弹载电池组均衡充电监控系统研究

论文摘要

随着弹箭远程精确打击技术的发展,弹上有大量用于飞行控制的电子设备,在弹箭研发初期,一般多采用锂离子电池组给弹上设备供电,电池组的充电效果直接影响到弹上设备的工作状态。为解决弹载电池均衡充电及对充电过程实时监控,本文设计开发一套能对电池组进行均衡充电的监控系统,为弹载电池组的充放电过程提供有效的技术保障。围绕如何解决电池组的均衡充电控制问题,采用开关稳压电源作为充电电源。解决了多节电池串联之后的电平同充电电平不一致所造成的问题。采用光电耦合器件和单总线接口的A/D器件采样充电电池的电压变化情况,将反馈输入微处理器进行处理,采用模糊控制技术处理采样的电压值,通过判断决定输入到开关管上的PWM的占空比,从而调节充电电压和电流大小以达到锂离子电池恒流恒压充电的算法要求,同时将采样的电量信息通过串口在上位机管理软件上进行实时显示。论文完成了弹载电池组充放电过程监控的单片机硬件系统设计,开发了单片机控制及上位机管理软件系统,实现了多节电池的平衡充电,在充电过程中实时显示电压、电流变化情况,同时实现了电池组放电电流可调的恒流放电功能。经多次充放电试验验证,该系统性能稳定,工作可靠,可很好的解决弹载电池均衡充电问题,有较好的工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景与意义
• 1.2 弹载电池组充放电控制系统概述
• 1.2.1 弹载电池的发展状况
• 1.2.2 弹上用电设备分析
• 1.2.3 国内外弹载电池控制系统概述
• 1.3 本文研究的主要内容
• 2 锂离子电池特性研究
• 2.1 锂离子电池工作原理
• 2.2 锂离子电池的组成及优点
• 2.3 锂离子电池的特性
• 2.3.1 锂离子电池的充电特性
• 2.3.2 锂离子电池的放电特性
• 2.3.3 锂离子电池的安全性
• 2.3.4 锂离子电池的温度特性
• 2.4 本章小结
• 3 基于模糊控制理论的充电控制器设计
• 3.1 模糊控制技术概述
• 3.2 模糊控制的理论基础
• 3.3 模糊控制器设计
• 3.3.1 模糊控制系统
• 3.3.2 模糊控制器设计
• 3.4 充电电池的充电控制思想
• 3.5 充电系统的模糊控制器的设计
• 3.5.1 充电系统的模糊控制器组成
• 3.5.2 充电模糊量的确定
• 3.5.3 控制精确量的模糊化
• 3.5.4 建立模糊充电控制规则
• 3.5.5 反模糊化
• 3.6 本章小结
• 4 系统的硬件设计
• 4.1 器件选型及比较
• 4.2 系统硬件结构及特点
• 4.3 单体电池隔离充电系统设计
• 4.3.1 功率转换器电路结构设计
• 4.3.2 功率转换器的磁芯与绕组分析
• 4.3.2.1 磁芯的工作状态
• 4.3.2.2 磁芯损耗计算
• 4.3.2.3 趋肤效应和邻近效应
• 4.3.2.4 绕组的漏感
• 4.4 反馈采样系统设计
• 4.4.1 单总线硬件电路概述
• 4.4.2 DS2762的硬件结构及应用
• 4.4.3 DS2762接口软件编程
• 4.5 放电系统设计
• 4.5.1 放电电路设计
• 4.5.2 电流软控制器设计
• 4.6 稳压电路设计
• 4.6.1 过流保护设计
• 4.6.2 过压保护设计
• 4.7 主控制器电路设计
• 4.7.1 AT89S52内部结构及外围设计
• 4.7.1.1 晶振电路设计
• 4.7.1.2 串口电路设计
• 4.7.1.3 复位电路设计
• 4.7.1.4 ISP电路设计
• 4.7.1.5 I/O口线分配
• 4.8 本章小结
• 5 系统软件设计
• 5.1 系统软件结构图
• 5.2 实时采集系统界面设计
• 5.2.1 通信接口软件实现
• 5.2.2 通信规约编写
• 5.2.2.1 帧格式
• 5.2.2.2 传输
• 5.2.3 人机交互界面设计
• 5.3 本章小结
• 6 软硬件联调试验
• 6.1 充电系统联调测试
• 6.2 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 本文的主要工作和贡献
• 7.2 本文的不足之处与后续研究
• 8 附录
• 8.1 单节电池充电原理图
• 8.2 多节电池充电原理图
• 8.3 单节电池监测原理图
• 8.4 开关电源充电原理图
• 致谢
• 参考文献