但能完成必要的程序存储．其剩余空间还能用于数据存储，非易失数据存储掉电后数据不丢失，可以方便用户对一定时期的历史工作记录进行查询以方便后续参数设定；同时其具有的在片仿真功能，可以根据实际情况调整控制参数；在现场调试中该单片机具有较好的搞干扰能力。；在PcB板合理布线下I／()门可直接控制中间继电器，不易受外界干扰。控制模块的工作流程为：经过A／D转换后的数字信号送人单片机，通过程序调节输出再经D／A转换成电压信号以控制外部充放电晶闸管的导通。单片机硬件模块如图2所示。

    控制过程采用多段式控制．段数根据用户要求自主设定，在软件调节下迅速实现充放电电压或电流的平滑变化，同时单片机通过扩展I／()口对生产过程中的故障信号以及其它控制信号进行及时处理送给外部继电器控制，此外还设计了操作简单实用的人机界面，通过232通信接口与I位机通信。。

    1．3隔离输出模块

为避免输出端受强电侧的大电流大电压以及继电器通断的干扰，输出电路采用H(：NR200线性隔离芯片，将D／A转换后的模拟性号线性隔离放大2倍输出，这样有效地保证了输出的电压的稳定。

    1．4故障保护模块

故障保护主要为过流过压保护，它通过对输入侧的电压信号进行实时采样经比较器进行判定处理，由于工业环境中电压输出一般是脉动直流信号，因此信号并非平坦的直流信号，同时继电器动作以及外界电压的波对都有可能对比较器产生误动作，所以在输入信号端加入2.2 μf滤波电容，提高普通比较器的抗干扰能力．同时在软件中对故障信号作了适当的延时处理，以达到准确安全地对有效信号进行判定。故障保护电路如图3所示。

    1．5软件软件设计

流程如图4所示。能否实现有效稳定的充放电控制，PI参数设置是否****足关键。传统的PI参数需在现场经过反复调试设定，但经过一定时间的运行，由于工作环境以及控制对像的变化，PI参数仍需调整；即便如此在PI设置中仍存在以下问题：P参数偏大导致控制信号超调幅值增大，在实际生产中这种现像在高压控制时是危险的；I参数偏大导致控制信号提前进入缓慢调节阶段，响应遮度减缓；在恶劣上作环境下输入信号扰动量较大，而作为反馈控制的PI控制难以及时预测并校正误差从而使控制器响应速度与稳定性降低。为此设计了模糊控制器，如图5所示，控制器增加一路输入，即将蓄电池测电压值由于电网波动或其它原冈出现突变的差值作为扰动量输入并对它进行模糊补偿控制，控制器采用三角形隶属度函数将规则表分为7个区间，分别为NB．NM，NS，ZE，PS，PM．PB，如图6所示，对于区间隶属度的范围则根据实际情况进行调整。加入模糊控制后可对原来的PI反馈控制对干扰响应慢的缺点进行补偿，同时对控制器PI值出现偏差时可做一定范围的智能调整，这大大提高了系统的响应速度和精度。

2测试结果分析

实验中测试数据如下图所示，该测试为放电实验，图7为输入信号频率为3|J(]Hz有效值为0～75mV的脉动直流电压信号，实际工作中由于外界干扰其波形毛刺较多，经过隔离传感器并进行Rc滤波处理后其波形如图8所示。由图8可知滤波环节较好的将脉动直流波毛刺剃除滤平转化为接近有效值的直流稳压信号。图9为在蓄电池测串接一100Ω功率电阻测得的电压波形，由计算得到电流19．6×10 00O／100=1．96 A，达到目标值，完全满足放电设定要求。

2         结束语

该控制器与传统控制器相比，采用了模糊控制与PI控制相结合的方法使其对现场控制对象的变化适应度以及智能性更高，同时在人机界面上做了优化设计，使之操作更简洁。通过在工厂中调试证明其性能稳定，能较好地完成设定的各项功能，完成划蓄电池的充放电控制，此外其制作成本较低，适用于在各类电动车、汽车电池充放电系统中使用。