地铁车辆HAWKER蓄电池充电控制

地铁车辆蓄电池通常采用铅酸电池或镉镍电池作为车辆控制系统的储能电源，向列车TCMS、应急照明、应用通风和无线电等设备供电[1]。

本文讨论的蓄电池充电机和蓄电池充电方案用于地铁车辆，蓄电池充电机采用380VAC供电，输出110VDC；当蓄电池充电机启动给蓄电池充电时，蓄电池充电电流随着蓄电池充电电压的变化以及蓄电池状态而波动，如果蓄电池充电机输出电压过大，将导致蓄电池电流快速上升，蓄电池充电机过流保护，蓄电池充电电流过大，也会损坏蓄电池，因此需要按照蓄电池厂家推荐值进行控制充电电流；

本文对蓄电池充电机工作方式以及蓄电池充电控制策略进行研究，实现蓄电池充电机对蓄电池按照温度曲线充电以及电流限制进行工作。

1 蓄电池充电机工作原理

蓄电池充电机采用380VAC供电，从列车380VAC母线上取电，经过蓄电池充电机变压器将380VAC变为78VAC，再经过一个三相不控整流桥将交流78VAC整流为直流105.3VDC，辅助控制单元控制升压斩波IGBT将105.3V升压到需求的电压值，蓄电池充电机采集蓄电池电压和电流，用于蓄电池充电控制；具体电路图如下图1所示。

图1蓄电池充电机拓扑

2 蓄电池充电电压参考值控制策略

蓄电池充电电压参考值受到蓄电池电流限制和蓄电池温度补偿曲线影响。

2.1蓄电池充电过程说明

蓄电池充电氛围两个阶段：恒流阶段和恒压阶段，下图2以20℃单体蓄电池的充电电压和充电电流为例；

第一阶段（恒流阶段）：蓄电池以0.2C5（蓄电池总容量为160Ah，则电流被限定在32A）充电，直至蓄电池单体电压为1.47V；

第二阶段（恒压阶段）：蓄电池以1.47V恒定电压充电，充电电流逐步减小，最终恒定电流是100毫安左右（微弱的浮充电流），方式简单，减小耗水。

图2 蓄电池充电曲线

2.2蓄电池充电电流限制基本原理

为了保护蓄电池，蓄电池厂家会对蓄电池充电电流提出最大值限制，蓄电池充电机在对蓄电池进行充电时，辅助控制单元需要通过调整斩波相IGBT占空比控制蓄电池充电电压，从而调整蓄电池充电电流；

当蓄电池充电机斩波相激活后，将蓄电池最大充电电流（蓄电池厂家提供）与传感器测量的蓄电池充电电流相减，差值经PI控制器输出蓄电池充电电压补偿量，补偿值最大0V，最小值-50V，实现当蓄电池充电电流大于限制值时，PI调节器输入值为负数，减小蓄电池充电电压降低蓄电池充电电流，使蓄电池充电电流不超过最大充电电流限制。

2.3蓄电池充电温度补偿曲线

蓄电池温度传感器采用PT100温度传感器，检测蓄电池箱体的环境温度，辅助控制单元采集温度传感器测量值，每个蓄电池温度下对应一个最优的蓄电池充电电压，形成蓄电池温度补偿曲线，一般由蓄电池厂家提供，蓄电池温度补偿曲线如图3所示。

图3 蓄电池温度补偿曲线

2.4蓄电池充电机升压斩波控制原理

蓄电池充电电流控制输出电压参考值和蓄电池温度补偿曲线一起决定蓄电池充电机输出电压参考值，利用

PWM调制确定IGBT的开通和关断[2]，如图4所示。

图4 蓄电池充电电压参考值和斩波相控制

3 试验数据分析

在蓄电池充电机上进行试验，如图5所示，当蓄电池充电电流限制为32A，蓄电池充电电流限制PI参数Kp=0.1，Ki=12.5时，蓄电池电流波动较大并具有发散的趋势，蓄电池充电机输出电压也随着蓄电池充电电流波动，因此需要调整蓄电池充电电流限制控制PI参数，减小比例部分系数，增大积分部分系数。

将蓄电池充电电流限制控制PI参数更新为，Kp=0.05,Ki=15，实际蓄电池充电电压和蓄电池充电电流如图6所示，试验结果显示，改变控制参数后，蓄电池充电电流稳定在32A，蓄电池进入恒流充电阶段，蓄电池充电电压也在稳步上升，充电系统稳定运行。

4 结语

本文介绍了蓄电池充电机拓扑结构，并对蓄电池充电过程、蓄电池电流限制以及蓄电池温度补偿曲线进行了描述，最终得到蓄电池充电机控制蓄电池充电的控制策略，控制方法简单，结合试验结果，证明调整PI控制参数可实现系统稳定运行的有效性。