如何使用DSP進(jìn)行電動(dòng)自行車智能充電系統(tǒng)的研究

　　近年來，電動(dòng)自行車因其方便快捷、綠色環(huán)保、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)，備受廣大消費(fèi)者的青睞，但電動(dòng)自行車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平比較落后，存在相當(dāng)大的安全隱患。電動(dòng)自行車的充電技術(shù)對(duì)動(dòng)力電池的使用壽命和性能影響很大。本文通過研究探尋一種可以實(shí)現(xiàn)智能管理的充電方式，從而有效增強(qiáng)電池使用性能，提高電池的使用壽命和可靠性。智能充電系統(tǒng)研究具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。

　　本文對(duì)電動(dòng)車動(dòng)力電池的種類和特性進(jìn)行分析，介紹了馬斯定律和主流的充電方法，對(duì)智能充電系統(tǒng)進(jìn)行了總體功能設(shè)計(jì)，確定了充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，將系統(tǒng)劃分成充電主電路和充電控制回路兩部分內(nèi)容。根據(jù)相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，采用相應(yīng)的充電方法，有效結(jié)合定壓、脈沖、多段恒流充電等充電策略，達(dá)到充電模式的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，并且有效的判斷充電狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)智能化的自動(dòng)停止與充電功能；所具有的脈沖充電功能在電池組充電環(huán)節(jié)中可有效消除極化現(xiàn)象，有效延長(zhǎng)電池組的使用壽命。

　　基于智能充電系統(tǒng)功能性對(duì)充電系統(tǒng)進(jìn)行了硬件、軟件設(shè)計(jì)。選用 TI 公司 TMS320LF2407 型 DSP 控制器實(shí)現(xiàn)電池智能充電控制，充電主電路結(jié)構(gòu)采用 IGBT 移相控制功率變換成為逆變電路，充電控制回路具備數(shù)據(jù)采樣反饋功能，結(jié)合定電壓充電和脈沖充電等的充電策略實(shí)現(xiàn)智能充電。闡述了智能充電系統(tǒng)的總體流程，介紹了經(jīng)典 PID 控制和模糊 PID 控制方法，對(duì)系統(tǒng)的控制程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。

　　最后，針對(duì)傳統(tǒng)常規(guī)充電方法、經(jīng)典 PID 控制智能充電系統(tǒng)和模糊 PID 控制智能充電系統(tǒng)，分別進(jìn)行了不同荷電情況下的試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析比較，最終驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的充電電路的合理性及智能充電方法的可行性，實(shí)現(xiàn)充電系統(tǒng)智能充電的目標(biāo)。

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　　近年來，電動(dòng)自行車因其方便快捷、綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，得到了快速發(fā)展，市場(chǎng)占有量激增 。電動(dòng)自行車發(fā)展的一個(gè)十分重要的影響因素就是動(dòng)力蓄電池，然而，現(xiàn)在蓄電池本身及其充電系統(tǒng)的發(fā)展尚不能滿足電動(dòng)自行車的要求，一些理論和技術(shù)問題尚待攻關(guān)。市場(chǎng)上的許多動(dòng)力電池存在比能量低下、電池充電速度較慢、電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程較短等問題，因此，研究動(dòng)力電池的高效充電技術(shù)，建立完善的充電系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)車的普及和發(fā)展有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。而對(duì)先進(jìn)充電技術(shù)和充電系統(tǒng)等課題的研究則是涉及到電力電子、控制理論及自動(dòng)測(cè)量等多門學(xué)科的綜合性課題。

　　為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池的高效快速充電，需要重點(diǎn)研究電池的充放電特性、荷電狀態(tài)及電池自動(dòng)充電裝置。研究發(fā)現(xiàn)，電池的充電過程對(duì)電池的壽命影響最大，放電過程的影響較小，也就是說，絕大多數(shù)蓄電池不是用壞的，而是充壞的，因此充電裝置性能的優(yōu)劣對(duì)于蓄電池的使用壽命有很大的影響。所以對(duì)電動(dòng)汽車充電問題進(jìn)行研究，開發(fā)出合適的充電系統(tǒng)，具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

　　根據(jù)對(duì)蓄電池進(jìn)行分析，無論是蓄電池的放電過程，還是蓄電池的充電過程，都顯得十分復(fù)雜，往往蓄電池所具備的充電控制工藝要求顯得特別嚴(yán)格。如果蓄電池是處在理想狀態(tài)之下實(shí)施相應(yīng)的充電環(huán)節(jié)電化學(xué)反應(yīng)，大致上其放出來的電量與充入的電量?jī)烧咧g基本上是相同?？墒菑默F(xiàn)實(shí)情況進(jìn)行分析，如果出現(xiàn)十分嚴(yán)重的析氣現(xiàn)象，總電量當(dāng)中僅僅四成以下是屬于有效充電電化學(xué)反應(yīng)環(huán)節(jié)所消耗的電能，也就是浪費(fèi)六成以上電能。蓄電池多孔電極往往會(huì)存在著氣體聚集在其內(nèi)部，出現(xiàn)這樣的情況勢(shì)必會(huì)將電解質(zhì)與多孔電極兩者之間的接觸面積極大的減少，通過這樣的做法，也可以導(dǎo)致充電電化學(xué)反應(yīng)界面最大限度的減少，從而能夠?qū)⑿铍姵爻潆娀瘜W(xué)反應(yīng)速度一定程度的延緩，實(shí)施相應(yīng)的充電也就會(huì)存在比較多的困難，導(dǎo)致蓄電池的充電時(shí)間延長(zhǎng)。通常來說，蓄電池在相應(yīng)的充電過程中，必須確保蓄電池的充電電流不大于接收充電電流，如果滿足不了這一點(diǎn)，也就是蓄電池充電電流大于接收充電電流，相應(yīng)的過剩電流就會(huì)特別快的被電解液所消耗，導(dǎo)致十分嚴(yán)重的浪費(fèi)蓄電池電能與降低充電效率。從當(dāng)前的情況來看，我國(guó)如今的蓄電池充電與放電設(shè)備相當(dāng)一部分是晶閘管整流技術(shù)或者是自耦變壓器，存在低效率、笨重、高耗能、原材料成本高、大體積等弊端。如今市場(chǎng)當(dāng)中所存在的充放電電源絕大多數(shù)的通過小功率多模塊并聯(lián)組成，另外還實(shí)施放電和充電這兩種顯得獨(dú)立的主電路，面臨著高成本、多開關(guān)器件、復(fù)雜電路的問題，十分有必要開發(fā)設(shè)計(jì)出一套單模塊、高效、簡(jiǎn)單的智能充放電系統(tǒng)。