CN103606715B - 结合正负脉冲的等幅脉冲电流充电方法 - Google Patents

结合正负脉冲的等幅脉冲电流充电方法 Download PDF

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Abstract

一种结合正负脉冲的等幅脉冲电流充电方法，属于电力系统领域。本发明的目的是提供一种结合正负脉冲的等幅脉冲电流充电方法，解决了充电过程中无法保持持续用大电流快速充电的结合正负脉冲的等幅脉冲电流充电方法。本发明具体步骤是：直流电源、蓄电池SOC的监测、第一阶段调频脉冲和充电电流的控制、第一阶段负脉冲控制、第二阶段调频脉冲和负脉冲的控制，随着充电蓄电池荷电量上升至定值2时，开始对蓄电池进行第三阶段脉冲充电；SOC继续增加后可继续调整调频脉冲和负脉冲的周期和占空比进行充电。本发明监测充电过程中蓄电池SOC的变化，在不同时期调整调频脉冲的周期、占空比和负脉冲的周期、占空比、初始角度，使蓄电池在不利影响最低的条件下维持大电流充电，从而大幅提高蓄电池充电速度和效率。

Description

结合正负脉冲的等幅脉冲电流充电方法
技术领域
本发明属于电力系统领域。
背景技术
由于传统充电模式和一般脉冲充电必须随着充电量的增加减小充电电流大小以抑制因为蓄电池荷电量（SOC）的增加和内部化学反应的进行产生的析气、温度升高等不利影响，充电电流减小会使充电速度降低，导致充电效率下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种结合正负脉冲的等幅脉冲电流充电方法，解决了充电过程中无法保持持续用大电流快速充电的结合正负脉冲的等幅脉冲电流充电方法。
本发明具体步骤是：
a、直流电源：直流电源一般为交流电源经过整流、滤波后得到或是经过MPPT后的光伏电池；
b、蓄电池SOC的监测：采用密度法、开路电压法、内阻法在充电开始时刻和充电过程中都要对蓄电池SOC进行在线监测；
c、第一阶段调频脉冲和充电电流的控制：监测到蓄电池SOC为状态1，变频脉冲为周期T 1 ，占空比d 1 =0.83的脉冲；
d、第一阶段负脉冲控制：第一阶段负脉冲为由电容反向放电产生的电流通过IGBT产生的脉冲；脉冲周期为T1，占空比d 1 ’=（1-d 1 ）/2，初始角度为α 1 =-360×3（1-d 1 ）/4；
e、第二阶段调频脉冲和负脉冲的控制：当蓄电池SOC达到状态2时，调整变频脉冲的周期为T 2 =nT 1 ，其中1.2<n<1.5，占空比为d 2 =d 1 /n；负脉冲周期和占空比分别为T=T 2 ，d 2 ’=ad 1 ’，其中a>1，初始角度为α 2 =-360×3（1-d 2 ）/4；
f、随着充电蓄电池荷电量上升至定值2时，开始对蓄电池进行第三阶段脉冲充电；
g、SOC继续增加后可继续调整调频脉冲和负脉冲的周期和占空比进行充电。
本发明监测充电过程中蓄电池SOC的变化，在不同时期调整调频脉冲的周期、占空比和负脉冲的周期、占空比、初始角度，使蓄电池在不利影响最低的条件下维持大电流充电，从而大幅提高蓄电池充电速度和效率。
附图说明
图1是本发明基本电路及元件说明图；
图2是本发明中等幅脉冲电流波形示意图。
具体实施方式
本发明具体步骤是：
a、直流电源：直流电源一般为交流电源经过整流、滤波后得到或是经过MPPT后的光伏电池；
b、蓄电池SOC的监测：采用密度法、开路电压法、内阻法在充电开始时刻和充电过程中都要对蓄电池SOC进行在线监测；
c、第一阶段调频脉冲和充电电流的控制：监测到蓄电池SOC为状态1，变频脉冲为周期T 1 ，占空比d 1 =0.83的脉冲；
d、第一阶段负脉冲控制：第一阶段负脉冲为由电容反向放电产生的电流通过IGBT产生的脉冲；脉冲周期为T1，占空比d 1 ’=（1-d 1 ）/2，初始角度为α 1 =-360×3（1-d 1 ）/4；
e、第二阶段调频脉冲和负脉冲的控制：当蓄电池SOC达到状态2时，调整变频脉冲的周期为T 2 =nT 1 ，其中1.2<n<1.5，占空比为d 2 =d 1 /n；负脉冲周期和占空比分别为T=T 2 ，d 2 ’=ad 1 ’，其中a>1，初始角度为α 2 =-360×3（1-d 2 ）/4；
f、随着充电蓄电池荷电量上升至定值2时，开始对蓄电池进行第三阶段脉冲充电；
g、SOC继续增加后可继续调整调频脉冲和负脉冲的周期和占空比进行充电。
以下结合附图对本发明进一步说明：
本发明的工艺流程是：
[1]直流电源。蓄电池充电电流是直流，需要一个稳定的直流电源。直流电源一般为交流电源经过整流、滤波后得到，或是经过MPPT后的光伏电池。
[2]蓄电池SOC的监测。在充电开始时刻和充电过程中都要对蓄电池SOC进行在线监测。监测方法可用常规的密度法、开路电压法、内阻法。主要目的在于及时反应蓄电池SOC变化，调整调频脉冲电流。
[3]第一阶段调频脉冲和充电电流的控制。监测到蓄电池SOC为状态1（小于定值1，定值由蓄电池类型、容量决定），变频脉冲为一定周期T 1 （6秒或3秒或4.5秒），占空比d 1 =0.83（高低电平时间比为5:1）的脉冲。则充电电流为周期和占空比与调频脉冲相等，幅值等于直流电源的发出电流大小的脉冲电流。
[4]第一阶段负脉冲控制。第一阶段负脉冲为由电容反向放电产生的电流通过IGBT产生的脉冲。脉冲周期为T1，占空比d 1 ’=（1-d 1 ）/2，初始角度为α 1 =-360×3（1-d 1 ）/4。
[5]第二阶段调频脉冲和负脉冲的控制。当蓄电池SOC达到状态2时（SOC等于定值1），调整变频脉冲的周期为T 2 =nT 1 （1.2<n<1.5），占空比为d 2 =d 1 /n。负脉冲周期和占空比分别为T=T 2 ，d 2 ’=ad 1 ’（a>1），初始角度为α 2 =-360×3（1-d 2 ）/4.且满足负脉冲消耗电量小于充电电量。
[6]随着充电蓄电池荷电量上升至定值2（定值2大于定值1）时，开始对蓄电池进行第三阶段脉冲充电。调频脉冲周期继续增加，占空比按比例减小。负脉冲周期等于调频脉冲，占空比比第二阶段继续增加，初始角度依据占空比按公式计算，且注意负脉冲电量小于充电电量。
[7]SOC继续增加后可继续调整调频脉冲和负脉冲的周期和占空比进行充电（这里以三阶段为例），当SOC=0.9时退出脉冲充电，重复上述过程对其他蓄电池进行充电并对所有SOC=0.9的蓄电池进行涓流充电。
实验结果
反复分别使用结合正负脉冲的等幅脉冲电流充电、传统脉冲充电和恒压充电法对100AH的蓄电池多次充电。充电前蓄电池的放电深度为80%，即前一次放电后蓄电池剩余电量为最大充电量的20%。在充电过程中使用数字温度计对蓄电池表面温度进行测量，其中蓄电池工作额定温度为0℃到40℃，蓄电池初始温度为室温15℃。记录蓄电池充电时间和表面温度得到数据如下表：
表1不同充电方式对100AH蓄电池充电结果
从上表可知对同一蓄电池进行充电中，结合正负脉冲的等幅脉冲充电在充电速度和安全性上比传统充电方式和不带负脉冲的脉冲充电较为优秀。不仅提升了充电速度，也降低了蓄电池充电温度，在蓄电池充电安全性和寿命上都有所提升。
本发明改变了传统的充电方法，从根本上解决了充电电流大造成对蓄电池的各种不利影响，与传统的充电方法相比，具有充电速度快，充电效率高，充电可靠性强，在充电安全性和延长蓄电池寿命及循环次数上也有显著提升。具体可应用在离网光伏发电及电动汽车充电系统中。
图1中恒定直流源发出大小恒定的直流电流，经过电路中间的IGBT调整后变成幅值一定的等幅脉冲电流向蓄电池和电容充电，充电时间为脉冲周期和脉冲占空比的乘积。在相邻两个充电脉冲之间，电容通过电路右侧的另一个IGBT的导通向蓄电池放电，形成负脉冲充电，负脉冲充电时间为脉冲周期和负脉冲占空比的乘积。
图2中正负脉冲电流大小说明：正向脉冲充电电流大小为蓄电池最大可接受充电电流大小，其值与蓄电池类型、参数和容量有关，可用“为取得最高充电效率测定电池最大可接受电流的充电方法”测得。例如容量为100AH的铅酸蓄电池最大可接受充电电流约为28A。负脉冲大小与蓄电池容量有关，其大小为C/6~C/3，C为蓄电池容量，也可按照负脉冲幅值大小为正脉冲幅值的1.2~1.5倍确定负脉冲大小。

Claims (1)

1.一种结合正负脉冲的等幅脉冲电流充电方法，其特征在于：
a、直流电源：直流电源为交流电源经过整流、滤波后得到或是经过MPPT后的光伏电池；
b、蓄电池SOC的监测：采用密度法、开路电压法、内阻法在充电开始时刻和充电过程中都要对蓄电池SOC进行在线监测；
c、第一阶段调频脉冲和充电电流的控制：监测到蓄电池SOC为状态1，变频脉冲为周期T 1 ，占空比d 1 =0.83的脉冲；
d、第一阶段负脉冲控制：第一阶段负脉冲为由电容反向放电产生的电流通过IGBT产生的脉冲；脉冲周期为T1，占空比d 1 ’=（1-d 1 ）/2，初始角度为α 1 =-360×3（1-d 1 ）/4；
e、第二阶段调频脉冲和负脉冲的控制：当蓄电池SOC达到状态2时，调整变频脉冲的周期为T 2 =nT 1 ，其中1.2<n<1.5，占空比为d 2 =d 1 /n；负脉冲周期和占空比分别为T=T 2 ，d 2 ’=ad 1 ’，其中a>1，初始角度为α 2 =-360×3（1-d 2 ）/4；
f、随着充电蓄电池荷电量上升至定值2时，开始对蓄电池进行第三阶段脉冲充电；
g、SOC继续增加后继续调整调频脉冲和负脉冲的周期和占空比进行充电。
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