基于能量回饋的大功率數(shù)字化變頻正負脈沖快速充電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電動汽車快速充電及能量回饋領(lǐng)域，特別涉及一種基于能量回饋的大功率數(shù)字化變頻正負脈沖快速充電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]作為電動汽車核心組成的蓄電池是決定整車性能的關(guān)鍵因素，其性能直接影響電動汽車的動力能力和續(xù)航能力。然而作為蓄電池能源補充的充電環(huán)節(jié)目前在充電速度以及充電效果上都不能滿足實際要求，甚至有些充電技術(shù)為加快充電速度將放電去極化的能量白白浪費掉，這違背了節(jié)能環(huán)保的設(shè)計初衷。
[0003]隨著大功率全控功率器件的發(fā)展以及數(shù)字化控制在電力電子技術(shù)領(lǐng)域的成功應(yīng)用，出現(xiàn)了傳統(tǒng)的電子負載，它廣泛用于電源能源的測量設(shè)備中作為等效負載。其中，能量回饋型電子負載，是以高頻電能變換理論為基礎(chǔ)，運用能量反饋的方法將各種待測試或進入試運行階段的獨立交、直流供電設(shè)備所輸出的能量循環(huán)使用。它既完成了特定負載的功能，實現(xiàn)對輸出電流大范圍的調(diào)節(jié)，模擬各種阻抗的負載，可使被測電源工作在純阻性、阻感性或阻容性負載的模式下；同時又把無謂消耗在傳統(tǒng)靜態(tài)負載和一般電子負載中的能量，通過一系列變換，以標準工頻正弦波的形式將被測電源的輸出電能回饋至電網(wǎng)，負載能量的循環(huán)使用率可達80%以上，從而大大節(jié)約了能源的無謂消耗和電費的支出，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0004]經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，“間歇-正負脈沖蓄電池快速充電方法的研宄”(吳鐵洲，白婷，胡麗平，李子龍.間歇-正負脈沖蓄電池快速充電方法的研宄.電子器件，2014，37 (12):1245-1250)，提出了間歇-正負脈沖充電法，依據(jù)析氣點電壓和極化電壓監(jiān)測蓄電池極化狀況，采用兩種模糊控制器，分別確定間歇-正負脈沖充電法中的正負脈沖寬度，采用交替充電和放電減少或消除充電過程中的極化現(xiàn)象，但是采用的是固定頻率的正負脈沖，沒有采用變頻正負脈沖快速充電方法和實現(xiàn)負脈沖放電能量回饋。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，本發(fā)明提供一種基于能量回饋的大功率數(shù)字化變頻正負脈沖快速充電系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種基于能量回饋的大功率數(shù)字化變頻正負脈沖快速充電系統(tǒng)，包括工頻交流輸入電網(wǎng)、大功率充電主電路、四階段快速充電控制電路、變頻正負脈沖產(chǎn)生電路、負脈沖放電能量回饋電路和電池負載；
[0008]所述大功率充電主電路的輸入端與工頻交流輸入電網(wǎng)連接；所述大功率充電主電路的輸出端與變頻正負脈沖產(chǎn)生電路連接；所述變頻正負脈沖產(chǎn)生電路與電池負載連接；所述負脈沖放電能量回饋電路的輸入端與變頻正負脈沖產(chǎn)生電路連接；所述負脈沖放電能量回饋電路的輸出端與工頻交流輸入電網(wǎng)連接；
[0009]所述大功率充電主電路包括依次電氣連接的輸入整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變壓模塊和輸出整流濾波模塊；
[0010]所述四階段快速充電控制電路包括DSP數(shù)字化控制模塊、MOSFET高頻驅(qū)動模塊、IGBT驅(qū)動模塊和電流電壓采樣及信號處理模塊；
[0011]所述變頻正負脈沖產(chǎn)生電路包括變頻正負脈沖產(chǎn)生模塊；
[0012]所述負脈沖放電能量回饋電路包括依次電氣連接的濾波模塊、Boost升壓模塊和并網(wǎng)逆變模塊。
[0013]所述MOSFET高頻驅(qū)動模塊的輸入端、IGBT驅(qū)動模塊的輸入端和電流電壓采樣及信號處理模塊的輸出端均與DSP數(shù)字化控制模塊連接，其中電流電壓采樣及信號處理模塊具體為三個，其輸入端分別與高頻逆變模塊、并網(wǎng)逆變模塊及Boost升壓模塊連接；
[0014]所述MOSFET高頻驅(qū)動模塊具體為2個，其輸出端分別與高頻逆變模塊及Boost升壓模塊連接。
[0015]所述Boost升壓模塊由升壓斬波電路構(gòu)成，所述正負脈沖產(chǎn)生模塊包括正脈沖輸出電路和負脈沖輸出電路。
[0016]所述并網(wǎng)逆變模塊采用電壓型全橋逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)。
[0017]所述四階段快速充電控制電路由DSP數(shù)字化控制模塊控制實現(xiàn)預(yù)充電、正負脈沖快速充電、補足充電及浮充電四個階段脈沖快速充電。
[0018]具體為:
[0019]對電池采用穩(wěn)定小電流預(yù)充電，使電池電壓逐步上升到接受大電流充電的閾值時進入正負脈沖快速充電；
[0020]采用正向大電流和負向脈沖進行正負脈沖快速充電，當(dāng)電池兩端電壓上升到一定值時控制切換到補足充電階段，此階段采用恒壓充電，充電電流逐漸減小，當(dāng)電流下降到某一閾值時，轉(zhuǎn)到浮充階段；
[0021]所述變頻正負脈沖產(chǎn)生電路通過檢測電池充電狀況，根據(jù)電池電壓實時改變充電脈沖的充電電流與充電脈沖頻率實現(xiàn)對充電過程中的正負脈沖進行有效調(diào)制，即用高頻脈沖對低頻脈沖進行調(diào)制，使單位脈沖的強度在強弱以及正負之間周期性切換。由于變頻電流對原來充電電流和放電電流進行調(diào)制，使單位脈沖的強度在高頻脈沖和低頻脈沖之間周期性切換。
[0022]所述變頻正負脈沖產(chǎn)生電路對變頻正負脈沖進行實時調(diào)節(jié)，通過IGBT驅(qū)動模塊對指定I/o端口輸出的高低電平放大，控制IGBT管的開啟與關(guān)斷，從而實現(xiàn)正脈沖電流與負脈沖電流的輸出，通過二極管防電池反接，控制負脈沖放電方向。
[0023]所述負脈沖放電能量回饋電路采用能量回饋型電子負載拓撲，將產(chǎn)生的負脈沖通過升壓和逆變產(chǎn)生與工頻交流輸入電網(wǎng)幅值和相位一致的輸出，且并回電網(wǎng)。
[0024]所述并網(wǎng)逆變模塊通過SPWM控制單相并網(wǎng)逆變電路MOSFET的開通和關(guān)斷。
[0025]本發(fā)明具有如下的優(yōu)點和有益效果:
[0026](I)變頻正負脈沖快速充電系統(tǒng)在消除以濃差極化為主的極化問題條件下，達到高效充電，提高蓄電池壽命。通過對充電過程中的正負脈沖進行有效調(diào)制，使單位脈沖的強度在強弱以及正負之間低頻周期性切換，得到特定的能有效減少充電阻力的周期性變化的強弱脈沖群和正負脈沖群，打破電池的固有充電曲線，從而使充電時間大大縮短；
[0027](2)負脈沖放電能量回饋系統(tǒng)實現(xiàn)能量回收?，F(xiàn)有的正負脈沖快速充電系統(tǒng)只能通過放電電阻進行放電，這樣會有一部分能量損失在放電電阻上。本發(fā)明能量回饋并網(wǎng)系統(tǒng)將放電電流通過該系統(tǒng)逆變回電網(wǎng)，達到高效節(jié)能的效果；
[0028](3)系統(tǒng)穩(wěn)定，響應(yīng)速度快，控制精度高，性能好，可靠性高；該系統(tǒng)以數(shù)字信號處理器DSP為核心，通過軟件編程，使系統(tǒng)實現(xiàn)穩(wěn)定、可靠的大功率輸出，此外，本發(fā)明還采用了電流電壓反饋的數(shù)字化控制技術(shù)，采用了 DSP技術(shù)和開關(guān)電源充電，使系統(tǒng)的動態(tài)特性優(yōu)良、控制精度尚，系統(tǒng)穩(wěn)定，充電時安全性尚，可靠性尚。
【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；
[0030]圖2是本發(fā)明大功率充電主電路圖；
[0031]圖3是本發(fā)明四階段快速充電控制電路各階段電流波形圖；
[0032]圖4為本發(fā)明變頻正負脈沖電流波形圖；
[0033]圖5是本發(fā)明的變頻正負脈沖產(chǎn)生模塊電路圖；
[0034]圖6是本發(fā)明Boost升壓電路圖；
[0035]圖7是本發(fā)明并網(wǎng)逆變模塊電路圖。
【具體實施方式】
[0036]下面結(jié)合實施例及附圖，對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0037]實施例
[0038]如圖1所示，一種基于能量回饋的大功率數(shù)字化變頻正負脈沖快速充電系統(tǒng)，包括工頻交流輸入電網(wǎng)、大功率充電主電路、四階段快速充電控制電路、變頻正負脈沖產(chǎn)生電路、負脈沖放電能量回