Алгоритъм за управление на програмируем токоизточник за заряд на акумулаторни батерии

През последните години широко приложение намериха програмируеми токоизточници (ПТИ) за заряд, електроформиране на активната маса и въвеждане в работно състояние на химически източници на ток (ХИТ). Блоковата схема на програмируем токоизточник с микропроцесорно управление (ПТИ с МПУ) е показана на фиг. 1.

Фиг. 1

1. 
   Препрограмируемост – една хардуерна конфигурация може да се използва за решаването на много различни управленски задачи
   
2. 
   Персоналният компютър освен функциите на управление и регулиране едновременно може да изпълнява и други функции
   
3. 
   Ниска цена
   
4. 
   Сравнително лесно управление чрез език от високо програмно ниво
   

Той притежава 33 галванично развързани входа и изхода, включвайки аналогови, цифрови и един широчинно-импулсно модулиран изход. Модулът се характеризира с опростено използване и инсталиране. Управлява се лесно чрез програмен език от високо ниво: C/C++, C#, Delphi, Visual Basic, Java.

• 
  8 аналогови (10 битова резолюция) входове
  
• 
  8 аналогови (8 битова резолюция) изходи
  
• 
  8 цифрови входа, тип отворен колектор
  
• 
  8 цифрови изхода, тип отворен колектор
  
• 
  Един 10-битов ШИМ изход: 0-100%, отворен колектор
  
• 
  USB порт за връзка с PC
  
• 
  Захранващо напрежение +12V, 300mA
  

Фиг. 2
Основни звена, изграждащи блоковата схема са:

1. 
   ТР – мрежов трансформатор
   
2. 
   ИБ – изправителен блок
   
3. 
   Ф – филтър
   
4. 
   СТ – съставен транзистор
   
5. 
   АБ – акумулаторна батерия
   
6. 
   Rш – шунтов резистор
   
7. 
   Релета K1 и K2 с контакти K1.1, K1.2, K2.1 и K2.2
   

Постояннотоковия източник работи като генератор на постоянен ток. Съставният транзистор включва свързани паралелно мощни, биполярни транзистори, които работят в усилвателен режим.

Осъществяват се два режима на работа:

1. 
   Заряд – при него необходимата енергия се черпи от променливотоковата мрежа. Трансформатора преобразува променливотоковата енергия, като намалява ефективната и стойност. Изправителния блок преобразува променливотоковата енергия в постояннотокова и филтъра намалява пулсациите му. Състания транзистор работи като генератор на ток и през затворените контакти K1.1 и K1.2 се зареждат включените акумулаторни батерии. Контактите K2.1 и K2.2 са отворени.
   
2. 
   Разряд – при него акумулаторните батерии се включват директно към съставния транзистор през затворените контакти K2.1 и K2.2. При този режим са отворени контактите K1.1 и K1.2. И при този режим съставния транзистор работи като генератор на ток.
   

Фиг. 3

Фиг. 4
Първата стъпка от алгоритъма е стартиране на зарядния процес. Това дава възможност още в самото начало да започнат измерванията на стойностите на тока и напрежението, които са входни данни за процеса на регулиране. Самият процес на регулация започва да повишава или намалява тези стойности като коригира изходните данни, докато не се достигне до предварително зададената големина на тока. Целият процес продължава да протича като се сменят последователно измервания и корекции, ако са необходими, докато не се достигне до някое от предварително зададените условия за прекъсване. Едно от тези условия е достигането на зададено от оператора време на зарядно-разрядния процес. При изтичане на това време целият процес се прекратява автоматично. Втората възможност е достигане на зададено напрежение на заряд или на разряд. В този случай процеса също се прекратява. Трета възможност е прекъсване на процеса от страна на оператора чрез натискане на бутон STOP. Четвъртата възможност за излизане от цикъла на измерване и регулиране зависи от избраният алгоритъм за управление. Достигането на това условие не прекъсва процеса, а само превключва между режимите на заряд и разряд. Софтуерът поддържа три алгоритъма:

1. 
   Управление на заряд и разряд по време
   
2. 
   Управление на заряд по dU/dt, разряд по време
   
3. 
   Управление на заряд и разряд по dU/dt
   

Вторият алгоритъм управлява процеса на заряд по dU/dt. Когато тази стойност се понижи под предварително зададената, то процеса преминава към режим на разряд. Режимът на разряд се управлява по същия начин, както при първият алгоритъм.

При третият алгоритъм и двата режима се влияят само от стойността на dU/dt. При понижаване под зададена стойност програмата превключва на алтернативния режим. Времето се измерва и отбелязва информативно.

След изпълнението на избрания алгоритъм, програмата започва отново изпълнението на процеса на измерване и регулиране докато не се изпълни едно от условията за прекъсване на основния процес.

Експериментални резултати са показани на фиг. 4.
Изводи:

Синтезиран е програмируем токоизточник с микропроцесорно управление за заряд, електроформиране и въвеждане в работно състояние на акумулаторни батерии. Разработен е алгоритъм и написана програма на програмен език от високо ниво C++. Разработени са три алгоритъма за управление на зарядния процес – 1. по време при заряд и разряд, 2. по dU/dt при заряд и по време при разряд и 3. по dU/dt при заряд и разряд. Постигната е висока енергийна ефективност и много добри технологични параметри.

[1] Gishin S., Kr. Boev, V. Gospodinov, Trening and research centre for the investigation and testing of accumulator batteries, Energy Test 2006, 23-25. November 2006, Athens, Greece

[2] С. Гишин “Акумулатори” София, Техника 2007г.
За контакти:

Явор Димитров – студент, спец. „Електроника” при ДТК гр. Добрич, ЖСК „Добротица” бл. 12, ет. 1, ст. 202В, e-mail: java@abv.bg