CN106877474A - 一种高效的电池充电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效的电池充电系统，包括主电路、CC-CV充电控制环节、功率因数控制三个环节组成。采用具有延迟角修正功能的间接电流控制策略，不仅改善了因LC滤波器对系统功率因数的影响，而且无需坐标变换与锁相环检测环节，降低了系统的计算量。模糊控制策略的CC、CV充电模式切换算法，即依据电池内部反应机理与外部充放电特性，通过SOC0、充电电流智能实现2种充电方式间的转换。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种电池充电装置，尤其涉及一种基于电流源型PWM整流器的高效电池充电系统。
背景技术
随着城市环境与石油资源问题的日益严重，人们对电动汽车相关技术领域的研究日益增加。而作为高效储能装置的动力电池，已成为电动汽车主要动力源。在现有不同种类电池中，因磷酸铁锂电池具有功率、能量密度高，充、放电率大，循环寿命长以及安全性好等优点被应用于电动汽车，以替代镍氢、铅酸蓄电池。传统燃油汽车可在短时间内完成加油，然而如何高效、安全地实现电动汽车能量的补充，已成为当前研究的热点问题。
充电方法中，恒压（CV）、恒流（CC）和恒流-恒压（CC-CV）这3 种充电策略使用最为广泛。CV充电因其结构简单、成本低，在商业产品中得到广泛的应用，但充电电流相对较小，导致充电时间较长。为了缩短充电时间，提出了CC充电策略，然而由于CC充电很难准确判断电池是否充满，容易引起电池过充或欠充，造成电池性能下降。结合CV充电与CC充电的优点，形成了CC-CV充电策略。CC-CV 充电策略起始采用CC充电，当电池端电压达到设定值时，即转换为CV 模式进行补足充电。当采用大电流充电时，电池极化严重，端电压将较快达到转换电压值，虽然缩短了CC充电段的时间，但同时增加了CV 充电时间，使总充电时间基本不变，因此，不能满足快速、高效的充电要求。
电流源型整流器CSR（Current Source Rectifier）具有功率因数可调、网侧谐波电流抑制、电流直接控制、结构简单以及降压输出等特点。因此，利用三相CSR拓扑能够实现单级AC-DC降压变换，继而满足非隔离-高效-大功率电池充电器的要求。
发明内容
为了克服大电流充电时，电池极化严重，不能满足满足快速、高效充电的问题，本发明提出一种高效的电池充电系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是。
采用三相CSR 作为电池充电系统拓扑结构，在传统CC-CV 充电策略基础上，提出一种基于模糊控制策略的CC、CV模式切换算法。
高效的电池充电系统包括主电路、CC-CV充电控制环节、功率因数控制三个环节组成。
所述主电路采用三相电流源型整流器CSR，具有功率因数可调、网侧谐波电流抑制、电流直接控制、结构简单以及降压输出等特点。
所述功率因数控制环节中，直接电流控制因采用双闭环控制策略，其抗扰动性能及电流跟随性较好，当CSR的主电路参数一定时，间接电流控制同样可以很好地实现网侧电流的控制，其控制方法简单、成本低，故可适用于三相CSR的控制。
所述CC-CV充电控制环节，其转换电压直接决定电池充电速度与循环寿命，基于模糊控制策略的CC-CV 充电模式切换算法，即依据电池内部反应机理与外部充放电特性，通过初始SOC、充电电流智能实现2种充电方式之间的转换。
本发明的有益效果是：采用具有延迟角修正功能的间接电流控制策略，不仅改善了因LC滤波器对系统功率因数的影响，而且无需坐标变换与锁相环检测环节，降低了系统的计算量。模糊控制策略的CC、CV充电模式切换算法，即依据电池内部反应机理与外部充放电特性，通过SOC0、充电电流智能实现2种充电方式间的转换。
附图说明
图1 三相SCR主电路。
图2 三相CSR充电系统控制策略。
具体实施方案
图1中，整流器通过滤波电感L、电容C组成二阶低通滤波器与电网相连，起到滤除高频开关分量的作用。开关器件 （i = a，b，c；j=1，2）采用IGBT与二极管串联结构，以提高器件电压反向阻断能力；在输出侧并联二极管VDW，直通状态时电流经 续流，不仅有效防止因整流器开关管故障而引起的直流侧开路，且能减小导通损耗、简化控制逻辑。此外，为了平滑输出电流，在直流侧串联电感 。
当系统工作在单位功率因数时，交流侧电流滞后角 与电网频率、滤波电容C、网侧电流峰值Um成正比，与直流侧电流 、调制因数 成反比。当电网电压和电容C保持不变时，根据CSR 系统的运行工作点（ 与 ），容易计算出滞后角 。然后，通过对网侧电压信号进行延迟修正，即得到正确的相位指令信号，从而实现网侧单位功率因数控制。
选取电池初始SOC（记作SOC0）、充电电流 作为模糊控制器的输入量，模式转换电压 作为模糊控制器的输出量。模糊控制器根据系统输入量SOC0与 ，通过模糊控制规则获得相应的模式转换电压,摒弃了常规充电模式中仅依据固定电压作为电池充电结束的单一化判据，从而在不影响电池寿命的前提下，实现对电池组的高效快速充电。CV充电模式时，系统通过控制输出电压来调节输出电流，故需要电压外环与电流内环级联控制结构；而CC充电模式时，即采用单闭环控制结构。由于CC控制环路即为CV控制的电流内环，为了避免冗余。
Claims (4)
1.一种高效的电池充电系统，其特征在于：包括主电路、CC-CV充电控制环节、功率因数控制三个环节组成。
2.如权利要求1所述的高效的电池充电系统，其特征在于所述主电路采用三相电流源型整流器CSR，具有功率因数可调、网侧谐波电流抑制、电流直接控制、结构简单以及降压输出的特点。
3.如权利要求1所述的高效的电池充电系统，其特征在于所述CC-CV充电控制环节是基于模糊控制策略的CC-CV 充电模式切换算法，即依据电池内部反应机理与外部充放电特性，通过初始SOC、充电电流智能实现2种充电方式之间的转换。
4.如权利要求1所述的高效的电池充电系统，其特征在于所述功率因数控制环节直接电流控制因采用双闭环控制策略其抗扰动性能及电流跟随性较好。
Priority Applications (1)
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| CN201510913221.2A CN106877474A (zh) | 2015-12-11 | 2015-12-11 | 一种高效的电池充电系统 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
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| CN106877474A true CN106877474A (zh) | 2017-06-20 |
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
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| CN (1) | CN106877474A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109256831A (zh) * | 2018-09-27 | 2019-01-22 | 吉林大学 | 基于模糊控制算法的充电装置及充电控制方法 |
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2015
- 2015-12-11 CN CN201510913221.2A patent/CN106877474A/zh active Pending
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| CN109256831A (zh) * | 2018-09-27 | 2019-01-22 | 吉林大学 | 基于模糊控制算法的充电装置及充电控制方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170620 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |