梁嘉寧

(黑龍江省航道局，黑龍江 哈爾濱 150026)

提高挖泥船船用蓄電池充電效率研究

梁嘉寧

(黑龍江省航道局，黑龍江 哈爾濱 150026)

應用新的集成電氣元件，設計新型的挖泥船船用蓄電池充電控制系統(tǒng)，實現蓄電池的快速智能充電，提高船用蓄電池充電效率，滿足挖泥船施工需要。結果實驗測試,系統(tǒng)設計用于挖泥船船用蓄電池充電等裝置，充電時間短、高效率、性能穩(wěn)定。本文還對船舶蓄電池的維護與保養(yǎng)給出了必要的建議要求。

船用充電機；充電控制設計；蓄電池維護

1 充電電路的控制設計及分析

1.1 觸摸屏電路與LCD

通過對系統(tǒng)的技術研究與分析，電路能夠實現充電參數的設置以及蓄電池的電流、電壓、溫度、時間、荷電狀態(tài)以及充電結束和故障等狀態(tài)顯示，能夠顯示充電電流和電壓的曲線。

應用該電路不用外圍加LCD控制器芯片，LCD控制器模塊S3C44BOX自帶。直接通過S3C44BOX 自帶的LCD控制器模塊，經74HC245將其控制信號進行驅動后，與一款液晶顯示模塊320×240帶4線觸摸屏RG322421 WNHDWB-T直接連接。與控制芯片ADS7843觸摸屏通過端口G模擬串行的SIO接口進行傳輸數據，完成讀取觸摸屏觸摸位置坐標。進行電壓的切換并采集接點處電壓，同時進行模數A/D轉換。

1.2 存儲器的外擴

(1)擴展FLASH芯片功能。在系統(tǒng)設計中，為滿足充電工作需要，對FLASH芯片的AM29V160進行了擴展，速度90ns，容量2 MB。與S3C44B0X八個存儲體中Bank0上進行連接，組成自舉 ROM 存儲體系統(tǒng)，并設定其地址為 0x00000000 ～ 0x001fffff。根據 AM29V160 為16×1Mbit，設計通過OM[1：0]=01，將Bank0配置為16位的總線寬度。

(2)擴展SDRAM功能。在擴展FLASH芯片功能的同時，進行了SDRAM功能擴展。該系統(tǒng)采用了模糊神經實現智能充電算法，設計網絡在線控制的程序，求解模糊控制器的隸屬度以及模糊推理，并且為了實現人機交互，應用了觸摸屏，由于把操作系統(tǒng)UC/OS-Ⅱ(嵌入式)移植到本設計系統(tǒng)，因此，要求一有較高內存系統(tǒng)，應用SDRAM芯片HY57V641620進行系統(tǒng)擴展，其為容量為8 MB ，16×4 Mbit。我們知道，用S3C44BOX 的Bank0/Bank7，是能夠完全支持 SDRAM ，所以，我們就將 SDRAM HY57V641620與Bank6連接上。并設定其地址為0x0c000000～0x0c7fffff。

1.3 電路轉換與檢測設計及分析

按照挖泥船船用蓄電池充電系統(tǒng)的運行需要，進行了充電電路檢測與轉換設計，信號檢測電路全隔離信號調制模塊的輸出端通過S3C44BOX片內所帶的A/D轉換器相連接。因為芯片內自帶的A/D轉換器其電壓輸入為0～2.5 V的范圍，所以采用輸入為0～450 VDC檢測充電電壓，可以和微機直接接口的全隔離信號調制模塊檢測輸出為0～2.5 V電壓信號，加在S3C44BOX片內自帶A/D的AIN0上；通過輸入為300 A，輸出為75 mV分流器的充電電流，進而通過全隔離信號調制模塊，其輸入為0～75 mV輸出為0～2.5 V，隔離后加在S3C44BOX芯片內自帶A/D的AIN1上。電解液溫度是采用熱電偶Cu50進行檢測，為-50～+150 ℃的耐酸的溫度范圍，通過全隔離信號調制模塊處理后，輸入為-5O～+150 ℃、輸出為0～2.5 V，加在S3C44BOX片內自帶A/D的AIN2上。全隔離模塊因為隔離電壓相對較高，為使主電路和控制電路完全隔離，所以采用光電耦合器隔離，使該裝置的控制能夠既保障安全又穩(wěn)定可靠。

1.4 電路驅動和保護的設計及技術分析

(1)進行蓄電池充電時，頻率為20 kHz占空比可變的PWM信號，通過S3C44BOX的TOUT1口輸出，由光電隔離后，對IPM的導通進行控制，進而對充電電流的大小進行控制。

(2)進行蓄電池放電時，周期為lk占空比為0.5的PWM信號通過S3C44BOX的TOUT2口上產生，由光電隔離后，加在IPM的控制端，對蓄電池實現放電。當欠壓、短路、過流和過溫故障發(fā)生時，IPM自身既可以快速關斷，又能夠關斷不死，從而實現保護。同時，脈寬大于1 ms的低電平(正常時該端為高電平)在FNO端輸出。

(3)一旦發(fā)生故障，FPO或FNO 端輸出低電平，產生外中斷，封鎖 TOUT1 和 TOUT2 口的輸出，加在IPM輸入端 CPI和CNI上的脈沖，保護IPM 模塊。系統(tǒng)設計有以太網接口、RS232串行擴展接口，實現聯網及通訊。

2 充電的主電路設計與分析

挖泥船船用蓄電池充電主電路設計原理分析如下：

(1)蓄電池當放電的時候，則控制器件關斷Q1，通過Boost電路由D1和L、Q2所組成的控制，通過Boost電路電容C1將蓄電池的化學能放電。完成放電以后，開始進行充電時，電容C1由于蓄電池放電時候能夠進行能量存儲，將存儲的能量通過Buck電路的Q1、D2和 L 向蓄電池釋放；釋放能量后，電容C1電壓下降，當下降到低于下限值，這時充電裝置啟動，開始對蓄電池進行充電

(2)進行蓄電池充電時，則控制器件關斷Q2，Buck電路組成的全控Q1開關、D2續(xù)流二極管和L電感流過直流電壓，輸出電壓U2大小通過Q1通斷控制，也就完全控制了蓄電池充電電壓和充電電流。

3 船舶蓄電池的維護與保養(yǎng)

(1)每周應對蓄電池進行檢查，測電壓，接頭涂凡士林油防腐蝕；保持蓄電池清潔，保持良好的通風，張貼“禁止煙火”警示標志。充電前，應詳細記錄蓄電池的電壓、充電的開始和結束時間，檢查蓄電池室附近不能有動火作業(yè)。

(2)蓄電池應經常放電、充電，如有兩組蓄電池應對其編號，交換進行充電、放電，防止另一組長時間不充電被損壞，切忌過放、過充，長期處于過充或欠充狀態(tài)都會減少蓄電池的容量，會降低充電效率。

(3)蓄電池在運行中，應經常檢查充電設備，長期處于過充或欠充狀態(tài)。蓄電池在運行放電后立即對其進行補充充電，若放電后蓄電池擱置時間很長，再充電時可能容量恢復不到原容量，影響充電效率。

(4)氣溫在攝氏零度以下時，每天應對蓄電池進行小電流充電，保持蓄電池正常溫度，以免凍裂。

4 實驗及結論

該設計通過對挖泥船船用16只蓄電池串聯充電實驗，1.30 h，充入180.5 Ah電量，效率達到89%，溫度僅上升18～21 ℃，高效穩(wěn)定、操作簡單。運行實踐證明，它具有電路簡單、控制精度高、運行靈活、抗干擾能力強和高性價比的特點，能夠實現對船舶蓄電池的自動充電和智能保護，而且成本低、可靠性高、調試方便，從而代替把交流電變?yōu)橹绷鞑捎枚O管整流或采用單結晶體管整流的傳統(tǒng)裝置，并能有效地保護被充電蓄電池及用電設備，適于艦船設計單位以充電機兼作穩(wěn)壓電源使用的要求，特別是可以在線修改控制系統(tǒng),而無需對硬件電路進行改動,就可適應不同負載的技術參數,充分體現出了嵌入式智能控制系統(tǒng)的智能控制優(yōu)勢，在挖泥船舶及航運其他船舶推廣具有一定價值。

2016-12-10

U467

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