CN104600775A - 一种蓄电池活化并网放电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种蓄电池活化并网放电装置，包括主电路单元和控制单元，主电路单元包括依次连接的升压电路、逆变电路和滤波电路，蓄电池连接升压电路的输入端，滤波电路的输出端连接电网，控制单元包括控制器和驱动电路，控制器控制连接驱动电路，驱动电路用于对升压电路和逆变电路中的功率管进行驱动。本发明通过升压电路、逆变电路和滤波电路，将蓄电池的电能反馈给电网，取代传统的发热方式的放电方法，大大减少了能量损失并符合国家的节能减排政策。

Description

一种蓄电池活化并网放电装置
技术领域
本发明涉及一种蓄电池活化并网放电装置。
背景技术
在工业领域中，蓄电池作为备用电源一直起着重要的作用。蓄电池在日常使用和维护中，为了检测电池容量状态以及活化电池，必须定期进行放电试验。随着国家“节能减排”政策的深入人心，能馈式蓄电池放电装置成为近年来的研究热点。
蓄电池使用一段时间就需要维护，进行充放电以活化，而且蓄电池还需要进行周期性的核容放电以及内阻测量。传统的蓄电池活化放电过程，是将电能通过电阻、电炉等负载消耗掉。这样的放电方式存在以下缺点：(1)电池能量转换成热能耗散在空气中，造成了能源的巨大浪费；(2)由于大量的热量消耗，造成环境温升，散热处理比较繁琐，影响安全(火灾隐患和人身安全)和降低了设备的绝缘，加速了电阻的老化，大大降低了装置的可靠性和安全性，缩短了周围设备的使用寿命；(3)电池的放电电流的控制是有级调节，使得放电精度不高，而且在放电过程中，随着蓄电池端电压的变化及电阻值随温度的变化，放电电流不能保持恒定，对蓄电池的测量结果造成较大的偏差；(4)耗能元件往往体积大、重量重，因而整个放电装置笨重；(5)维护人员的劳动强度大，不适合电站的完全无人值守。
发明内容
本发明的目的是提供一种蓄电池活化并网放电装置，用以解决传统的放电方式造成的能源浪费的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括一种蓄电池活化并网放电装置，包括主电路单元和控制单元，主电路单元包括依次连接的LLC升压电路、逆变电路和滤波电路，蓄电池连接LLC升压电路的输入端，滤波电路的输出端连接电网，控制单元包括控制器和驱动电路，控制器控制连接驱动电路，驱动电路用于对LLC升压电路和逆变电路中的功率管进行驱动。
控制单元还包括用于采集放电装置的电参数的采样电路、用于对主电路单元进行保护的保护电路和用于对外通信的通信电路，电参数至少包括蓄电池的电压、蓄电池的电流、直流母线的电压、电网电压和电网电流，对主电路单元进行保护至少包括蓄电池输入电压的过/欠压保护和输出电网电压的过/欠压保护。
LLC升压电路和逆变电路之间连接一个EMI滤波电路。
放电装置还包括用于为控制单元提供工作电压的两个辅助电源单元：第一辅助电源单元和第二辅助电源单元，第一辅助电源单元输入连接蓄电池的输出端，第二辅助电源单元输入连接电网。
放电装置还包括一个用于设置和显示放电装置的电参数的人机接口单元。
LLC升压电路由三路LLC谐振全桥升压电路并联构成。
本发明通过LLC升压电路、逆变电路和滤波电路，将蓄电池的电能反馈给电网，取代传统的发热方式的放电方法，大大减少了能量损失并符合国家的节能减排政策。
另外，LLC升压电路将蓄电池的低压宽范围电压变换成较高的直流母线电压，同时实现电池的恒流放电控制；滤波电路能有效滤除高频分量。
附图说明
图1是本发明实施方式原理结构示意图；
图2是LLC升压电路示意图；
图3是升压控制示意图；
图4是逆变电路示意图；
图5是逆变控制示意图；
图6是滤波电路示意图；
图7是滤波控制示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
一种蓄电池活化并网放电装置，包括主电路单元和控制单元，主电路单元包括依次连接的LLC升压电路、逆变电路和滤波电路，蓄电池连接LLC升压电路的输入端，滤波电路的输出端连接电网，控制单元包括控制器和驱动电路，控制器控制连接驱动电路，驱动电路用于对LLC升压电路和逆变电路中的功率管进行驱动。
基于以上技术方案，结合附图，给出以下一个具体实施方式。
如图1所示，该蓄电池活化并网放电装置包括主电路单元、控制单元、辅助电源单元和人机接口单元。
主电路单元包括依次连接的LLC升压电路、逆变电路和滤波电路，蓄电池连接LLC升压电路的输入端，滤波电路的输出端连接电网。
LLC升压电路以LLC谐振全桥升压电路为例。
如图2所示，LLC谐振全桥升压电路将40VDC-90VDC低压宽范围输入蓄电池电压变换成394VDC的直流母线电压，同时实现电池的恒流放电控制。三路LLC谐振全桥升压电路输入的正(VIN+)彼此相连、负(VIN-)彼此相连并分别与蓄电池组的正极、负极相连，输出的正(VDC+)彼此相连、负(VDC-)彼此相连。
如图3所示，实际的放电电流与放电给定电流相比较后，其误差信号经PI调节器后送入PWM调频控制器，再由PWM调频控制器产生占空比为0.5频率可调的PWM信号，该PWM信号再经驱动电路去控制该升压电路的开关器件COOLMOS，便可使实际的放电电流跟踪给定电流，从而达到恒流放电的目的。总的放电电流均分三份，则为每路LLC谐振全桥升压电路的放电给定电流，同时放电电流缓慢达到给定值。
控制并网电流跟踪指令电流，并控制直流母线电压稳定，达到高功率因数、低谐波污染的目的。如图4所示，LLC谐振全桥升压电路与DC/AC逆变电路之间增加了一级EMI滤波电路，可以减少两级线路之间的干扰。DC/AC逆变电路同时采用功率管IGBT并联技术，来增加并网放电容量。
如图5所示，DC/AC逆变电路采用双环控制，直流电压外环保持母线电压为恒定的394V，外环控制器的输出作为内环的给定，即给定电流环的幅值指令，同时加入电网电压的前馈；锁相环保持并网电流与电网电压同频同相，电流内环控制并网电流大小。达到并网的功率因素为0.99，电流PHD小于2％，输出电流可以达到120A，电网电压与逆变输出电压同步。电网前馈控制KPWM采用PI+PR控制策略，PR控制器在谐振频率处增益无穷大，而在非谐振处增益很小，可以提高指定频率的增益，从而加强对某次谐波的抑制。
如图6所示，LCL滤波器是三阶滤波器，能有效滤除开关频率的高频分量，减小无源元件LCL的体积和重量，具有良好的滤波效果。C1——C5的并联电容值为C，R1——R5的并联电阻值为R。
滤波控制如图7所示，L1、L2、C、R即为图6中的L1、L2、C、R，Vr为电压外环的输出信号，Vg为电网电压。
双环控制的参数设计较复杂，但能够较好地抑制LCL的谐振峰，使***的稳定裕度增加，对不同电网情况的适应性也优于单环控制。
控制单元包括主控制器、驱动电路、采样电路、保护电路和通信电路，主控制器控制连接驱动电路、保护电路和通信电路，主控制器采样连接采样电路。采样电路可以只有一个，为了减轻一个采样电路的工作负担，也可以设置两个采样电路分工进行采集。
主控制器包括以下几部分：控制芯片L6599、DSP控制芯片TMS320F2812和控制芯片PIC16F877A。
驱动电路实现对LLC升压电路功率管的驱动及DC/AC逆变电路功率管的驱动。控制芯片L6599输出两路PWM，经驱动电路中的驱动芯片UCC27324及隔离变压器，输出四路PWM，增加驱动能力，来控制LLC全桥升压电路的功率管；DSP控制芯片TMS320F2812输出四路SPWM，经驱动电路中的光耦隔离、NPN与PNP组成的达林顿电路及隔离驱动变压器，增加驱动能力，来控制DC/AC逆变电路的功率管。
采样电路实现对各种电参量的采样，采用两个采样电路进行采集参数值：一个采样电路采集蓄电池的电压、蓄电池的电流、直流母线电压、LLC原边电流，将采样信号调理成0——5VDC之间的信号，传输给控制芯片PIC16F877A；另一个采样电路采集电网电压、电网电流、电网频率、LCL参数(电感L1的电流、电容C的电压、电感L2的电流)、母线电压，将采样信号调理成0——3.3VDC之间的信号，传输给DSP控制芯片TMS320F2812。
保护电路实现对主电路单元的保护，包括蓄电池输入电压的过/欠压，输出电网电压的过/欠压，LLC升压电路的过温、过流，直流母线电压的过/欠压，DC/AC逆变电路的过温、过流。采样信号调理后的电压信号与计算保护点的基准电压进行比较，当出现故障时，将驱动电路的PWM信号关闭，从而使开关管始终处于关断状态，达到对装置的保护功能。
通信电路用于与其它装置的通信。通过RS485接口与***电路配置或者通过CAN接口与***电路配置同其它装置(监控装置)通信，进行协调工作。
辅助电源单元用于给控制单元提供工作电压。辅助电源单元包括辅助电源单元1和辅助电源单元2，辅助电源单元1输入连接蓄电池的输出端，辅助电源单元2输入连接电网。
人机接口单元能够设置和显示装置参数。通过三个按键、三个指示灯及数码管可以设置放电电流，显示内容的调换，查看装置的工作状态(运行、故障、保护)，显示输入电压/电流。
该装置通过升压电路、逆变电路和滤波电路，将蓄电池的电能反馈给AC220V电网，实现了电能的回收，取代传统的发热方式的放电方法，大大减少了能量损失并符合国家的节能减排政策。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种蓄电池活化并网放电装置，其特征在于，所述放电装置包括主电路单元和控制单元，所述主电路单元包括依次连接的LLC升压电路、逆变电路和滤波电路，蓄电池连接所述LLC升压电路的输入端，所述滤波电路的输出端连接电网，所述控制单元包括控制器和驱动电路，控制器控制连接驱动电路，驱动电路用于对LLC升压电路和逆变电路中的功率管进行驱动。
2.根据权利要求1所述的蓄电池活化并网放电装置，其特征在于，所述控制单元还包括用于采集所述放电装置的电参数的采样电路、用于对主电路单元进行保护的保护电路和用于对外通信的通信电路，所述电参数至少包括蓄电池的电压、蓄电池的电流、直流母线的电压、电网电压和电网电流，所述对主电路单元进行保护至少包括蓄电池输入电压的过/欠压保护和输出电网电压的过/欠压保护。
3.根据权利要求2所述的蓄电池活化并网放电装置，其特征在于，所述LLC升压电路和逆变电路之间连接一个EMI滤波电路。
4.根据权利要求3所述的蓄电池活化并网放电装置，其特征在于，所述放电装置还包括用于为控制单元提供工作电压的两个辅助电源单元：第一辅助电源单元和第二辅助电源单元，所述第一辅助电源单元输入连接蓄电池的输出端，第二辅助电源单元输入连接电网。
5.根据权利要求4所述的蓄电池活化并网放电装置，其特征在于，所述放电装置还包括一个用于设置和显示所述放电装置的电参数的人机接口单元。
6.根据权利要求5所述的蓄电池活化并网放电装置，其特征在于，所述LLC升压电路由三路LLC谐振全桥升压电路并联构成。
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