CN105281401A - 一种新型蓄电池化成充放电*** - Google Patents

一种新型蓄电池化成充放电*** Download PDF

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杜海江
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宋冬冬
林志法
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Abstract

本发明公开了一种功率双向流动、能满足蓄电池各种充放电要求的一种新型蓄电池化成充放电***。包括三绕组变压器、6脉整流器、PWM整流器、直流母线、DC/DC斩波器。三绕组变压器原边为角形接线，与电网电压连接，副边为角形接线和星形接线，分别连接至PWM整流器和6脉整流器的输入端，两个整流器输出端正极并联后和直流母线正极连接，两个整流器输出端负极并联后和直流母线负极连接，DC/DC斩波器输入端的正极和直流母线正极连接，输入端负极与直流母线负极连接，输出端的正极和电池正极连接，输出端负极与蓄电池负极连接。

Description

一种新型蓄电池化成充放电***
技术领域：
本发明涉及一种新型蓄电池化成充放电***。
背景技术：
蓄电池作为一种便携式、可靠供电的储能设备，在新能源发电及电动汽车等各个领域都得到了广泛应用。蓄电池化成过程是电池生产过程的重要环节，而化成电源是化成过程的关键设备。蓄电池厂家早期使用的化成电源装置多采用人工操作，不能实现精确控制，同时蓄电池的放电过程多通过电阻负载完成，造成了很大的能源浪费。
目前，化成电源技术可以分为可控硅移相控制充放电技术和高频开关电源技术，二者都实现了蓄电池放电能量回馈电网的功能，但是前者工作时功率因数较低，谐波大，对电网造成污染；后者可以显著减少谐波污染并提高效率。对于高频开关化成电源，一般可将其分为AC/DC变换和DC/DC变换两部分，两部分通过直流母线连接。查阅论文和专利文献，检索到高频开关化成电源AC/DC部分的两种实现方式：一种方式为通过控制PWM整流器实现直流母线和电网之间功率的双向流动，如专利CN201310703795，即在充电时PWM整流器工作在整流状态，放电时PWM整流器工作在逆变状态；另一种方式将充电和放电模块分开，通过12脉整流器对蓄电池进行充电，PWM整流器进行放电，控制策略相对简单，但是增加了工频变压器的数量，体积大，如专利CN201410670451。综合上述两项专利的AC/DC部分提出了本发明的一种新型的蓄电池充放电装置。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是：本发明公开了一种功率双向流动，能满足蓄电池各种充放电要求的一种新型蓄电池化成充放电***。
本发明采用的技术方案是，所设计蓄电池充放电装置包括三绕组变压器、6脉整流器、PWM整流器、直流母线、DC/DC斩波器。三绕组变压器原边为角形接线，与电网电压连接，副边为角形接线和星形接线，分别连接至PWM整流器和6脉整流器的交流输入端，两个整流器输出端的正极并联后和直流母线正极连接，两个整流器输出端负极并联后和直流母线负极连接，DC/DC斩波器输入端正极与直流母线正极连接，输入端负极与直流母线负极连接，输出端正极与电池正极连接，输出端负极与蓄电池负极连接。
所述的PWM整流器包括PWM功率模块和PWM控制模块两部分。所述PWM功率模块由六只IGBT构成。所述PWM控制模块由通过采集PWM整流器中流经的直流侧电流方向和直流母线电压大小作为判据判断PWM整流器工作状态，使所述PWM整流器在电池充电时工作在不控整流状态，与6脉整流器构成12脉整流器对电池进行充电；在电池充电时工作在单位功率因数逆变状态，以实现电网和直流母线之间的功率双向流动。
所述的DC/DC斩波器包括DC/DC功率模块和DC/DC控制模块，所述DC/DC功率模块为buck-boost电路，由两只IGBT构成；所述DC/DC控制模块根据实际需求的不同，通过采集蓄电池端电压和充放电电流和温度作为判据实现对于蓄电池恒电压充电、恒电流充放电和脉冲充电等几种蓄电池充放电方式，以实现直流母线和蓄电池之间的功率双向流动。
本发明的有益效果是：本发明中通过PWM整流器、直流母线和DC/DC斩波器三部分实现了电池充放电过程中电网和蓄电池之间能量的双向流动，避免了通过电阻放电造成的大量能源浪费；充电时不需要对PWM整流器进行控制，简化了控制策略；蓄电池放电过程中，通过PWM整流器实现单位功率因数的逆变工作，对于电网造成的谐波污染小，同时，仅使用一个三绕组变压器，减小了装置占用体积。
附图说明：
附图1示出了一种新型蓄电池化成充放电***的拓扑图
附图2示出了PWM整流器控制策略流程图
附图3示出了DC/DC斩波器控制策略流程图
具体实施方式：
下面结合附图，详细描述本发明所述的新型蓄电池充放电装置的具体实施方案：
如图1所示，本发明所述的新型蓄电池充放电装置，其结构包括：原边与电网电压连接的三绕组变压器T，变压器T的原边线圈为三角形接线，两副边线圈变比相同，分别为三角形接线和星形接线，其中三角形接线的副边与PWM整流器Z1的交流输入端连接，星形接线的副边与6脉整流器Z2的交流输入端连接。PWM整流器Z1和6脉整流器Z2的直流侧输出端正极并联后与直流母线的正极连接，负极并联后与直流母线的负极连接；直流母线上可以并接多个DC/DC斩波器，DC/DC斩波器D1至Dn的输入端正极与直流母线正极连接，输入端负极与直流母线负极连接，输出端连接至蓄电池正负极。
其中，PWM整流器由PWM功率模块和PWM控制模块构成。PWM功率模块使用三相桥式全控整流电路，全控器件使用IGBT；PWM控制模块采集直流母线电压Udc和PWM整流器直流侧电流Ipwm，采用经典的SPWM双环控制策略，控制流程如附图2所示。***启动时，默认蓄电池状态为充电状态，PWM整流器Z1处于停机状态，即不控整流状态，和6脉整流器Z2共同构成12脉整流器工作，可以有效的消除5次谐波和7次谐波。当Udc大于设定的限值Udc0时，此时通过控制模块使PWM整流器Z1切换至定电压逆变状态，6脉整流器Z2不工作，使整个***工作在电池放电状态，并将直流母线电压稳定在设定值Udc1，设定值Udc1略小于Udc0；当检测Ipwm为正向流动(规定在图1中由左向右流动为正向)且大于设定限值Ipwm0时，通过控制模块使PWM整流器Z1切换至不控整流状态，PWM整流器Z1和6脉整流器Z2共同构成12脉整流器，整个***工作在电池充电状态。至此，电网侧与直流母线之间完成一次充电-放电-充电的切换过程，实现了功率的双向流动功能。
其中，DC/DC斩波器由DC/DC功率模块和DC/DC控制模块两部分构成。DC/DC功率模块采用基础的buck-boost电路，其中的电力电子开关使用全控器件IGBT；直流母线上可以并接多个DC/DC斩波器D1至Dn,以下仅以D1为例，对控制策略进行说明，DC/DC控制模块采集蓄电池1的电流I_b1和端电压U_b1，根据不同时刻对于蓄电池的充放电要求，接收上位机下发的状态指令进行切换。通过触发IGBT-S1的开通和关断使D1工作在buck电路模式，并在buck模式下实现蓄电池的定电流充电、定电压充电模式；通过触发IGBT-S2的开通和关断使D1工作在boost电路模式，并在boost模式下实现蓄电池定电流放电；通过触发IGBT-S1，S2的交替开通和关断，是D1的buck/boost模式快速切换实现蓄电池的脉冲充电，实现了蓄电池侧和直流母线之间功率的双向流动。
以下以蓄电池1-n的充放电为例说明整个蓄电池充电装置的工作过程。n节蓄电池各自处于不同的充放电状态，每个DC/DC斩波器根据上位机的不同指令工作于不同的模式。多个蓄电池中放电状态的蓄电池放出的电能和充电状态的蓄电池需要的电能不可能完全平衡，当n节蓄电池表现为放出的电能较多时，势必会导致直流母线电压Udc泵升，当电压泵升到限值Udc0时，按照附图2所示PWM控制流程将PWM整流器切换至定直流母线电压逆变工作状态；当n节蓄电池表现为需要的充电电能较多时，检测Ipwm流向为正向，且大于设定限值Ipwm0，按照附图2所示PWM控制流程将PWM整流器切换至停机状态，即工作于不控整流状态。至此，实现整个充放电装置内部的功率双向流动。
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种新型蓄电池化成充放电***，其特征在于，包括三绕组变压器、6脉整流器、PWM整流器、直流母线、DC/DC斩波器；三绕组变压器原边为角形接线，与电网电压连接，副边为角形接线和星形接线，分别连接PWM整流器和6脉整流器的输入端，两个整流器输出端的正极并联后和直流母线的正极连接，两个整流器输出端负极并联后和直流母线的负极连接，DC/DC斩波器输入端的正极与直流母线正极连接，输入端负极与直流母线负极连接，输出端的正极与电池正极连接，输出端负极与蓄电池负极连接。
2.根据权利要求1所述的一种新型蓄电池化成充放电***，其特征在于，其中的PWM整流器包括PWM功率模块和PWM控制模块两部分，所述PWM功率模块由六只IGBT构成；所述PWM控制模块由通过采集PWM整流器中流经的直流侧电流方向和直流母线电压大小作为判据改变PWM整流器工作状态，使所述PWM整流器在电池充电时工作在不控整流状态，在电池充电时工作在单位功率因数逆变状态，以实现电网和直流母线之间的功率双向流动。
3.根据权利要求1所述的新型蓄电池化成充放电***，其特征在于，其中的DC/DC斩波器包括DC/DC功率模块和DC/DC控制模块，所述DC/DC功率模块为buck-boost电路，由两只IGBT构成；所述DC/DC控制模块根据实际需求的不同，通过采集蓄电池端电压和充放电电流作为判据实现对于蓄电池恒电压充电、恒电流充放电和脉冲充电等几种蓄电池充放电方式，以实现直流母线和蓄电池之间的功率双向流动。
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