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一種高效的電池充電系統(tǒng)的制作方法

文檔序號:12727789閱讀:414來源:國知局
一種高效的電池充電系統(tǒng)的制作方法與工藝

本發(fā)明涉及一種電池充電裝置,尤其涉及一種基于電流源型PWM整流器的高效電池充電系統(tǒng)。



背景技術(shù):

隨著城市環(huán)境與石油資源問題的日益嚴(yán)重,人們對電動汽車相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的研究日益增加。而作為高效儲能裝置的動力電池,已成為電動汽車主要動力源。在現(xiàn)有不同種類電池中,因磷酸鐵鋰電池具有功率、能量密度高,充、放電率大,循環(huán)壽命長以及安全性好等優(yōu)點(diǎn)被應(yīng)用于電動汽車,以替代鎳氫、鉛酸蓄電池。傳統(tǒng)燃油汽車可在短時間內(nèi)完成加油,然而如何高效、安全地實(shí)現(xiàn)電動汽車能量的補(bǔ)充,已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問題。

充電方法中,恒壓(CV)、恒流(CC)和恒流-恒壓(CC-CV)這3 種充電策略使用最為廣泛。CV充電因其結(jié)構(gòu)簡單、成本低,在商業(yè)產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用,但充電電流相對較小,導(dǎo)致充電時間較長。為了縮短充電時間,提出了CC充電策略,然而由于CC充電很難準(zhǔn)確判斷電池是否充滿,容易引起電池過充或欠充,造成電池性能下降。結(jié)合CV充電與CC充電的優(yōu)點(diǎn),形成了CC-CV充電策略。CC-CV 充電策略起始采用CC充電,當(dāng)電池端電壓達(dá)到設(shè)定值時,即轉(zhuǎn)換為CV 模式進(jìn)行補(bǔ)足充電。當(dāng)采用大電流充電時,電池極化嚴(yán)重,端電壓將較快達(dá)到轉(zhuǎn)換電壓值,雖然縮短了CC充電段的時間,但同時增加了CV 充電時間,使總充電時間基本不變,因此,不能滿足快速、高效的充電要求。

電流源型整流器CSR(Current Source Rectifier)具有功率因數(shù)可調(diào)、網(wǎng)側(cè)諧波電流抑制、電流直接控制、結(jié)構(gòu)簡單以及降壓輸出等特點(diǎn)。因此,利用三相CSR拓?fù)淠軌驅(qū)崿F(xiàn)單級AC-DC降壓變換,繼而滿足非隔離-高效-大功率電池充電器的要求。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

為了克服大電流充電時,電池極化嚴(yán)重,不能滿足滿足快速、高效充電的問題,本發(fā)明提出一種高效的電池充電系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是。

采用三相CSR 作為電池充電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),在傳統(tǒng)CC-CV 充電策略基礎(chǔ)上,提出一種基于模糊控制策略的CC、CV模式切換算法。

高效的電池充電系統(tǒng)包括主電路、CC-CV充電控制環(huán)節(jié)、功率因數(shù)控制三個環(huán)節(jié)組成。

所述主電路采用三相電流源型整流器CSR,具有功率因數(shù)可調(diào)、網(wǎng)側(cè)諧波電流抑制、電流直接控制、結(jié)構(gòu)簡單以及降壓輸出等特點(diǎn)。

所述功率因數(shù)控制環(huán)節(jié)中,直接電流控制因采用雙閉環(huán)控制策略,其抗擾動性能及電流跟隨性較好,當(dāng)CSR的主電路參數(shù)一定時,間接電流控制同樣可以很好地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流的控制,其控制方法簡單、成本低,故可適用于三相CSR的控制。

所述CC-CV充電控制環(huán)節(jié),其轉(zhuǎn)換電壓直接決定電池充電速度與循環(huán)壽命,基于模糊控制策略的CC-CV 充電模式切換算法,即依據(jù)電池內(nèi)部反應(yīng)機(jī)理與外部充放電特性,通過初始SOC、充電電流智能實(shí)現(xiàn)2種充電方式之間的轉(zhuǎn)換。

本發(fā)明的有益效果是:采用具有延遲角修正功能的間接電流控制策略,不僅改善了因LC濾波器對系統(tǒng)功率因數(shù)的影響,而且無需坐標(biāo)變換與鎖相環(huán)檢測環(huán)節(jié),降低了系統(tǒng)的計(jì)算量。模糊控制策略的CC、CV充電模式切換算法,即依據(jù)電池內(nèi)部反應(yīng)機(jī)理與外部充放電特性,通過SOC0、充電電流智能實(shí)現(xiàn)2種充電方式間的轉(zhuǎn)換。

附圖說明

圖1 三相SCR主電路。

圖2 三相CSR充電系統(tǒng)控制策略。

具體實(shí)施方案

圖1中,整流器通過濾波電感L、電容C組成二階低通濾波器與電網(wǎng)相連,起到濾除高頻開關(guān)分量的作用。開關(guān)器件 (i = a,b,c;j=1,2)采用IGBT與二極管串聯(lián)結(jié)構(gòu),以提高器件電壓反向阻斷能力;在輸出側(cè)并聯(lián)二極管VDW,直通狀態(tài)時電流經(jīng) 續(xù)流,不僅有效防止因整流器開關(guān)管故障而引起的直流側(cè)開路,且能減小導(dǎo)通損耗、簡化控制邏輯。此外,為了平滑輸出電流,在直流側(cè)串聯(lián)電感 。

當(dāng)系統(tǒng)工作在單位功率因數(shù)時,交流側(cè)電流滯后角 與電網(wǎng)頻率、濾波電容C、網(wǎng)側(cè)電流峰值Um成正比,與直流側(cè)電流 、調(diào)制因數(shù) 成反比。當(dāng)電網(wǎng)電壓和電容C保持不變時,根據(jù)CSR 系統(tǒng)的運(yùn)行工作點(diǎn)( 與 ),容易計(jì)算出滯后角 。然后,通過對網(wǎng)側(cè)電壓信號進(jìn)行延遲修正,即得到正確的相位指令信號,從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)控制。

選取電池初始SOC(記作SOC0)、充電電流 作為模糊控制器的輸入量,模式轉(zhuǎn)換電壓 作為模糊控制器的輸出量。模糊控制器根據(jù)系統(tǒng)輸入量SOC0與 ,通過模糊控制規(guī)則獲得相應(yīng)的模式轉(zhuǎn)換電壓,摒棄了常規(guī)充電模式中僅依據(jù)固定電壓作為電池充電結(jié)束的單一化判據(jù),從而在不影響電池壽命的前提下,實(shí)現(xiàn)對電池組的高效快速充電。CV充電模式時,系統(tǒng)通過控制輸出電壓來調(diào)節(jié)輸出電流,故需要電壓外環(huán)與電流內(nèi)環(huán)級聯(lián)控制結(jié)構(gòu);而CC充電模式時,即采用單閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)。由于CC控制環(huán)路即為CV控制的電流內(nèi)環(huán),為了避免冗余。

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