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)

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，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、性能穩定。本文還對船舶蓄電池的維護與保養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、荷電狀態以及充電結束和故障等狀態顯示，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，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UC/OS-Ⅱ(嵌入式)移植到本設計系統，因此，要求一有較高內存系統，應用SDRAM芯片HY57V641620進行系統擴展，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

(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。

(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。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為直流采用二極管整流或采用單結晶體管整流的傳統裝置，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壓電源使用的要求，特別是可以在線修改控制系統,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的智能控制優勢，在挖泥船舶及航運其他船舶推廣具有一定價值。

2016-12-10

U467

：C

：1008-3383(2017)06-0206-02