PLC 在镍镉电池充电系统中的应用研究与实践

PLC 在镍镉电池充电系统中的应用研究与实践

PLC在镉镍电池充电系统中的应用

第 21 卷，第 3 期

2008 年 5 月

机电产品开发与创新

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第 21 卷第 3 号

2008年5月

PLC在镉镍电池充电系统中的应用

张凯,徐俊鹏

f1.郑州旅游职业学院，河南郑州；2.河南科技学院，河南新乡)

摘要：采用$7200可编程控制器及晶闸管充放电技术构建蓄电池智能激活系统。

镍镉电池已经

具有快速充电、均衡充电、放电等功能，很好的解决了镍镉电池的“记忆”效应。

关键词：电池激活；PLC；模拟PI；大容量镍镉电池

中图分类号：TP21 文献标识码：A 文章编号：1002-6673(2008)03-174-03

0 前言

大容量镍镉电池具有放电电流大、使用寿命长的优点。

在军事、铁路、电力、石油等领域长期占据领先地位。

市面上常见的镍镉电池充电器一般

采用半波整流电路，以准恒定电流对电池充电。

充电时间取决于镍镉电池的容量（mA/4，z~）和充电电流。

（也称为充电速率）和电流的热效应（一些充电器

按照铭牌上的说明操作），然后手动控制充电。一些高端

充电器采用恒流充电，并在时间设置上进行了仔细的调整

设计。提高电池充电性能，增强工作安全性，

但在判断镍镉电池是否充满电的关键问题上

目前还缺乏应对措施。由于镍镉电池的电动势非常稳定，

正常情况下维持在1.20V左右（不同品牌有差异），

而且镍镉电池有一个明显的缺点，那就是有“记忆”效应。

“记忆”效应的存在，大大降低了电池的利用效率。

电池组将无法放电。

控制中心加上晶闸管充电放电技术，构成电池智能

能量装置。本装置具有镍镉电池快速充电、均衡充电、放电功能。

充电电流可达300A，放电电流可达100A。

1电池记忆效应

电池记忆效应是指电池的可逆失效……

记忆效应是指电池在受到特殊

经过一定的工作周期后，它能自动维持这种特定的趋势。

它最早是在镍镉电池中定义的。镍镉软包电池没有记忆效应和烧坏。

结电池有记忆效应。对于镍镉电池，正常维护是定期

周期性深度放电：平均每月一次（或30次循环）

收讫日期: 2008-04-03:

作者简介：张凯（1980-），河南郑州人，工学硕士。

病床电气控制及自动化技术研究；徐俊鹏（1979-），河南南阳

人。实验师。从事电气控制与自动化技术研究。}

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深度放电（放电至每节电池1.0V），通常采用光电

记忆效应的形成可以通过使用电池或自然关机等方法来缓解，但这并不是

这是深度放电。因为仪器（例如手机）不是使用每电池1.0V。

关机。此项任务必须通过专用设备或管线来完成。

对于长期没有深度放电的镍镉电池来说，记忆效应会不断积累。

容量无法通过深度放电来恢复。这种情况下，需要进行更深的放电。

这是一种使用非常小的电流长时间将电池放电至每分钟 0.4V 的方法。

切割的过程。需要特殊的设备。图1是镍镉电池

充电特性示意图。

2.系统硬件组成

电池智能激活装置整个系统由控制

控制中心及晶闸管充放电电路。采用三相电源供电控制

控制中心由 224

1.9

1.8

言l7

脚

1-6

1.5

1.4

l3

1.2

时间,s

图1 镍镉电池充电特性

如图。

及模拟量输入输出外设扩展模块EM23，三相隔离

变压器驱动整流逆变电路，给镍镉电池组供电，同时控制

控制中心采集NiCd电池组的实时状态，并将控制结果反馈给

整流、逆变控制电路。上述动作构成控制回路。

PLC采用S7单元CPU-224。

测试和控制？

主要特点为：集成14个输入/10个输出，共24个数字量1D点。

可连接7个扩展模块，最大扩展到168个数字量ldO点

或35个模拟1D点。16K字节的程序和数据存储空间，

还包括6个独立的30kHz高速计数器。2个独立的

20kHz高速脉冲输出.带PID控制器,1个RS485通讯

通讯、编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议及自由方

ldO端子也可以轻松整体拆卸。

控制能力更强的控制器。

EM235模拟量扩展模块提供模拟量输入和输出

功能，4个模拟输入，2个模拟输出（实际物理

点数：4个输入，1个输出），适用于复杂的控制场合，

直接连接具有 12 位分辨率和多个输入的传感器和执行器

输入和输出范围可与传感器和执行器兼容，无需外部放大器

直接连接，例如模块可直接连接PT100热电阻

当实际应用发生变化时，可对PLC进行相应的扩展。

并且用户程序可以非常容易地调整。

TD-200文本显示器与S7相控制器连接

2行带大小、支持中文、彩色10个字符、线条（中文）、背景

光源平均亮度寿命（25℃），操作员控制薄膜键盘，可编程

4个功能键、5个系统键、接口1~RS485。

示意图见图2。

2.1 控制中心

控制部分以PICPU-224为核心，拥有14个

10点开关量输入，10点开关量输出，外扩EM235

用于模拟输入和输出。人机界面由文本显示器组成

TD200 完成通信。TD200 与

低质量

控制中心

图2 系统原理图

如图。

数据。操作员可以使用 TD200

设定本设备的充电电流值。

限制保护电压值，充电

时间、电池组保质时间、放电

时间和放电电流值等工作参数

号码。接收外设

开关信号和EM235给出

其模拟信号自动

设备工作过程及工作状态

如果外部

如果发生流动故障，则停止所有工作状态，并发出声音和视觉警报。

可通过EM235输出报警信号，通知工作人员前来维修。

模拟信号给定BSC6F-1型（BSC6F-1为全数字可控

硅触发板)晶闸管触发板控制晶闸管的导通角

设备的输出电流和其他参数由小的

数字化、智能化。

2.2 充电逆变器主电路

主要由隔离变压器、三相全桥组合晶闸管、全数字

晶闸管触发板采用Y/D-11接法组成。

晶闸管触发板采用BSC6F-1型，采用数字触发器[41]。

六个脉冲的对称性不需要调整，并包含相序自检测电路[5]，

触发板本身具有过压，过流等保护及软启动功能。

3 工作过程及其特点

电池的激活，即容量恢复，包含三个阶段。

该阶段是电池的深度放电。电能被转换成

将电池组的直流电逆变后反馈回电网，即电池组的恒流放电

TD200显示电池组电压、放电电流和放电时间。

放电电流一般为0.2CA（C为电池组的容量）。

电池组放电终止电压为I~NV（N为电池组数量）。

电池的放电过程其实就是一个化学反应的过程。

电压放电到1V，相当于电池的深度放电。

电池组不能立即充电，否则会影响电池组的使用。

第二阶段是电池组存储过程。

记录电池组的搁置时间。当搁置时间达到设定的时间（

搁置时间一般应设置为2小时）并自动进入第三阶段

电池组均衡充电，电池组均衡电流为0.2CA。

整个过程由两个步骤组成，分别是恒流充电阶段和恒压限流阶段。

整个过程由控制中心协调。一般情况下，电池组会进行充电。

条件为充电8小时或者单块电池电压升至1.65V。

整个活化过程由PLC控制中心控制。

无需人工操作即可完成。

4 软件设计

编程语言为梯形图，编程软件为

STEP7 MICRO/整个程序由两部分组成，即

TD200配置及主程序。主程序流程图如图3所示。

TD200的组态也是通过STEP7完成的。

配置包括四个按钮，分别对应

内部中间存储

M0.0至M0.3，共34条中文信息

需要显示。信息占用

变量存储器V0.0～V1500。梯形图

计时器的写作主要用到数学

逻辑运算和其他指令。因为它们需要激活

该设备必须具有恒定电流输出。

通过 EM235 进行模拟输出

给晶闸管触发板BSC6F-1电流

需要模拟PI操作来设置该值；