基于双向变流器的蓄电池充放电技术
1 导言 蓄电池，作为一种极端便利的可移动供电设备，其充放电的电流巨细一般用M来表明，蓄电池容量的高低于M本身的实践值巨细密不可分。让我们进行举例阐明，以实践的容量100Ah的蓄电池：M为100A。以骆驼牌的铅酸电池作为比如进行简单的阐明，骆驼电池的最佳充电电流应为0.1M，其充电电流不可以大于0.3M。充电办法有很多种，最为抱负的充电办法是分阶段定电流充电。该办法即在刚开始充电的时分对蓄电池本身选用极大的充电电流对其进行充电。充电电流的巨细一般将其值规划为0.1M，若充电电流超越0.3M时可以为此刻即为过电流充电。假如想有效防止充电状况的蓄电池呈现瞬时过电流和瞬时过电压，那么就得稳重选用超级快充功能。 2 电动轿车蓄电池充放电的拓扑及操控办法 2.1 蓄电池充放电功能规范 因其优胜的功能，广泛的用处，商场的需求，蓄电池很快得到了大范围的普及。但由于各个公司之间研究方向，产品规划等方面存在差异，这样就呈现产品关键参数、具体功能等差其他现状。商场上短少一致的功能规范，必然会让顾客陷入苍茫境地，从而使得商场不够规范。行业内迫切的需求制定一致的规范。以电动轿车蓄电池为例，工信部于2011年就传导式蓄电池充放电制定了包括蓄电池充放电的界说、工艺要求、构成、输入输出参数等制定了相应的规范。参照我国现行国标可知，蓄电池的正常作业电压应处于其额外输入电压的220±15%伏范围内，正常作业频率则应与其额外频率50赫兹接近，误差不能超越2%。 2.2 蓄电池充放电结构 就提高蓄电池充放电的实用性而言，要考虑的要素有效率、体积、质量等等。开关电源的各项功能都优于线性电源。就此看来，在蓄电池充放电技能规划中必然挑选开关电源技能作为规划方案。依据电能改换次数的不同可将其分为不同的改换级数。本文根据规划需求挑选两级电能改换级数，像其他种类还有单级、三级等不同种类。如图2.1所示为单级蓄电池充放电结构，首先进行整流作业，把交流电转换成直流电从而接入负载。单级改换具有成本相对较低、完结容易、使用广泛等特点。但因其仅有一级结构，过于简单的结构使得其功能远不够优良，实践使用中难以完结预期效果。所以单极结构在蓄电池充放电中很少使用。 图2.1单级电能改换结构 如图2.2两级电能改换结构为两级电能改换示意图。与单级结构的不同在于在单级结构的这一基础上新增了DC/DC改换器。坐落最远处的AC/DC改换器由PFC所组成。它通过对电流进行了整流并有谐波和畸变使直流向下级转化成安稳直流，这正是两级结构与一级结构的最大不同之处，也是决定二者功能的分水岭。以MOS管为核心部分的逆变电路及其DC/DC改换器能将前级运送而来的安稳直流电转换成高频脉冲信号。在此情况下，发生的电压一般略高于正常区间，需求进一步凭借变压器进行降压处理。前级PFC电路和后级DC/DC电路分别属于非隔离型与隔离型，后者只有依托变压器才干顺利完结降压目的，故而存在诸多拓扑选项。与单级改换比较，两级改换无论是作业原理还是规划难度都远大于单级改换，不过其功能远优于单级改换。 图2.2两级电能改换结构 3 硬件电路规划及测试 3.1 前级AC/DC电路规划 单周期操控电路的拓扑结构能起到减轻输入电压的搅扰的效果，故而成为PWM开关电路、谐振电路等部分的常用规划元素。 从理论上说使用单周期操控电路可削弱输入电压对其本身形成的搅扰。而实践上，抱负元器件在现实中是不存在的，不论是开关管、晶体管，或是二极管。同时瞬间也无法将整个积分的进程完全完结，由此看来，电路的规划就显得尤为重要。 在一个开关周期之中，它的改动特别的不明显，即可被视为是恒定的。因而，积分器将会输出线性的斜坡。 妥善设定单周期操控对应的PWM输入信号，无疑是完结对升压电路(Boost)改换器所生成的边缘触发信号的准确操控的必要前提。升压电路转换器的占空比首要取决于参阅阈值，其首要效果是调控输出电压与功率因数。参阅阈值相当于积分器将以下两者的斜率信号相整合的产品：其一是输出电压，其二是输入电流。这样就可以疏忽直接采样线电压，此为其长处之一。 3.2 硬件模块测试 3.2.1 后级DC/DC电路移相驱动脉冲 在开环测试条件下，进行驱动测试。首先要测试在不同的占空比之下时的PWM波形。将占空比设置为0.3时，PWM波形如图3.12(b)所示。假如占空比设置为0.4时，则PWM波形如图3.12(a)所示。观察可知，两路驱动波形呈现了死区对称的现象。这样即满意了MOS管驱动要求，又能有效防备变压器呈现磁饱满。 3.2.2 逆变器输出电压 在逆变器输出波形测试环节，首要选用的东西是直接直流改换器样机，并将其设置成开环模式。此项测试的初衷是判断在抗积分饱满程序的限幅处于0.3占空比与0.4占空比区间的时分，主电路有没有短路问题，抑或变压器磁饱满问题。逆变器输出的电压同预想结果简直一致。其输出的波形安稳无谐波。抱负的波形图充分证明，在上面说到的隔离驱动办法成功满意了电路作业的需求。即便在抗饱满积分的限幅处，也未曾有脉冲不对称和误导通现象的存在。综上论述，该PWM满意规划所需。 结论 国家大力推广的新能源轿车，废旧电池收回再利用等都是当下炙手可热的项目。蓄电池充放电技能便是其中的核心技能之一。为完结该规划所做的作业由： (1)硬件拓扑结构的规划，为保证采样信号和输出信号的安稳性和较高的功率因数。整个硬件拓扑结构选用常用的升压电路（Boost）与PFC电路，后者可以起到调控EMI目标与功率因数的效果。前级AC/DC部分对应的是单周期操控模式，后级DC/DC部分首要依托MOS管与DSP芯片完结操控，这样就可以建立起双闭环操控系统，其中包括电流内环和电压外环。 (2)挑选MATLAB软件自带的simulink系统作为仿真模仿东西，规划一套准确的直流改换器模型和根据此模型的惯例双闭环PI。并且，由simulink操控区代替电压外环的PI操控。对两种不同类型的操控量均进行模仿仿真实验，比照二者波形图。simulink操控在各方面功能均优于惯例PI操控，特别体现在安稳性和更小的超调量。综上所述：在蓄电池充放电操控中应当挑选simulink操控办法。
