提高挖泥船船用蓄电池充电效率研究

梁嘉宁

(黑龙江省航道局，黑龙江 哈尔滨 150026)

提高挖泥船船用蓄电池充电效率研究

梁嘉宁

(黑龙江省航道局，黑龙江 哈尔滨 150026)

应用新的集成电气元件，设计新型的挖泥船船用蓄电池充电控制系统，实现蓄电池的快速智能充电，提高船用蓄电池充电效率，满足挖泥船施工需要。结果实验测试,系统设计用于挖泥船船用蓄电池充电等装置，充电时间短、高效率、性能稳定。本文还对船舶蓄电池的维护与保养给出了必要的建议要求。

船用充电机；充电控制设计；蓄电池维护

1 充电电路的控制设计及分析

1.1 触摸屏电路与LCD

通过对系统的技术研究与分析，电路能够实现充电参数的设置以及蓄电池的电流、电压、温度、时间、荷电状态以及充电结束和故障等状态显示，能够显示充电电流和电压的曲线。

应用该电路不用外围加LCD控制器芯片，LCD控制器模块S3C44BOX自带。直接通过S3C44BOX 自带的LCD控制器模块，经74HC245将其控制信号进行驱动后，与一款液晶显示模块320×240带4线触摸屏RG322421 WNHDWB-T直接连接。与控制芯片ADS7843触摸屏通过端口G模拟串行的SIO接口进行传输数据，完成读取触摸屏触摸位置坐标。进行电压的切换并采集接点处电压，同时进行模数A/D转换。

1.2 存储器的外扩

(1)扩展FLASH芯片功能。在系统设计中，为满足充电工作需要，对FLASH芯片的AM29V160进行了扩展，速度90ns，容量2 MB。与S3C44B0X八个存储体中Bank0上进行连接，组成自举 ROM 存储体系统，并设定其地址为 0x00000000 ～ 0x001fffff。根据 AM29V160 为16×1Mbit，设计通过OM[1：0]=01，将Bank0配置为16位的总线宽度。

(2)扩展SDRAM功能。在扩展FLASH芯片功能的同时，进行了SDRAM功能扩展。该系统采用了模糊神经实现智能充电算法，设计网络在线控制的程序，求解模糊控制器的隶属度以及模糊推理，并且为了实现人机交互，应用了触摸屏，由于把操作系统UC/OS-Ⅱ(嵌入式)移植到本设计系统，因此，要求一有较高内存系统，应用SDRAM芯片HY57V641620进行系统扩展，其为容量为8 MB ，16×4 Mbit。我们知道，用S3C44BOX 的Bank0/Bank7，是能够完全支持 SDRAM ，所以，我们就将 SDRAM HY57V641620与Bank6连接上。并设定其地址为0x0c000000～0x0c7fffff。

1.3 电路转换与检测设计及分析

按照挖泥船船用蓄电池充电系统的运行需要，进行了充电电路检测与转换设计，信号检测电路全隔离信号调制模块的输出端通过S3C44BOX片内所带的A/D转换器相连接。因为芯片内自带的A/D转换器其电压输入为0～2.5 V的范围，所以采用输入为0～450 VDC检测充电电压，可以和微机直接接口的全隔离信号调制模块检测输出为0～2.5 V电压信号，加在S3C44BOX片内自带A/D的AIN0上；通过输入为300 A，输出为75 mV分流器的充电电流，进而通过全隔离信号调制模块，其输入为0～75 mV输出为0～2.5 V，隔离后加在S3C44BOX芯片内自带A/D的AIN1上。电解液温度是采用热电偶Cu50进行检测，为-50～+150 ℃的耐酸的温度范围，通过全隔离信号调制模块处理后，输入为-5O～+150 ℃、输出为0～2.5 V，加在S3C44BOX片内自带A/D的AIN2上。全隔离模块因为隔离电压相对较高，为使主电路和控制电路完全隔离，所以采用光电耦合器隔离，使该装置的控制能够既保障安全又稳定可靠。

1.4 电路驱动和保护的设计及技术分析

(1)进行蓄电池充电时，频率为20 kHz占空比可变的PWM信号，通过S3C44BOX的TOUT1口输出，由光电隔离后，对IPM的导通进行控制，进而对充电电流的大小进行控制。

(2)进行蓄电池放电时，周期为lk占空比为0.5的PWM信号通过S3C44BOX的TOUT2口上产生，由光电隔离后，加在IPM的控制端，对蓄电池实现放电。当欠压、短路、过流和过温故障发生时，IPM自身既可以快速关断，又能够关断不死，从而实现保护。同时，脉宽大于1 ms的低电平(正常时该端为高电平)在FNO端输出。

(3)一旦发生故障，FPO或FNO 端输出低电平，产生外中断，封锁 TOUT1 和 TOUT2 口的输出，加在IPM输入端 CPI和CNI上的脉冲，保护IPM 模块。系统设计有以太网接口、RS232串行扩展接口，实现联网及通讯。

2 充电的主电路设计与分析

挖泥船船用蓄电池充电主电路设计原理分析如下：

(1)蓄电池当放电的时候，则控制器件关断Q1，通过Boost电路由D1和L、Q2所组成的控制，通过Boost电路电容C1将蓄电池的化学能放电。完成放电以后，开始进行充电时，电容C1由于蓄电池放电时候能够进行能量存储，将存储的能量通过Buck电路的Q1、D2和 L 向蓄电池释放；释放能量后，电容C1电压下降，当下降到低于下限值，这时充电装置启动，开始对蓄电池进行充电

(2)进行蓄电池充电时，则控制器件关断Q2，Buck电路组成的全控Q1开关、D2续流二极管和L电感流过直流电压，输出电压U2大小通过Q1通断控制，也就完全控制了蓄电池充电电压和充电电流。

3 船舶蓄电池的维护与保养

(1)每周应对蓄电池进行检查，测电压，接头涂凡士林油防腐蚀；保持蓄电池清洁，保持良好的通风，张贴“禁止烟火”警示标志。充电前，应详细记录蓄电池的电压、充电的开始和结束时间，检查蓄电池室附近不能有动火作业。

(2)蓄电池应经常放电、充电，如有两组蓄电池应对其编号，交换进行充电、放电，防止另一组长时间不充电被损坏，切忌过放、过充，长期处于过充或欠充状态都会减少蓄电池的容量，会降低充电效率。

(3)蓄电池在运行中，应经常检查充电设备，长期处于过充或欠充状态。蓄电池在运行放电后立即对其进行补充充电，若放电后蓄电池搁置时间很长，再充电时可能容量恢复不到原容量，影响充电效率。

(4)气温在摄氏零度以下时，每天应对蓄电池进行小电流充电，保持蓄电池正常温度，以免冻裂。

4 实验及结论

该设计通过对挖泥船船用16只蓄电池串联充电实验，1.30 h，充入180.5 Ah电量，效率达到89%，温度仅上升18～21 ℃，高效稳定、操作简单。运行实践证明，它具有电路简单、控制精度高、运行灵活、抗干扰能力强和高性价比的特点，能够实现对船舶蓄电池的自动充电和智能保护，而且成本低、可靠性高、调试方便，从而代替把交流电变为直流采用二极管整流或采用单结晶体管整流的传统装置，并能有效地保护被充电蓄电池及用电设备，适于舰船设计单位以充电机兼作稳压电源使用的要求，特别是可以在线修改控制系统,而无需对硬件电路进行改动,就可适应不同负载的技术参数,充分体现出了嵌入式智能控制系统的智能控制优势，在挖泥船舶及航运其他船舶推广具有一定价值。

2016-12-10

U467

：C

：1008-3383(2017)06-0206-02