CN207743875U - 一种铝空气电池变换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种铝空气电池变换器。属于电池变换装置技术领域，该铝空气电池变换器抑制超调能力强，稳态性能好，输出端能对输入端的电压波动性迅速做出响应。包括主电路，还包括控制电路，控制电路包括微控制器、电压采集模块和驱动单元；电压采集模块的一号采集端连接在主电路的输入端上，电压采集模块的二号采集端连接在主电路的输出端上，驱动单元的输出端连接在主电路的控制端上，电压采集模块和驱动单元分别与微控制器连接。

Description

一种铝空气电池变换器

技术领域

本实用新型涉及电池变换装置技术领域，具体涉及一种铝空气电池变换器。

背景技术

铝空气电池是属于化学电池，铝空气电池所发的电是铝空气电池内的化学原料经过化学反应后发出来的，因此，铝空气电池的输出电压一般都会随铝空气电池化学反应的状态而发生变化，导致铝空气电池输出端的输出电压波动性较大。但现有的铝空气电池变换器的输出端不能对其输入端的电压波动性迅速做出响应，导致控制控制精度较差，因此铝空气电池变换器的控制精度和响应速度有待进一步提高。

实用新型内容

本实用新型是为了解决现有铝空气电池变换器存在的上述不足，提供一种抑制超调能力强，稳态性能好，输出端能对输入端的电压波动性迅速做出响应的一种铝空气电池变换器。

以上技术问题是通过下列技术方案解决的：

一种铝空气电池变换器，包括主电路，还包括控制电路和蓄能池，控制电路包括微控制器、电压采集模块和驱动单元；电压采集模块的一号采集端连接在主电路的输入端上，电压采集模块的二号采集端连接在主电路的输出端上，驱动单元的输出端连接在主电路的控制端上，电压采集模块和驱动单元分别与微控制器连接；蓄能池的一端也连接在主电路的输入端上，该蓄能池的另一端接地。

本方案的铝空气电池变换器抑制超调能力强，稳态性能好，输出端能对输入端的电压波动性迅速做出响应。

作为优选，主电路包括逆变单元、谐振单元、高频变压器和整流滤波单元；电压采集模块的一号采集端连接在逆变单元的输入端上，逆变单元的输出端连接在谐振单元的输入端上，谐振单元的输出端连接在高频变压器的输入端上，高频变压器的输出端连接在整流滤波单元的输入端上，电压采集模块的二号采集端连接在整流滤波单元的输出端上，驱动单元的输出端连接在逆变单元的控制端上。

作为优选，驱动单元包括PWM控制模块和驱动模块，驱动模块和微控制器分别与PWM控制模块连接，驱动模块的输出端连接在逆变单元的控制端上。

作为优选，逆变单元包括一号节点、二号节点、三号节点、四号节点、P沟道的MOS管开关Q1、P沟道的MOS管开关Q2、P沟道的MOS管开关Q3和P沟道的MOS管开关Q4；MOS管开关Q1的栅极、MOS管开关Q2的栅极、MOS管开关Q3的栅极和MOS管开关Q4的栅极都分别与驱动模块的输出端连接；MOS管开关Q1的漏极和MOS管开关Q2的漏极都连接在一号节点上；MOS管开关Q3的源极和MOS管开关Q4的源极都连接在二号节点上；MOS管开关Q1的源极、MOS管开关Q3的漏极和谐振单元的一个电极输入端都连接在三号节点上；MOS管开关Q2的源极、MOS管开关Q4的漏极和谐振单元的另一个电极输入端都连接在四号节点上；所述蓄能池的一端连接在一号节点上，所述蓄能池的另一端接地。

作为优选，逆变单元还包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4；电容C1的一端、二极管D1的负极、电容c2的一端和二极管D2的负极均连接在一号节点上；电容C1的另一端、二极管D1的正极、电容C3的一端和二极管D3的负极均连接在三号节点上；电容C2的另一端、二极管D2的正极、电容C4的一端和二极管D4的负极均连接在四号节点上；电容C3的另一端、二极管D3的正极、电容C4的另一端和二极管D4的正极均连接在二号节点上。

作为优选，蓄能池包括两个电容，这两个电容并联后一端连接在一号节点上，另一端接地。

本实用新型能够达到如下效果：

本实用新型的铝空气电池变换器抑制超调能力强，稳态性能好，输出端能对输入端的电压波动性迅速做出响应。

附图说明

图1是本实用新型的一种主电路原理连接结构示意图。

图2是本实用新型的一种控制电路原理连接结构示意框图。

图3是本实用新型铝空气电池电压随时间变化的一种曲线示意图。

图4是本实用新型的一种控制示意图。

图5是本实用新型的一种主程序流程图。

图6是本实用新型的一种中断服务程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。

实施例，一种铝空气电池变换器，参见图1-图2所示，包括主电路，还包括控制电路，控制电路包括微控制器、电压采集模块和驱动单元；电压采集模块的一号采集端连接在主电路的输入端上，电压采集模块的二号采集端连接在主电路的输出端上，驱动单元的输出端连接在主电路的控制端上，电压采集模块和驱动单元分别与微控制器连接。

主电路包括逆变单元、谐振单元、高频变压器和整流滤波单元；电压采集模块的一号采集端连接在逆变单元的输入端上，逆变单元的输出端连接在谐振单元的输入端上，谐振单元的输出端连接在高频变压器的输入端上，高频变压器的输出端连接在整流滤波单元的输入端上，电压采集模块的二号采集端连接在整流滤波单元的输出端上，驱动单元的输出端连接在逆变单元的控制端上。

驱动单元包括PWM控制模块和驱动模块，驱动模块和微控制器分别与PWM控制模块连接，驱动模块的输出端连接在逆变单元的控制端上。

逆变单元包括一号节点A1、二号节点A2、三号节点A3、四号节点A4、P沟道的MOS管开关Q1、P沟道的MOS管开关Q2、P沟道的MOS管开关Q3和P沟道的MOS管开关Q4；MOS管开关Q1的栅极、MOS管开关Q2的栅极、MOS管开关Q3的栅极和MOS管开关Q4的栅极都分别与驱动模块的输出端连接；MOS管开关Q1的漏极和MOS管开关Q2的漏极都连接在一号节点上；MOS管开关Q3的源极和MOS管开关Q4的源极都连接在二号节点上；MOS管开关Q1的源极、MOS管开关Q3的漏极和谐振单元的一个电极输入端都连接在三号节点上；MOS管开关Q2的源极、MOS管开关Q4的漏极和谐振单元的另一个电极输入端都连接在四号节点上；一个蓄能池的一端连接在一号节点上，该蓄能池的另一端接地。

逆变单元还包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4；电容C1的一端、二极管D1的负极、电容C2的一端和二极管D2的负极均连接在一号节点上；电容C1的另一端、二极管D1的正极、电容C3的一端和二极管D3的负极均连接在三号节点上；电容C2的另一端、二极管D2的正极、电容C4的一端和二极管D4的负极均连接在四号节点上；电容C3的另一端、二极管D3的正极、电容C4的另一端和二极管D4的正极均连接在二号节点上。

蓄能池包括两个电容，这两个电容并联后一端连接在一号节点上，另一端接地。

使用时，将铝空气电池的正极连接在一号节点A1上，将铝空气电池的负极连接在二号节点A2上。由MOS管开关Q1和MOS管开关Q2组成全桥式LLC谐振变换器的上桥臂，由MOS管开关Q3和MOS管开关Q4组成全桥式LLC谐振变换器的下桥臂，上桥臂和下桥臂互补导通。全桥式LLC谐振变换器在空载至满载全范围内实现主开关管零电压开通，有效降低开关损耗，次级整流二极管实现零电流关断，避免了反向恢复损耗问题。

为了使铝空气电池的输出能量与铝空气电池变换器要求的输入能量相匹配，在铝空气电池变换器的输入端引入蓄能池。在MOS管开关导通期间，向主电路供电，在MOS管开关截止期间，由铝空气电池向蓄能池进行充电。

参见图3所示，由于铝空气电池的电压随时间变化曲线图，考虑到铝空气电池的输出电压特性曲线的特点，在阶段1、阶段3，铝空气电池输出电压变化较快，波动相对较大，采用PD控制，缩短铝空气电池变换器的调节时间；在阶段2、阶段4，铝空气电池的输出电压相对平稳，可采用PI控制，提高铝空气电池变换器的输出电压精度。根据铝空气电池的输出电压特性曲线的特点，将铝空气电池放电特性曲线分为几个不同的阶段，针对不同阶段的特点，采用PI和PD切换的控制策略，使变换器具有好的动态性能，良好的抑制超调的能力，同时具有较好的稳态性能。为了减少输入电压的变化对输出电压的影响，在输出电压反馈中加入输入电压前馈，通过电压前馈，提供一个对应的，校正占空比调制的系数，实现动态调节，使铝空气电池变换器迅速对输入端的波动做出响应。

参见图4所示，采用输入电压前馈和输出电压反馈结合的控制方式，将输出电压的采样值Uout与基准值Uref进行比较得到一个偏差值e，在铝空气电池放电曲线的阶段1、阶段3和阶段2、阶段4，分别采用PD和PI控制，对偏差值e进行处理；用输入电压前馈环实时检测直流输入电压，用检测到的直流输入电压和额定输入电压的比值K，修正PT和PD程序处理后的返回值，消除直流输入电压波动对输出电压的影响。

参见图5、图6所示，主程序和中断响应服务程序组成了铝空气电池变换器的主要软件部分。主程序主要实现铝空气电池变换器的初始化与设置，包括：常量设置，变量，I/O端口，中断向量，A/D模块，寄存器的设置。铝空气电池变换器初始化后，循环等待中断；铝空气电池变换器的控制主要由A/D中断响应服务程序完成。A/D转换完成后将产生A/D中断，并执行相应的程序。在A/D中断服务程序中，通过判断两个相邻时段采集的输入电压的平均值的差值ΔU和设定值ε的大小关系，来选择执行PI或是PD调节程序，并根据输入电压的采样值与额定值的比值K，对PI或是PD的返回值进行修正，来完成控制量的计算与输出量的更新。

本实施例在不同的放电阶段，电压呈现出不同的变化趋势，为了能够综合铝空气电池变换器的动态与静态性能指标，使铝空气电池在不同放电阶段具有较高的控制精度和较快的响应速度，采用电压型控制中加入前馈控制的控制模式、分阶段的控制策略。

本实施例铝空气电池变换器抑制超调能力强，稳态性能好，输出端能对输入端的电压波动性迅速做出响应。

Claims (6)

1.一种铝空气电池变换器，包括主电路，其特征在于，还包括控制电路和蓄能池，控制电路包括微控制器、电压采集模块和驱动单元；电压采集模块的一号采集端连接在主电路的输入端上，电压采集模块的二号采集端连接在主电路的输出端上，驱动单元的输出端连接在主电路的控制端上，电压采集模块和驱动单元分别与微控制器连接；蓄能池的一端也连接在主电路的输入端上，该蓄能池的另一端接地。

2.根据权利要求1所述的一种铝空气电池变换器，其特征在于，主电路包括逆变单元、谐振单元、高频变压器和整流滤波单元；电压采集模块的一号采集端连接在逆变单元的输入端上，逆变单元的输出端连接在谐振单元的输入端上，谐振单元的输出端连接在高频变压器的输入端上，高频变压器的输出端连接在整流滤波单元的输入端上，电压采集模块的二号采集端连接在整流滤波单元的输出端上，驱动单元的输出端连接在逆变单元的控制端上。

3.根据权利要求2所述的一种铝空气电池变换器，其特征在于，驱动单元包括PWM控制模块和驱动模块，驱动模块和微控制器分别与PWM控制模块连接，驱动模块的输出端连接在逆变单元的控制端上。

4.根据权利要求2所述的一种铝空气电池变换器，其特征在于，逆变单元包括一号节点、二号节点、三号节点、四号节点、P沟道的MOS管开关Q1、P沟道的MOS管开关Q2、P沟道的MOS管开关Q3和P沟道的MOS管开关Q4；MOS管开关Q1的栅极、MOS管开关Q2的栅极、MOS管开关Q3的栅极和MOS管开关Q4的栅极都分别与驱动模块的输出端连接；MOS管开关Q1的漏极和MOS管开关Q2的漏极都连接在一号节点上；MOS管开关Q3的源极和MOS管开关Q4的源极都连接在二号节点上；MOS管开关Q1的源极、MOS管开关Q3的漏极和谐振单元的一个电极输入端都连接在三号节点上；MOS管开关Q2的源极、MOS管开关Q4的漏极和谐振单元的另一个电极输入端都连接在四号节点上；所述蓄能池的一端连接在一号节点上，所述蓄能池的另一端接地。

5.根据权利要求4所述的一种铝空气电池变换器，其特征在于，逆变单元还包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4；电容C1的一端、二极管D1的负极、电容C2的一端和二极管D2的负极均连接在一号节点上；电容C1的另一端、二极管D1的正极、电容C3的一端和二极管D3的负极均连接在三号节点上；电容C2的另一端、二极管D2的正极、电容C4的一端和二极管D4的负极均连接在四号节点上；电容C3的另一端、二极管D3的正极、电容C4的另一端和二极管D4的正极均连接在二号节点上。

6.根据权利要求1或4所述的一种铝空气电池变换器，其特征在于，蓄能池包括两个电容，这两个电容并联后一端连接在一号节点上，另一端接地。