【正文】 啟動，制動的特性，超級電容主要作用就是提供負載啟動時所需電流，及吸收制動時所能量回饋產(chǎn)生的沖擊電流。 第2章 基于太陽能電池板充電系統(tǒng)控制工作原理 系統(tǒng)總體框圖 系統(tǒng)總體框圖該系統(tǒng)中鉛酸電池用于給負載供電，超級電容主要是提供電機啟動時所需的大電流，和吸收電機制動時的反饋能量。系統(tǒng)中有兩套DCDC變換裝置，光伏電池通過buck 變換器可給超級電容充電，將轉(zhuǎn)化的電能存儲到超級電容供電機啟動。Boost 變換器可用來給鉛酸電池充電，也可用來給超級電容充電，光照充足時還可直接用來給負載供電。總體說來，系統(tǒng)的的工作模式比較多，如何使系統(tǒng)穩(wěn)定工作及合理的在各個工作模式之間切換時本文研究的關(guān)鍵。 系統(tǒng)工作原理整個系統(tǒng)各個部分之間協(xié)同工作需根據(jù)負載的工作狀態(tài)及光伏電池的能量輸出狀態(tài)來控制系統(tǒng)的運行，同時兩個DCDC變換器之間的單片機相互通信，根據(jù)對方控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)來控制自身的工作狀態(tài)，相互之間協(xié)調(diào)有序運行。針對電機負載的4種工作狀態(tài)，負載不工作、負載啟動、負載穩(wěn)定運行及負載制動。分析系統(tǒng)的工作模式，能量流向。①電機負載不工作：此時，若光伏電池?zé)o功率輸出，則系統(tǒng)不工作，buck, boost變換器均與太陽能電池板斷開連接；若光伏電池有功率輸出，系統(tǒng)進入充電狀態(tài)，光伏電池接buck變換器，buck變換器單片機控制電路向boost變換器單片機控制電路發(fā)送工作狀態(tài)，控制boost變換器不與光伏電池連接，buck 變換器輸出端連接超級電容，系統(tǒng)進入給電容充電狀態(tài)。Buck變換器單片機控制電路檢測電容充電狀態(tài)，當(dāng)檢測到buck變換器對電容充電完成時，斷開buck變換器與光伏電池的連接，準(zhǔn)備進入系統(tǒng)下一狀態(tài)——光伏電池通過boost變換器給鉛酸電池充電。此時，boost變換器輸出接鉛酸電池，光伏電池與boost變換器連接。當(dāng)boost變換器單片機控制電路檢測到鉛酸電池充電完成時，boost變換器輸出切換到超級電容，給超級電容充電。當(dāng)boost變換器單片機控制電路檢測到電容上電壓達到上限時，停止充電，斷開boost變換器與光伏電池的連接。②電機負載啟動：電機啟動時需要較大的啟動電流，由超級電容供給。此時，鉛酸電池與超級電容并聯(lián)給負載供電，同時光伏電池通過boost變換器給負載供電，boost變換器此時的工作狀態(tài)由其單片機控制電路調(diào)節(jié)至恒壓模式。 ③電機負載穩(wěn)定工作：電機正常工作時，由光伏電池通過boost變換器及鉛酸電池共同給負載供電。此時，boost變換器工作于恒壓模式。④電機制動：電機制動時，會產(chǎn)生較大的反饋電流，此時超級電容與電機連接，用來吸收這部分能量。 系統(tǒng)控制方法分析 繼電器控制連接框圖 ，繼電器是為了系統(tǒng)在各個工作模式下相互轉(zhuǎn)化，合理的繼電器連接可以降低系統(tǒng)控制的難度，提高系統(tǒng)安全可靠性。 繼電器連接圖 繼電器SW1，SW3，SW4由boost控制器控制；繼電器SW2，SW5，SW6，SW7由buck控制器控制。兩個控制器協(xié)同工作完成系統(tǒng)工作模式的轉(zhuǎn)換。 系統(tǒng)工作模式由繼電器控制連接框圖可知，要想系統(tǒng)正常有序運行，必須合理、準(zhǔn)確控制各個繼電器的狀態(tài)及系統(tǒng)中各個模塊的工作模式。如此，必須清楚系統(tǒng)所有可能的工作模式，及各個工作模式之間的正確切換。以下部分主要介紹系統(tǒng)的各種工作模式的模式框圖及工作單元。 由于系統(tǒng)不能同時處于充電和放電狀態(tài)，下面將系統(tǒng)處于充電工作狀態(tài)下的模式轉(zhuǎn)換與系統(tǒng)出于放電工作工作狀態(tài)下的模式轉(zhuǎn)換分開討論分析。下面先分析系統(tǒng)處于充電狀態(tài)下的模式轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)處于充電狀態(tài)時，充電的對象有超級電容和鉛酸電池，變換器由buck變換器和boost變換器兩種，由于buck變換器只能用來給超級電容充電，而boost變換器可用來給超級電容和鉛酸電池充電，系統(tǒng)處于充電狀態(tài)時，工作模式有3種。分析充電狀態(tài)下系統(tǒng)3種工作模式如下：Mode1：光伏電池經(jīng)buck變換器給超級電容充電的工作模式。 能量流向圖 該工作模式下，buck變換器工作于恒流模式給超級電容充電，同時系統(tǒng)中單片機控制系統(tǒng)檢測超級電容的充電狀態(tài)，當(dāng)超級電容經(jīng)buck變換器額充電完成時，單片機控制系統(tǒng)根據(jù)外界控制信號將系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到其他工作模式。Mode2：光伏電池經(jīng)boost變換器給超級電容充電的工作模式。 能量流向圖該工作模式下，boost變換器工作于恒流模式，單片機控制系統(tǒng)檢測鉛酸電池的充電狀態(tài)。充電完成時，若未檢測到系統(tǒng)充電控制開關(guān)斷開，系統(tǒng)切換到下一充電模式，否則系統(tǒng)退出充電狀態(tài)。Mode3：光伏電池經(jīng)boost變換器給超級電容充電的工作模式。 能量流向圖該工作模式下，boost變換器依然工作于恒流模式，需要注意的是由于boost變換器的工作特性，其輸出電壓一定不會比輸出電壓低，因此不能直接用來給超級電容充電，必須使boost變換器最低輸出電壓和超級電容上電壓的差值在一個很小的范圍是，才可用boost變換器來個超級電容充電，因此該模式必須在Mode1完成的狀態(tài)下，系統(tǒng)才能轉(zhuǎn)換到當(dāng)前工作模式。模式之間相互轉(zhuǎn)換時，必須十分注意此順序，轉(zhuǎn)換到該模式時，軟件控制中，也需檢測輸入電壓和超級電容的電壓，來判斷是否可以進行該模式轉(zhuǎn)換。 以上就是對系統(tǒng)處于充電狀態(tài)下的各種工作模式分析，下面分析系統(tǒng)處于放電狀態(tài)下時，各工作模式。系統(tǒng)處于該狀態(tài)下時，吸收能量的只有電機負載，提供能量的有太陽能電池板、鉛酸電池和超級電容。由于電機吸收能量是有啟動和穩(wěn)定運行兩種狀態(tài)，不同狀態(tài)下，提供能量的對象不同，這里有2種工作模式。Mode4：電機負載啟動，光伏電池、超級電容及鉛酸電池一同給負載供電的工作模式。 描述了該工作模式下能量的流向。 能量流向圖該工作模式下，由于電機啟動電流較大，需要超級電容為其提供啟動過程中所需的大電流，電機啟動過程結(jié)束，進入穩(wěn)定運行狀態(tài)時，將超級電容從電路中切除，轉(zhuǎn)換到另一工作模式。光伏電池通過boost變換器給電機供電時，單片機控制電路將boost變換器切換到恒壓模式。Mode5：電機負載穩(wěn)定運行，光伏電池和鉛酸電池給負載供電的工作模式。 能量流向圖電機負載啟動結(jié)束后，電機進入穩(wěn)定運行狀態(tài)，此狀態(tài)下，無需超級電容提供大電流，將超級電容切除，只有鉛酸電池和光伏電池給負載供電，boost變換器工作于恒壓模式。 由于電機還有制動這一工作狀態(tài)，此時電機將機械能轉(zhuǎn)換為電能，處于發(fā)電狀態(tài)，為了充分利用能量，可用超級電容來吸收電機制動時的能量回饋。Mode6：超級電容吸收電機制動時能量回饋模式。 能量流向圖 當(dāng)系統(tǒng)各模塊均不工作時，系統(tǒng)處于停止模式，記該模式為Mode7。 各工作模式下繼電器狀態(tài)了解清楚系統(tǒng)的各個工作模式，還需確定在各種工作模式下，繼電器的相關(guān)狀態(tài)，才能清楚如何控制系統(tǒng)在各個模式之間轉(zhuǎn)換。參見繼電器控制連接框圖繪制表格表明各個工作模式下繼電器的狀態(tài)如下： 各工作模式下繼電器狀態(tài)表SW1SW2SW3SW4SW5SW6SW7Mode1OFFON觸點2觸點4OFF OFF觸點6Mode2ONOFF 觸點1觸點4OFFOFF觸點5Mode3ONOFF觸點2觸點3OFFOFF觸點6Mode4ONOFF觸點1觸點4ONON觸點5Mode5ONOFF觸點1觸點4ONOFF觸點5Mode6OFFOFF 觸點2觸點4OFFON觸點5Mode7OFFOFF觸點2觸點4OFFOFF觸點5 表明了系統(tǒng)在各種工作模式下時，各繼電器的開端狀態(tài)或觸點連接狀態(tài)，由表可清楚看出系統(tǒng)在不同模式之間進行轉(zhuǎn)換時繼電器狀態(tài)的變化，由于系統(tǒng)在模式轉(zhuǎn)換過程中各個模塊之間連接順序不是隨意的，繼電器切換的過程還需要根據(jù)繼電器連接框圖確定具體的切換順序。下面分析各種工作模式之間進行模式轉(zhuǎn)換時，繼電器的具體操作順序。 各工作模式間轉(zhuǎn)換時繼電器操作順序根據(jù)上表可知，系統(tǒng)處于不同的工作模式下時，對應(yīng)著不同的繼電器狀態(tài)，切換系統(tǒng)的工作模式時，就必須控制繼電器狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換過程的步驟不是隨意的，否則可能會使得系統(tǒng)進入一個不可知的狀態(tài)，造成系統(tǒng)的功能紊亂，嚴(yán)重時可能還會造成系統(tǒng)短路，損壞系統(tǒng)。系統(tǒng)的工作模式與負載的工作狀態(tài)息息相關(guān)，必須考慮系統(tǒng)切換過程中繼電器狀態(tài)變換順序。下面分析負載處于不同的工作狀態(tài)時，系統(tǒng)的工作模式以及相應(yīng)模式的切換。負載不工作時：負載不工作時，系統(tǒng)啟動之后，進入充電模式，首先工作于Mode1，即光伏電池通過buck變換電路對超級電容充電。buck變換器對超級電容的充電完成時，系統(tǒng)切換工作模式，進入Mode2，即光伏電池通過boost變換器對鉛酸電池充電。當(dāng)光伏電池對鉛酸電池的充電完成時，系統(tǒng)再切換到Mode3，即光伏電池通過boost變換器對超級電容充電。超級電容的電壓達到boost變換器輸出電壓上限時，停止充電，系統(tǒng)切換到停止模式。除了以上相關(guān)切換過程之外，考慮到系統(tǒng)處于任意工作模式時，可能因為外界因素，人為控制，系統(tǒng)需從其中任意模式直接進入停止模式，還需分析以上任一模式下，如何切換到停止模式。（1）系統(tǒng)啟動進入Mode1，即由停止模式進入光伏電池經(jīng)buck變換器給超級電容充電。系統(tǒng)啟動前，處于停止模式，該過程即是有Mode7轉(zhuǎn)換見到Mode1。分析各工作模式下繼電器狀態(tài)表可知：由Mode7到Mode1的轉(zhuǎn)換只有SW2，SW7的狀態(tài)發(fā)生了變化。操作步驟：①合上SW2②SW7接觸點6（2）Mode1轉(zhuǎn)換到Mode2，即光伏電池經(jīng)buck變換器給超級電容充電切換到經(jīng)boost變換器給鉛酸電池充電。該轉(zhuǎn)換過程SW1，SW2，SW3，SW7狀態(tài)均發(fā)生了變化。操作步驟：①斷開SW2②SW7接觸點5③合上SW1④SW3接觸點1（3）Model2轉(zhuǎn)換到Model3，即光伏電池經(jīng)boost變換器由給鉛酸電池充電切換到給超級電容充電。該轉(zhuǎn)換過程SW3，SW4，SW7狀態(tài)發(fā)生變化。操作步驟：①SW7接觸點6②SW3接觸點2③SW4接觸點3（4）Model1轉(zhuǎn)換到Model7，光伏電池經(jīng)buck變換器給超級電容充電切換到停止模式。該轉(zhuǎn)換過程SW2，SW7的狀態(tài)發(fā)生變化。操作步驟：①斷開SW2②SW7接觸點5（5）Model2轉(zhuǎn)換到Model7，即光伏電池經(jīng)boost變換器由給鉛酸電池充電切換到停止模式。該轉(zhuǎn)換過程SW1，SW3的狀態(tài)發(fā)生變化。操作步驟：①斷開SW1②SW3接觸點2（6）Model3轉(zhuǎn)換到Model7，光伏電池經(jīng)boost變換器給超級電容充電切換到停止模式。該轉(zhuǎn)換過程SW1，SW4，SW7的狀態(tài)發(fā)生變化。操作步驟：①SW7接觸點5②斷開SW1③SW4接觸點4 以上是負載不工作時，系統(tǒng)各種模式轉(zhuǎn)換的過程中需要進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換的繼電器及其操作順序分析。負載啟動到穩(wěn)定運行以及制動停止： 負載啟動到穩(wěn)定運行以及制動停止所有可能模式轉(zhuǎn)換圖電機負載啟動時需要較大的啟動電流，此時工作于Model4，由鉛酸電池，超級電容，光伏電池經(jīng)boost變換器同時給負載供電，超級電容主要是為了提供電機啟動所需的電流。當(dāng)電機啟動之后，進入穩(wěn)定運行狀態(tài)，此時將超級電容從電路中切除，由鉛酸電池和光伏電池給負載供電，系統(tǒng)進入工作模式Model5，電機負載穩(wěn)定運行模式。當(dāng)接受到制動命令式，系統(tǒng)進入制動狀態(tài)，即工作模式Mode6，此過程可能發(fā)生在系統(tǒng)啟動或穩(wěn)定運行過程中。制動結(jié)束后系統(tǒng)進入停止模式。（1）系統(tǒng)啟動到Model4，即由停止模式進入電機負載啟動模