CN104821627A - 充放电电路 - Google Patents

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石灵丹
王锐
李俊
刘帮
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Abstract

本发明提供一种充放电电路，用于蓄电池中，包括依次连接的隔离变压器、输入滤波单元、PWM双向高频整流单元、双向斩波单元及直流滤波单元，还包括放电单元；所述放电单元的正极与所述双向斩波单元的正极输出连接，所述放电单元的负极与所述直流滤波单元的输入连接；所述双向斩波单元的正极输出和所述直流滤波单元的输入之间设有用于短路放电单元的短路控制开关；所述放电单元的负极与所述直流滤波单元的输入之间设有放电控制开关，所述放电控制开关用于控制所述短路控制开关断开时将所述放电单元接入所述双向斩波单元和所述直流滤波单元的回路。本发明通过改进蓄电池充放电电路主回路拓扑结构实现对蓄电池放电至0V的深度放电。

Description

充放电电路
技术领域
本发明涉及一种电力电子变换电路，特别涉及一种蓄电池充放电电路。
背景技术
现有技术中，蓄电池作为一种性能可靠的化学电源，在电力系统、交通运输、便携式电子产品等工业领域得到了广泛应用。其中，蓄电池的充放电电路是其生产、测试的关键设备。其功能主要是将供电的工频交流电压转换为可调的直流电压，并在控制下完成蓄电池的充放电测试，其中某些测试需要将电池电压放电至0V以下，即对蓄电池实现深度放电。目前测试仪的主流电路拓扑结构是PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）双向高频整流单元和双向斩波单元相串联。这种拓扑结构下，由于双向斩波单元中最大占空比及死区的限制，将无法实现对蓄电池的深度放电。因此，现有的主流电路拓扑结构已经不能满足发展要求，需要积极寻求新的解决方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中无法实现对蓄电池进行深度放电的缺陷，提供一种能够将蓄电池电压放电至0V及以下的充放电电路。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种充放电电路，用于蓄电池中，包括依次连接的隔离变压器、输入滤波单元、PWM双向高频整流单元、双向斩波单元及直流滤波单元，其特点在于，还包括放电单元；所述放电单元的正极与所述双向斩波单元的正极输出连接，所述放电单元的负极与所述直流滤波单元的输入连接；所述双向斩波单元的正极输出和所述直流滤波单元的输入之间设有用于短路放电单元的短路控制开关；所述放电单元的负极与所述直流滤波单元的输入之间设有放电控制开关，所述放电控制开关用于控制所述短路控制开关断开时将所述放电单元接入所述双向斩波单元和所述直流滤波单元的回路。
本方案中，所述输入滤波单元由交流电抗器、滤波电容组成，所述输入滤波单元与所述隔离变压器的漏感组成二阶滤波器。所述直流滤波单元为两个滤波电感及滤波电容组成的二阶滤波器。所述充放电电路在正常模式时，不论充电还是放电，所述短路控制开关闭合，所述放电控制开关断开，放电模块被所述短路控制开关短路。所述充放电电路在深度放电模式时，充电时所述短路控制开关、所述放电控制开关的动作同正常模式；所述放电控制开关用于控制所述短路控制开关断开时将所述放电单元接入所述双向斩波单元和所述直流滤波单元的回路是指蓄电池深度放电时，所述短路控制开关断开，所述放电控制开关闭合，所述放电单元投入使用，也就是所述放电单元反串联在所述双向斩波单元输出端，实现对蓄电池深度放电功能。
较佳地，所述放电单元包括放电隔离变压器和放电整流桥。
本方案中，所述放电整流桥包括功率开关器件。
较佳地，所述放电整流桥为单向整流桥、三相六脉波整流桥、六相十二脉波整流桥或高频整流桥。
本方案中，所述放电整流桥的选择具体依据所述放电单元的输出电流电压的纹波的质量要求而定，如果对纹波要求较高，则采用六相十二脉波整流桥或高频整流桥。
较佳地，所述短路控制开关和所述放电控制开关为IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）或接触器。
本方案中，若有充放电转换时间的限制，所述短路控制开关和所述放电控制开关选用IGBT；若无转换时间限制，可选用接触器
较佳地，所述PWM双向高频整流单元包括由功率开关器件串联而成的三相全控整流桥。
本方案中，所述PWM双向高频整流单元由三相全控整流桥组成，全控整流桥的桥臂由功率开关器件串联而成。
较佳地，所述双向斩波单元包括功率开关器件。
较佳地，所述充放电电路还包括全数字控制器；所述全数字控制器包括DSP（Digital Signal Processor，数字信号处理器）、电压电流模拟量检测电路以及8-16路PWM驱动电路；所述电压电流模拟量检测电路用于检测电路中待检测的电压和电流值并将检测结果输入到所述DSP的模数转换口；所述8-16路PWM驱动电路用于所述DSP驱动所述充放电电路中的功率开关器件。
本方案中，所述电压电流模拟量检测电路也称为采样电路；具体由交流侧进线电压采样部分、交流侧电流采样部分、母线直流侧电压采样部分、输出直流侧电流采样部分及输出直流侧电压采样部分五个部分组成；交流侧进线电压检测部分，由交流电压传感器并接在交流进线电感前侧检测交流电压；交流侧进线电流采样部分，是由交流电流传感器串接在交流侧，采样交流电流；直流环节电压采样部分，由电压传感器并接在直流环节，采样直流电压；输出直流侧电流采样部分，由电流传感器串接在输出端，采样输出直流电流；输出直流侧电压采样部分，由电压传感器并接在输出端，采样输出直流电压。所述DSP，其模拟输入为前述的采样信号，经过模拟输入接口电路进行变换，然后输入到DSP的模数转换接口；DSP包括8-16路脉宽调制输出口和作为辅助控制的4条I/O口。所述8-16路PWM驱动电路，输入为所述DSP的8-16路脉宽调制输出口输出的8-16路脉宽调制脉冲信号及辅助控制的4条I/O输出信号，输出8-16路脉宽调制功率驱动信号，所述8-16路脉宽调制功率驱动信号连接到所述充放电电路中的功率开关器件。
本发明的积极进步效果在于：与现有技术相比，通过改进蓄电池充放电电路主回路拓扑结构实现当下蓄电池测试用充放电电路的所有功能，特别是可选择深度放电模式，以实现对蓄电池放电至0V的深度放电。本发明在原有电路基础上仅增加了一组放电回路，交流侧功率因素高、谐波低，直流侧动态响应快，实现了对蓄电池的深度放电功能的同时增加较低的成本。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例的充放电电路示意图。
图2为图1中放电整流桥采用的三相六脉波整流桥示意图。
图3为图1中放电整流桥采用的六相十二脉波整流桥示意图。
图4为图1中放电整流桥采用的高频整流桥示意图。
具体实施方式
下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。
如附图1所示，一种充放电电路，用于蓄电池中，包括依次连接的隔离变压器、输入滤波单元、PWM双向高频整流单元1、双向斩波单元2、直流滤波单元3、全数字控制器及放电单元4。放电单元4的正极与双向斩波单元2的正极输出连接，放电单元4的负极与直流滤波单元3的输入连接。双向斩波单元2的正极输出和直流滤波单元3的输入之间设有用于短路放电单元的短路控制开关5；放电单元4的负极与直流滤波单元3的输入之间设有放电控制开关6，放电控制开关6用于控制所述短路控制开关5断开时将放电单元4接入所述双向斩波单元2和直流滤波单元3回路。放电单元4包括放电隔离变压器和放电整流桥。放电整流桥依据对放电单元的输出电流电压的纹波的质量要求不同，可以选择附图2所示三相六脉波整流桥、附图3所示六相十二脉波整流桥、附图4所示高频整流桥。本实施例中，对输出电流电压纹波要求较高，此处采用三相六脉波整流桥。短路控制开关5和放电控制开关6可以选择IGBT或接触器，本实施例中，考虑充放电转换时间的限制，选择使用IGBT。
本实施例中，PWM双向高频整流单元1包括由功率开关器件串联而成的三相全控整流桥。双向斩波单元2包括功率开关器件。输入滤波单元由交流电抗器、滤波电容组成，输入滤波单元与隔离变压器的漏感组成二阶滤波器。直流滤波单元3为两个滤波电感及滤波电容组成的二阶滤波器。全数字控制器包括DSP、电压电流模拟量检测电路以及8-16路PWM驱动电路；电压电流模拟量检测电路用于检测电路中待检测的电压和电流值并将检测结果输入到所述DSP的模数转换口；8-16路PWM驱动电路用于DSP驱动充放电电路中的功率开关器件。
本实施例中，PWM双向高频整流单元1输出的直流母线上的直流电压为700V，隔离变压器副边的电压为400V，能够计算出副边交流电流约100A。根据发热情况选定PWM双向高频整流单元1侧及双向斩波单元2侧开关频率为16K。选定放电单元4的放电隔离变压器副边电压约15V，则其三相六脉波整流桥不控整流电压约20V。
本实施例中采用如下控制策略：在下位机上可设置正常运行模式或深度放电模式。正常模式时，不论充电还是放电，短路控制开关5闭合，放电控制开关6断开，放电单元4被短路控制开关5短路。深度放电模式下，充电时短路控制开关5、放电控制开关6的动作同正常模式；放电时短路控制开关5断开，放电控制开关6闭合，放电单元4投入。由于放电单元4的投入，相当于人为将双向斩波单元2输出的正负级间的电压抬高了20V，当蓄电池端电压降为0V时，双向斩波单元2输出的正负级间还有20V的电压。即使考虑到IGBT开关死区的影响也可继续对蓄电池放电。正常运行模式下，DSP收到下位机的启动命令后，PWM双向高频整流单元1整流开始运行，稳定输出700V的直流母线电压。当母线电压传感器检测到母线电压正常后闭合直流滤波单元3输出端开关7，双向斩波单元2开始运行。同时检测输出的电压电流信号，上传至DSP，DSP根据客户编写的工艺来控制双向斩波单元2的占空比，实现直流端的输出。深度放电模式下， DSP收到放电命令后，关断双向斩波单元2的脉冲信号。待输出电流传感器检测到输出电流减小至某一设定值后，断开短路控制开关5，延时死区时间后闭合放电控制开关6，投入放电单元4。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种充放电电路，用于蓄电池中，包括依次连接的隔离变压器、输入滤波单元、PWM双向高频整流单元、双向斩波单元及直流滤波单元，其特征在于，还包括放电单元；所述放电单元的正极与所述双向斩波单元的正极输出连接，所述放电单元的负极与所述直流滤波单元的输入连接；所述双向斩波单元的正极输出和所述直流滤波单元的输入之间设有用于短路放电单元的短路控制开关；所述放电单元的负极与所述直流滤波单元的输入之间设有放电控制开关，所述放电控制开关用于控制所述短路控制开关断开时将所述放电单元接入所述双向斩波单元和所述直流滤波单元的回路。
2.如权利要求1所述充放电电路，其特征在于，所述放电单元包括放电隔离变压器和放电整流桥。
3.如权利要求2所述充放电电路，其特征在于，所述放电整流桥为单向整流桥、三相六脉波整流桥、六相十二脉波整流桥或高频整流桥。
4.如权利要求1所述充放电电路，其特征在于，所述短路控制开关和所述放电控制开关为IGBT或接触器。
5.如权利要求1所述充放电电路，其特征在于，所述PWM双向高频整流单元包括由功率开关器件串联而成的三相全控整流桥。
6.如权利要求1所述充放电电路，其特征在于，所述双向斩波单元包括功率开关器件。
7.如权利要求1至6中任意一项所述充放电电路，其特征在于，所述充放电电路还包括全数字控制器；所述全数字控制器包括DSP、电压电流模拟量检测电路以及8-16路PWM驱动电路；所述电压电流模拟量检测电路用于检测电路中待检测的电压和电流值并将检测结果输入到所述DSP的模数转换口；所述8-16路PWM驱动电路用于所述DSP驱动所述充放电电路中的功率开关器件。
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