CN104795865B - 一种蓄电池快充电控制器及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蓄电池快充电控制器及控制方法，硬件控制器包括初级回路以及次级回路，初级回路和次级回路分别通过变压器T1的初级绕组LP、次级绕组LS连接，初级回路和次级回路分别由滤波/储能电路、电子开关管以及二极管构成。其控制方法融合了PI调控方法来对蓄电池进行快充电，即用PI调控设施构成的电流环和电压环进行调控：首先通过电流环对蓄电池快充电装置进行恒流充电调控，当蓄电池电压上升到标准开路电压时，电流环充电调控结束，然后用PI调控设施构成的电压环对蓄电池快充电装置进行恒压充电调控，从而达到快充电的目的。本发明能提高充电效率，缩短充电时间，延长蓄电池使用寿命，且控制灵活方便，易于扩展充电规模和实现模块化系统集成。
Description
技术领域
本发明涉及一种蓄电池快充电控制设施，特别是针对光伏、风电新能源发电系统及电动车蓄电池快充电控制器设施。
背景技术
以蓄电池快充电为目标的这种创新型的蓄电池充电设施及其相关技术，被认为是今后支撑电动车以及光伏和风电产业的战略性设施与技术。这些新型设施及相关技术目前还不太成熟，需要进一步努力研发。特别是充电慢的问题尤为突出。
特别是大规模、大容量蓄电池快速充电，寄厚望于大容量锂类蓄电池。因为燃料电池路途遥远；磷酸天体电池不安全；超级电容辅助能力有限；铅酸蓄电池、镍铅蓄电池等传统蓄电池面临环境污染整治，而且密度低(铅酸蓄电池能量密度每公斤是37瓦时；镍氢蓄电池能量密度每公斤是80～90瓦时)，不可能快充电。硅能电池非常安全，而其能量密度每公斤为40瓦时，故亦无快充电的可能。电动车蓄电池要创新充电方法、提高充电速度，改革传统的小电流充电，并且充电过程要实现智能控制；锂类蓄电池快充电和增大容量将会给电动车带来福音。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种能提高充电效率，缩短充电时间，延长蓄电池使用寿命，且控制灵活方便，易于扩展充电规模和实现模块化系统集成的蓄电池快充电控制器及控制方法。
技术方案：本发明所述的一种蓄电池快充电控制器，包括初级回路以及次级回路，所述初级回路和次级回路分别通过变压器T1的初级绕组LP、次级绕组LS连接，所述初级回路和次级回路分别由滤波/储能电路、电子开关管以及二极管构成。
作为优化，所述初级回路包括起滤波和能量储存与传递作用的电容C1、C2以及电感L1，工作状态变换控制用大功率电子开关管S1，释放磁场能量的二极管V1，所述电容C1与电感L1、大功率电子开关管S1串联形成回路，所述大功率电子开关管S1还并联连接有二极管V1、电容C2，电容C2与变压器T1的初级绕组LP连接。
作为优化，所述二极管V1采用硅二极管。
作为优化，所述次级回路包括起滤波和能量储存与传递作用的电容C3、C4以及电感L2，工作状态变换控制用大功率电子开关管S2，释放磁场能量的二极管V2，所述电容C4与电感L2、大功率电子开关管S2串联形成回路，所述大功率电子开关管S2还并联连接有二极管V2、电容C3，电容C3与变压器T1的次级绕组LS连接。
作为优化，所述二极管V2采用硅二极管。
作为优化，所述变压器T1的变比为1。
本发明还公开了一种蓄电池快充电控制器的控制方法，该控制方法融合了PI调控方法来对蓄电池进行快充电调控，即用PI调控设施构成的电流环和电压环进行调控：首先通过电流环对蓄电池快充电装置进行恒定大电流充电调控，当蓄电池电压上升到标准开路电压时，电流环充电调控结束，然后用PI调控设施构成的电压环对蓄电池快充电装置进行超过被充电蓄电池的标准开路电压充电调控，即恒定过电压充电调控，具体控制流程包括如下步骤：
(1)快充电开始：
(2)进入充电状态；
(3)检测蓄电池电压；
(4)依据蓄电池电压分别与两个额定电压以及过压阀值进行对比，根据对比结果分为三个充电状态：恒定大电流灌冲阶段，恒定过电压恒冲阶段以及浮充阶段；
(5)按序选择上述三种特定状态后进行充电控制；
(6)快充电结束。
作为优化，所述恒定大电流灌冲阶段开关管控制信号PWM的占空比调为90％以上，过电压恒冲阶段开关管控制信号PWM的占空比调控在60％以下，浮充阶段开关管控制信号PWM的占空比调为10％以下。
有益效果：本发明具有如下优越性：
(1)能提高充电效率，缩短充电时间。
(2)延长蓄电池使用寿命。
(3)控制灵活方便。
(4)易于扩展充电规模和实现模块化系统集成。
(5)由于采用PWM电压型调控方式，即通过调整PWM电压波形的占空比便可实现对所需充电电流大小的调控。
(6)能使风电/光伏发电系统“稳健运行、平滑输出”。
本发明的技术设施不仅可以帮助光伏/风电发电系统“稳健运行、平滑输出”，还能有助于解决纯电动车电源设施的相关问题。
附图说明
图1为本发明的快充电控制电路图。
图2为本发明的PI调控方框图。
图3为本发明的快充电主流程图。
具体实施方式
本发明对蓄电池进行快充电的控制方法与策略的硬件设施电路如图1所示，其快充电设施对所需的充电电压大小可通过控制程序软件实现升压和降压变换，而且能实现高低压侧电气隔离、控制灵活，系统整体性能高，并且容易扩展规模和实现模块化系统集成。
如图1所示，该电路包括初级回路以及次级回路，所述初级回路和次级回路分别通过变压器T1的初级绕组LP、次级绕组LS连接，所述初级回路和次级回路分别由滤波/储能电路、电子开关管以及二极管构成。所述初级回路包括起滤波和能量储存与传递作用的电容C1、C2以及电感L1，工作状态变换控制用大功率电子开关管S1，释放磁场能量的二极管V1，所述电容C1与电感L1、大功率电子开关管S1串联形成回路，所述大功率电子开关管S1还并联连接有二极管V1、电容C2，电容C2与变压器T1的初级绕组LP连接。所述次级回路包括起滤波和能量传递作用的电容C3、C4以及电感L2，工作状态变换控制用大功率电子开关管S2，释放磁场能量的V2，所述电容C4与电感L2、大功率电子开关管S2串联形成回路，所述大功率电子开关管S2还并联连接有二极管V2、电容C3，电容C3与变压器T1的次级绕组LS连接。所述二极管V1、V2采用硅二极管。
该硬件设施电路包括四个电容器：C1，C2，C3和C4，它们主要起滤波和能量传递作用；还包括电感L1和L2，它们也具有滤波和能量传递功用；还包括变比为1的起电气隔离作用的变压器T1的初级绕组的和次级绕组的等效电感LP和LS，它们也具有滤波和能量储存与传递功用；还包括两个大功率电子开关管S1和S2，它们分别是T1初级回路和次级回路工作状态变换控制用的开关管；还包括两个硅二极管V1和V2，它们分别是变压器T1原边电路和副边电路分别构成相应电容器充放电回路以及相应电感器释放磁场能量的回路。
如图2所示，该蓄电池快充电控制设施，还有机融合了PI调控方法来对蓄电池进行快充电，即用PI调控设施构成的电流环和电压环进行调控：首先通过电流环对蓄电池快充电进行恒定大电流充电调控，当蓄电池电压上升到标准开路电压时，电流环充电调控结束，然后用PI调控设施构成的电压环对蓄电池快充电进行恒定过电压(即超过被充电蓄电池的标准开路电压)充电调控。
如图3所示，该蓄电池快充电控制设施，通过对蓄电池采取在线实时监测、监视、监护、监控等举措，首先用恒定大电流对蓄电池进行灌充式快充电，然后用稍微超过蓄电池额定电压的恒定电压对蓄电池进行恒压式快充电，最后用涓涓细流对蓄电池进行浮充电，以维持蓄电池电压为指定值。在对蓄电池快充电过程中，务必兼顾蓄电池的欠压值(即下限值)、蓄电池浮充电压值(即上限值)等这些关键的状态特定值，以便实现对蓄电池进行科学合理的充电控制。在“大电流灌冲”阶段，将开关管控制信号PWM的占空比调为90％以上，并且用自动检测设施对蓄电池电压进行在线监测，当蓄电池电压接近指定的最高充电电压阀值时，则停止“大电流灌充”阶段而进入“过电压恒充”阶段，此时可将开关管控制信号PWM的占空比调控在60％以下为宜，直到将蓄电池充电到指定的电压；然后进入“浮充电”阶段(即对蓄电池进行涓流充电，此时开关管控制信号PWM的占空比一般在10％以下)。该快充电主流程如图3所示，具体包括如下步骤：
(1)快充电开始：
(2)进入充电状态；
(3)检测蓄电池电压；
(4)依据蓄电池电压分别与两个额定电压以及过压阀值进行对比，分别将V蓄与V额定1、V额定2以及V过压阀值进行比值，若大于成立则进入下个充电状态，不成立则进入本充电状态，比如V蓄大于V额定1成立，则进如下一个过电压恒冲阶段，不成立则进入恒定大电流灌冲阶段进行快充；下一个阶段载将V蓄与V额定2进行对比，成立则进入下一个充电阶段，以此类推。若V蓄甚至大于V过压阀值，则表明不用充电，退出充电状态。
(5)按序选择上述三种特定状态后进行充电控制；
(6)快充电结束。
本发明具有如下优越性：
(1)能提高充电效率，缩短充电时间。
(2)延长蓄电池使用寿命。
(3)控制灵活方便。
(4)易于扩展充电规模和实现模块化系统集成。
(5)由于采用PWM电压型调控方式，即通过调整PWM电压波形的占空比便可实现对所需充电电流大小的调控。
(6)能使风电/光伏发电系统“稳健运行、平滑输出”。
本发明的技术设施不仅可以帮助光伏/风电发电系统“稳健运行、平滑输出”，还能有助于解决纯电动车电源设施的相关问题。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种蓄电池快充电控制器，其特征在于：包括初级回路以及次级回路，所述初级回路和次级回路分别通过变压器T1的初级绕组LP、次级绕组LS连接，所述初级回路和次级回路分别由滤波/储能电路、电子开关管以及二极管构成；采用如下控制方法，该控制方法融合了PI调控方法来对蓄电池进行快充电调控，即用PI调控设施构成的电流环和电压环进行调控：首先通过电流环对蓄电池快充电装置进行恒定大电流充电调控，当蓄电池电压上升到标准开路电压时，电流环充电调控结束，然后用PI调控设施构成的电压环对蓄电池快充电装置进行超过被充电蓄电池的标准开路电压充电调控，即恒定过电压充电调控，具体控制流程包括如下步骤：
(1)快充电开始：
(2)进入充电状态；
(3)检测蓄电池电压；
(4)依据蓄电池电压分别与两个额定电压以及过压阀值进行对比，根据对比结果分为三个充电状态：恒定大电流灌冲阶段，恒定过电压恒冲阶段以及浮充阶段；
(5)按序选择上述三种特定状态后进行充电控制；
(6)快充电结束。
2.根据权利要求1所述的一种蓄电池快充电控制器，其特征在于：所述初级回路包括起滤波和能量储存与传递作用的电容C1、C2以及电感L1，工作状态变换控制用大功率电子开关管S1，释放磁场能量的二极管V1，所述电容C1与电感L1、大功率电子开关管S1串联形成回路，所述大功率电子开关管S1还并联连接有二极管V1、电容C2，电容C2与变压器T1的初级绕组LP连接。
3.根据权利要求2所述的一种蓄电池快充电控制器，其特征在于：所述二极管V1采用硅二极管。
4.根据权利要求1所述的一种蓄电池快充电控制器，其特征在于：所述次级回路包括起滤波和能量储存与传递作用的电容C3、C4以及电感L2，工作状态变换控制用大功率电子开关管S2，释放磁场能量的二极管V2，所述电容C4与电感L2、大功率电子开关管S2串联形成回路，所述大功率电子开关管S2还并联连接有二极管V2、电容C3，电容C3与变压器T1的次级绕组LS连接。
5.根据权利要求4所述的一种蓄电池快充电控制器，其特征在于：所述二极管V2采用硅二极管。
6.根据权利要求1所述的一种蓄电池快充电控制器，其特征在于：所述变压器T1的变比为1。
7.根据权利要求1所述的一种蓄电池快充电控制器的控制方法，其特征在于：所述恒定大电流灌冲阶段开关管控制信号PWM的占空比调为90％以上，过电压恒冲阶段开关管控制信号PWM的占空比调控在60％以下，浮充阶段开关管控制信号PWM的占空比调为10％以下。
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