基于双向变流技术的蓄电池充放电装置

  介绍了双极性把持的全桥SPWM双向变流器的零碎形成及原理,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,它完成了能量双向流动,与传统的晶闸管充放电设备相比,存在重量轻、体积小、效力
高、噪音低和对电网净化小等利益。对绿色节能事业的发展存在重意义。 

  关键词变流器;蓄电池;脉宽调制/充放电 

  1 引言 

  蓄电池是运用最宽泛的储能元件,它在生产过程中需进行充放电测试。传统放电设备所采取
的方法有两种一是串接负载电阻放电,蓄电池能量间接损耗在大功率电阻的发热上;二是采取
晶闸管有源逆变体式格局,将能量返回电网,但因为其反馈电压波形为方波,电流含有大批的高次谐波成份,对电网形成严重谐波净化,而且运行时电磁噪声大,并网功率因数低,因而会损失大批的无功电能。随着电力电子技巧与盘算机技巧的发展,采取
先进的SPWM双向 

  变流技巧能够完成蓄电池的充放电把持。采取
该技巧充放电时,并网电压波形为正弦波,电流波形濒临正弦波,对电网的谐波净化较小,且运行噪声低,体积小,解决了传统充放电方法的诸多缺点,大大提高了效力
,下降了能耗。 

  2 零碎的事情原理 

  零碎原理如图1 所示,主由恒流充放电及变流两大部分组成,恒流充/放电部分把持电池的充放电电流并完成恒流充放电,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网,同时按照放电电流巨细改变负载的巨细,而在充电时,电网的正弦交换
电经SPWM整流滤波后,对蓄电池充电,同时按照充电电流巨细调节SPWM把持的占空比,图2 示出其电路拓扑布局。 

  2.1 充电模式 

  图2 电路采取
单相全桥电压型PWM整流器(VSR)布局1,因在单相VSR 交换
侧到直流侧的转变呈现Boost 变换器特征,所以双极性把持下的单相VSR 直流回路方程为3 

  式中C1 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。采取
坐标平移,并考虑到稳态前提下各种方程的初始前提,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 为网侧电流基波峰值;Ts 为开关周期;Dk 为占空比。为了提高蓄电池的充电转化效力
,参数C1,Ts和Dk 需挑选合适的值。 

  2.2 放电模式 

  图3 示出Buck 变换器电路拓扑布局2。 

  在开关导通形态终止时,即t=ton 时,滤波电感L2 中的电流到达最大值2,即 由此可得 

  式中 为变换器输入电流的最小值。 

  所以,滤波电感按L2≥(Ui- Uo)ton/(2Iomin)盘算,滤波电容按C2=Uo(1- Uo/Ui)/(8L2 f2△Uo盘算。无非,按照该式挑选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,从而使其事情状况恶化。因而,在详细电路中,布局和参数的设置不仅考虑两种不同的模式,还考虑开关管寄生电容和变压器次级漏感等。 

  3 零碎设计 

  3.1 零碎的软件设计 

  变流安装的驱动把持器中心芯片采取
PIC16F73型单片机,软件设计流程如图4 所示。PWM输入的是方波,经积分后变成三角波,同步中断的目的是使查表输入的正弦波与电网同步,输入的正弦波与三角波相比较发生所需的SPWM信号输入。 

  3.2 零碎的主电路布局 

  零碎的主电路布局如图5 所示,主包括直流侧电感、电容、交换
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网,但对于三相电网其布局类似。直流侧滤波电感L3 滤除谐波,安装开始事情前,先对电容C3 预充电,其中留意,在传统的逆变电路布局中,C3 是滤波电容,它的挑选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 主起储能作用,使电能到达平稳传输;预充电需加一个庇护电阻,以防止在电源开关合上瞬间因C3 的初始电压为零而发生较大的短路冲击电流。放电模式下,交换
侧变成包络线为正弦转变的电压波形,其中滤波电感L4 应挑选不易饱和的磁芯,升压后回馈电网。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网隔离,并完成充放电蓄电池的电压婚配,还需留意的是,Buck 变换器为降压型,而Boost 变换器为升压型,因而在放电、充电模式下,变压器的变比也不一样,线圈有两组抽头,用开关切换到对应的事情模式。 

  4 实验结果及故障庇护 

  按照所供应的双向变流技巧把持方法,研制出1 kW样机,恒流精度达±0.3 % 。实验波形如图6 所示,样机回馈电网电压Uo 波形为50Hz 正弦波,放电电流交换
纹波△i 较小,蓄电池放电电流Io=20A时,△i<180 mA。表1 示出蓄电池电压别离为60V,48V,蓄电池电流设定值别离在10A,15A,20A 形态下的电流实际测量值,经过盘算,恒流精度均在±0.3 % 之内。 

  这类蓄电池充放电安装除应具有
一般的电源庇护功效,如过流、短路、蓄电池过充过放、散热器超温等,特别还应存在过载的防止和庇护功效。在放电模式下,变流器在电网断电时仍能保持对失压电网中的一部分线路继续供电的形态,这样有可能使变流器过载,并对外部设备形成损坏或发生触电安全事故,因而必需在变流器并网前接入接触器,以确保过载时变流器与电网及时断开。 

  5 结论 

  蓄电池充放电安装采取
双向SPWM变流技巧后能够方便地完成并网充放电电流的正弦波形和恒流充放电,对电网净化较小,因而是高效节能的绿色电源。零碎功率开关器件选用IGBT,通过独特的把持电路设计,其开关事情频率能够到达40 kHz,回馈电网的正弦波形的畸变率很小,噪声很低。把持电路采取
通用的PIC 单片机把持,本钱

撑持较低。零碎设计能够顺应不同电压等级和范例的蓄电池生产和保护
,尤其适用于二次电池检测对充放电电流精度求较高的场合。因为该安装存在优秀的把持性能和经济指标,其推广应用前景优秀,实用代价较高。 

  参考文献 

  1 Ching-Tsai Pan,Jenn-Jong Shieh.NewSpace-Vector ControlStrategies for Three-phase Step UP/Down AC/DC converterJ.IEEE Trans. on Ind Electronics,2000,47(1)25- 35. 

  2 叶慧贞,杨兴洲.新鲜开关稳压电源M.北京国防工业出版设,1999. 

  3 张崇巍,张兴.PWM整流器及其把持M.北京机器工业出版社,2003. 

  

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