基于双向变流技术的蓄电池充放电装置

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1、基于双向变流技术的蓄电池充放电装置　　：介绍了双极性控制的全桥SP双向变流器的系统构成及原理，并在此基础上研制出一种新型的基于双向逆变整流的蓄电池充放电设备，它实现了能量双向流动，与传统的晶闸管充放电设备相比，具有重量轻、体积小、效率高、噪音低和对电X污染小等优点。对绿色节能事业的发展具有重要意义。　　关键词：变流器；蓄电池；脉宽调制/充放电　　1引言　　蓄电池是使用最广泛的储能元件，它在生产过程中需要进行充放电测试。传统放电设备所采用的方法有两种：一是串接负载电阻放电，蓄电池能量直接损耗在大功率电阻的发

2、热上；二是采用晶闸管有源逆变方式，将能量返回电X，但由于其反馈电压波形为方波，电流含有大量的高次谐波成分，对电X造成严重谐波污染，而且运行时电磁噪声大，并X功率因数低，因此会损失大量的无功电能。随着电力电子技术与计算机技术的发展，采用先进的SP双向　　变流技术可以实现蓄电池的充放电控制。采用该技术充放电时，并X电压波形为正弦波，电流波形接近正弦波，对电X的谐波污染较小，且运行噪声低，体积小，解决了传统充放电方法的诸多缺点，大大提高了效率，降低了能耗。　　2系统的工作原理　　系统原理如图1所示，主要由恒流充

3、放电及变流两大部分组成，恒流充/放电部分控制电池的充放电电流并实现恒流充放电，变流部分在放电时作为蓄电池放电的可变负载，并把放电能量逆变回馈电X，同时根据放电电流大小改变负载的大小，而在充电时，电X的正弦交流电经SP整流滤波后，对蓄电池充电，同时根据充电电流大小调节SP控制的占空比，图2示出其电路拓扑结构。　　2.1充电模式　　图2电路采用单相全桥电压型P整流器（VSR）结构[1]，因在单相VSR交流侧到直流侧的变化呈现Boost变换器特性，所以双极性控制下的单相VSR直流回路方程为[3]：　　式中：C1

4、为直流侧电容；RL为直流负载电阻；idc（t）为直流侧电流；udc（t）为直流侧电压。　　显然VSR的idc（t）到udc（t）的传递环节为一阶惯性环节。采用坐标平移，并考虑到稳态条件下各种方程的初始条件，容易求得第k个开关周期直流侧电压脉动峰峰值为：　　式中：Im为X侧电流基波峰值；Ts为开关周期；Dk为占空比。为了提高蓄电池的充电转化效率，参数C1，Ts和Dk需选择合适的值。　　2.2放电模式　　图3示出Buck变换器电路拓扑结构[2]。　　在开关导通状态终止时，即t=ton时，滤波电感L2中的电流达

5、到最大值[2]，即：由此可得：　　式中：为变换器输出电流的最小值。　　所以，滤波电感按L2≥（Ui-Uo）ton/（2Iomin）计算，滤波电容按C2=Uo（1-Uo/Ui）/（8L2f2△Uo计算。不过，根据该式选择LC数值时，L2不能过小。若L2过小，其电流脉动将会急剧增大，流过开关管的最大电流增加，从而使其工作状况恶化。因此，在具体电路中，结构和参数的设置不仅要考虑两种不同的模式，还要考虑开关管寄生电容和变压器次级漏感等。　　3系统设计　　3.1系统的软件设计　　变流装置的驱动控制器核心芯片采

6、用PIC16F73型单片机，软件设计流程如图4所示。P输出的是方波，经积分后变成三角波，同步中断的目的是使查表输出的正弦波与电X同步，输出的正弦波与三角波相比较产生所需的SP信号输出。　　3.2系统的主电路结构　　系统的主电路结构如图5所示，主要包括直流侧电感、电容、交流侧电感、抽头变压器、IGBT模块和4个全桥整流二极管组成的变流电路。　　该主电路适用于单相电X，但对于三相电X其结构类似。直流侧滤波电感L3滤除谐波，装置开始工作前，先对电容C3预充电，其中要注意，在传统的逆变电路结构中，C3是滤波电容，

7、它的选择与逆变器母线电压和充放电电流有关。而在图5电路中，C3与L3主要起储能作用，使电能达到平稳传输；预充电需加一个保护电阻，以防止在电源开关合上瞬间因C3的初始电压为零而产生较大的短路冲击电流。放电模式下，交流侧变为包络线为正弦变化的电压波形，其中滤波电感L4应选择不易饱和的磁芯，升压后回馈电X。另外，变压器也起到安全隔离作用，保证蓄电池的正负极与电X隔离，并实现充放电蓄电池的电压匹配，还需注意的是，Buck变换器为降压型，而Boost变换器为升压型，因此在放电、充电模式下，变压器的变比也不一样，线圈

8、有两组抽头，用开关切换到对应的工作模式。　　4实验结果及故障保护　　根据所提供的双向变流技术控制方法，研制出1k变流技术后可以方便地实现并X充放电电流的正弦波形和恒流充放电，对电X污染较小，因此是高效节能的绿色电源。系统功率开关器件选用IGBT，通过独特的控制电路设计，其开关工作频率可以达到40kHz，回馈电X的正弦波形的畸变率很小，噪声很低。控制电路采用通用的PIC单片机控制，成本较低。系统设计可以适应不同电压等级和类型的蓄