CN211018368U - 一种蓄电池充放电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种成本低、并可稳定可靠地实现零电压充放电的蓄电池充放电系统，其结构包括：双向单/三相AC‑DC、多个双向DC‑DC以及与双向DC‑DC连接的通讯系统，其中，双向单/三相AC‑DC与交流电网连接，为双向DC‑DC提供直流母线，双向DC‑DC的奇数组并联与电池正端连接，双向DC‑DC的偶数组与电池的负端连接，奇数组的双向DC‑DC与通讯系统连接，由通讯系统发送充放电命令，偶数组的双向DC‑DC使用电流电压三环控制方法直接硬并联。本实用新型所述的蓄电池充放电系统只需要单个AC‑DC，具有效率高、体积小、故障率低等优点，可以实现蓄电池零电压充放电，连接灵活，可通过通讯系统任意配置并联数目，尤其适用于蓄电池的检测。

Description

一种蓄电池充放电系统

技术领域

本实用新型涉及一种蓄电池充放电系统，具体涉及到一种共母线的、可以实现蓄电池零电压充放电的蓄电池充放电系统。

背景技术

业内人士都知道，蓄电池充放电系统是蓄电池生产测试过程中必须用到的设备。传统的蓄电池充放电系统一般有三种，第一种：使用整流二极管产生直流母线，再经过DC-DC(直流变换器)给蓄电池充电，放电时，采用电阻直接泻放；第二种：使用双向AC-DC(双向交直流变换器)产生直流母线，多个DC-DC共母线对电池充放电，不能实现零电压充放电；第三种：使用相互独立的双向AC-DC、DC-DC来对蓄电池进行充放电，如果需要并联，则需要多个双向AC-DC和DC-DC来实现。以上三种方案各自存在的缺点是：

1、第一种方案，产品体积能耗较大，并且，不能实现零电压充放电。

2、第二种方案，无法实现零电压充放电。

3、第三种方案，可以实现零电压充放电，但是，由于采用了多个双向单/三相AC-DC，整个系统成本较高，而且，稳定性较差、故障率较高。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种成本低、并可稳定可靠地实现零电压充放电的蓄电池充放电系统。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：一种蓄电池充放电系统，包括：双向交直流转换器，其特征在于：所述的蓄电池充放电系统还包括：成对使用的双向直流变换器，该双向直流变换器的具体结构包括：两个N沟道功率MOS管组成的单个桥臂、储能电感、滤波电容、分流器、信号调理电路和处理控制单元，作为桥臂上管的N沟道功率MOS管的漏极与双向直流变换器的正输入端相连，作为桥臂下管的N沟道功率MOS管的源极与双向直流变换器的负输入端相连，桥臂的中点与储能电感的一端相连，储能电感的另一端与滤波电路的相应端、分流器的一端相连，分流器的另一端作为该双向直流变换器的输出端，分流器的两个信号输出端与信号调理电路的相应输入端相连，信号调理电路的输出端与处理控制单元的相应端相连，处理控制单元输出两个脉宽调制信号分别与两个N沟道功率MOS管的栅极相连；所述的双向交直流转换器的正输出端与所有双向直流变换器的正输入端相连，双向交直流转换器的负输出端与所有双向直流变换器的负输入端相连，一半双向直流变换器的输出端并联后作为蓄电池的正接线端，剩下的一半双向直流变换器的输出端并联后作为蓄电池的负接线端，其中，与蓄电池的正接线端相连的双向直流变换器中的处理控制单元通过总线通讯的方式与用于下发充放电命令和接收电压、电流数据的上位机相连；与蓄电池的负接线端相连的双向直流变换器通过电压电流三环控制方式输出。

作为一种优选方案，在所述的一种蓄电池充放电系统中，所述的与蓄电池的正接线端相连的双向直流变换器中的处理控制单元通过CAN总线通讯的方式与用于下发充放电命令和接收电压、电流数据的上位机相连。

作为一种优选方案，在所述的一种蓄电池充放电系统中，所述的双向交直流转换器为三相交直流转换器。

作为一种优选方案，在所述的一种蓄电池充放电系统中，所述的双向交直流转换器为单相交直流转换器。

本实用新型的有益效果是：本实用新型由于不需要多个双向单/三相AC-DC，通过电流电压三环控制算法与DC-DC转换电路相结合，以共母线任意并联方式实现了零电压充放电，事实上，本实用新型所述的充放电系统可以负电压充放电，大大降低了成本，提高了系统的稳定性。

附图说明

图1是本实用新型所述蓄电池充放电系统的结构示意图。

图2是本实用新型所述双向DC-DC模块内部原理框图。

图3是电压电流三环控制方式的逻辑框图。

具体实施方式

下面结合附图，详细描述本实用新型所述的一种蓄电池充放电系统的具体实施方案。

如图1所示，本实用新型所述的蓄电池充放电系统，包括：单相双向交直流转换器10、以及成对使用的四个双向直流变换器21、22、23和24，单相双向交直流转换器10的一侧与50HZ、220V的交流电网连接；如图2所示，以双向直流变换器21为例，所述的双向直流变换器21包括：两个N沟道功率MOS管M1和M2组成的单个桥臂、储能电感L1、滤波电容C1、分流器FL1、信号调理电路、以及作为处理控制单元的微处理器(英文缩写为MCU)，作为桥臂上管的N沟道功率MOS管M1的漏极D与所述的双向直流变换器21的正输入端相连，作为桥臂下管的N沟道功率MOS管源极S与双向直流变换器21的负输入端相连，桥臂的中点与储能电感L1的一端相连，储能电感L1的另一端与滤波电路C1的相应端、分流器FL1的一端相连，分流器FL1的另一端作为该双向直流变换器21的输出端，分流器FL1的两个信号输出端与信号调理电路的相应输入端相连，信号调理电路的输出端与微处理器MCU的相应端相连，微处理器MCU输出两个脉宽调制信号分别与两个N沟道功率MOS管M1和M2的栅极相连；单相双向交直流转换器10通过电网产生400V直流母线，为双向直流变换器21、22、23和24供电，所述的单相双向交直流转换器10的正输出端与所有双向直流变换器21、22、23和24的正输入端相连，单相双向交直流转换器10的负输出端与所有双向直流变换器21、22、23和24的负输入端相连，双向直流变换器21和23的输出端并联后、作为蓄电池40的正接线端，双向直流变换器22和24的输出端并联后、作为蓄电池40的负接线端，其中，与蓄电池40的正接线端相连的双向直流变换器21和23中的微处理器通过CAN或RS485等总线通讯的方式与用于下发充放电命令和接收电压、电流数据的上位机50相连；与蓄电池40的负接线端相连的双向直流变换器22和24通过电压电流三环控制方式输出。

实际应用时，所述的双向交直流转换器还可以是三相交直流转换器；双向交直流转换器可以将电能电网侧向直流母线流动，也可以从直流母线侧向电网侧流动。同理，双向直流变换器21、22、23和24可以将能量从直流母线侧向电池侧流动，也可以从电池侧向直流母线侧流动。

实际使用时，对于200伏电压的蓄电池40而言，测试中需要将蓄电池40充电到240V、电流10A，以电流10A放电到零伏。设定双向直流变换器22和24固定输出电压为50V，充电时，上位机50通过CAN总线控制双向直流变换器21和23的电压至290V，这样蓄电池40的正负端压差为240V，也就是说对蓄电池进行240V恒压充电。放电时，上位机50通过CAN总线控制双向直流变换器21和23的电压至50V，这样蓄电池40的正负端压差为0伏，也就是说对蓄电池进行0V放电。

如图3所示，电压电流三环控制方式输出，其具体过程为：电压VREF减去Ifdb*0.1作为电压环的给定，Vfdb(输出电压)作为电压环的反馈，经过PI调节器，限幅后输出PIDU。电流IREF作为电流环1的给定，Ifdb(输出电流)作为电流环1的反馈，经过PI调节器，限幅后输出PIDI1。电流NIREF作为电流环2的给定，Ifdb(输出电流)作为电流环2的反馈，经过PI调节器，限幅后输出PIDI2。其中，IREF与NIREF是值相等的正负电流给定。三个环路输出后，以PIDU作为基准，PIDI1作为正端限幅.PIDI2作为负端限幅，输出PIDOUT，最后与载波调制后输出PWM控制MOS管。

以双向直流变换器22和双向直流变换器24为例说明：VREF对应双向直流变换器22和24的设定电压50V，IREF对应设定电流10A，NREF对应负设定电流-10A，Vfdb对应双向直流变换器22和24的V2、V4。Ifbd对应双向直流变换器22的I2、I4。经过各自调节器分别输出PIDU、PIDI1和PIDI2，最后限幅输出PIDOUT。此种方式可以实现电压电流的自动均衡。把不均衡控制在额定电流的10％以内。

以上仅为两组直流变换器模块并联的案例，其它实施案例中有使用10路或者更多进行并联的案例，理论上只要保证通讯的可靠性，可以实现任意路的并联。

综上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型实施的范围，凡依本实用新型权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所作的均等变化与修饰，均应包括在本实用新型的权利要求范围内。

Claims (4)

1.一种蓄电池充放电系统，包括：双向交直流转换器，双向交直流转换器与交流电相连，其特征在于：所述的蓄电池充放电系统还包括有：成对使用的双向直流变换器，该双向直流变换器的具体结构包括：两个N沟道功率MOS管组成的单个桥臂、储能电感、滤波电容、分流器、信号调理电路和处理控制单元，作为桥臂上管的N沟道功率MOS管的漏极与双向直流变换器的正输入端相连，作为桥臂下管的N沟道功率MOS管的源极与双向直流变换器的负输入端相连，桥臂的中点与储能电感的一端相连，储能电感的另一端与滤波电路的相应端、分流器的一端相连，滤波电容的另一端与双向交直流转换器的负输出端相连，分流器的另一端作为该双向直流变换器的输出端，分流器的两个信号输出端与信号调理电路的相应输入端相连，信号调理电路的输出端与处理控制单元的相应端相连，处理控制单元输出两个脉宽调制信号分别与两个N沟道功率MOS管的栅极相连；所述的双向交直流转换器的正输出端与所有双向直流变换器的正输入端相连，双向交直流转换器的负输出端与所有双向直流变换器的负输入端相连，一半双向直流变换器的输出端并联后作为蓄电池的正接线端，剩下的一半双向直流变换器的输出端并联后作为蓄电池的负接线端，其中，与蓄电池的正接线端相连的双向直流变换器中的处理控制单元通过总线通讯的方式与用于下发充放电命令和接收电压、电流数据的上位机相连；与蓄电池的负接线端相连的双向直流变换器通过电压电流三环控制方式输出。

2.根据权利要求1所述的一种蓄电池充放电系统，其特征在于：所述的与蓄电池的正接线端相连的双向直流变换器中的处理控制单元通过CAN总线通讯的方式与用于下发充放电命令和接收电压、电流数据的上位机相连。

3.根据权利要求1或2所述的一种蓄电池充放电系统，其特征在于：所述的双向交直流转换器为三相交直流转换器。

4.根据权利要求1或2所述的一种蓄电池充放电系统，其特征在于：所述的双向交直流转换器为单相交直流转换器。

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