。在正脈沖產(chǎn)生階段，DSP數(shù)字控制模塊106控制I/O端口 1/01輸出高電平和1/02輸出低電平并經(jīng)IGBT驅(qū)動(dòng)模塊108放大，從而控制開通IGBT管Vl和關(guān)斷IGBT管V2，實(shí)現(xiàn)正脈沖電流對(duì)電池負(fù)載的充電。在負(fù)脈沖產(chǎn)生階段，DSP數(shù)字控制模塊106控制I/O端口 1/01輸出低電平和1/02輸出高電平并經(jīng)IGBT驅(qū)動(dòng)模塊放大，從而控制關(guān)斷IGBT管VI和開通IGBT管V2，電池負(fù)載放電，瞬時(shí)釋放大幅度放電電流，即形成負(fù)脈沖放電電流，從而消除電池的析氣極化現(xiàn)象，高效利用充電電流，降低損耗率。二極管D9、DlO用于防電池反接，控制負(fù)脈沖放電的方向。
[0060]圖6為本發(fā)明Boost升壓模塊電路圖。Boost升壓模塊由升壓斬波電路組成，電感L4儲(chǔ)能使電壓泵升，電容C14和C15作為濾波器保持電壓；根據(jù)反饋電壓的大小實(shí)時(shí)調(diào)整DSP嵌入式處理器定時(shí)器比較單元寄存器參數(shù)，改變PWM的占空比，從而改變MOSFET開關(guān)管的導(dǎo)通比，使Boost升壓模塊102穩(wěn)定地輸出直流電壓。
[0061]圖7為本發(fā)明并網(wǎng)逆變模塊電路圖。作為優(yōu)選實(shí)施方式，并網(wǎng)逆變模塊111采用電壓型全橋逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，電壓型全橋逆變器由直流側(cè)并聯(lián)儲(chǔ)能電容和全橋結(jié)構(gòu)電路組成，其中Q6?Q9為4個(gè)MOSFET開關(guān)管，每個(gè)開關(guān)管上帶有寄生二極管和寄生電容。它共有4個(gè)橋臂，橋臂Q6和Q9作為一對(duì)，橋臂Q7和Q8作為另一對(duì)，成對(duì)的兩個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通，兩對(duì)交替各導(dǎo)通180°。電壓型全橋逆變器能有效提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能和直流電壓利用率，且可以工作于單極性倍頻方式，可以用較小的濾波器獲得較好的輸出紋波性能，對(duì)提高系統(tǒng)性能有較大的作用。
[0062]作為優(yōu)選實(shí)施方式，為獲得質(zhì)量較好的濾波效果，輸出濾波模塊采用LC結(jié)構(gòu)，濾波器由電感和電容組成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且控制容易實(shí)現(xiàn)。
[0063]通過移相全橋主電路和DSP數(shù)字化控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)大功率充電主電路和四階段快速充電控制系統(tǒng)。通過對(duì)充電過程中的正負(fù)脈沖進(jìn)行有效調(diào)制，使單位脈沖強(qiáng)度在強(qiáng)弱以及正負(fù)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(qiáng)弱脈沖群和正負(fù)脈沖群。以變頻脈沖代替?zhèn)鹘y(tǒng)固定頻率脈沖實(shí)時(shí)去極化，打破蓄電池的固有充電曲線，縮短其充電時(shí)間；另一方面，將負(fù)脈沖去極化過程中釋放的能量通過能量回饋系統(tǒng)進(jìn)行能量回收，在負(fù)脈沖充電停歇去極化時(shí)將能量回饋到電網(wǎng)，進(jìn)一步完善節(jié)能效果。它克服了現(xiàn)有常規(guī)的恒壓充電裝置和恒流充電裝置充電手段單一造成充電過程對(duì)蓄電池?fù)p耗大，充電時(shí)間長(zhǎng)，無(wú)法真正快速充電，以及現(xiàn)有正負(fù)脈沖快速充電方法在充電過程中固有頻率脈沖輸出不能很好地滿足蓄電池充電特性和能量浪費(fèi)等缺點(diǎn)，改進(jìn)當(dāng)前充電系統(tǒng)帶來(lái)的不足，解決充電快速性和充電節(jié)能的問題。
[0064]上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于能量回饋的大功率數(shù)字化變頻正負(fù)脈沖快速充電系統(tǒng)，其特征在于，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(fù)脈沖產(chǎn)生電路、負(fù)脈沖放電能量回饋電路和電池負(fù)載； 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(fù)脈沖產(chǎn)生電路連接；所述變頻正負(fù)脈沖產(chǎn)生電路與電池負(fù)載連接；所述負(fù)脈沖放電能量回饋電路的輸入端與變頻正負(fù)脈沖產(chǎn)生電路連接；所述負(fù)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； 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； 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(dòng)模塊、IGBT驅(qū)動(dòng)模塊和電流電壓采樣及信號(hào)處理模塊； 所述變頻正負(fù)脈沖產(chǎn)生電路包括變頻正負(fù)脈沖產(chǎn)生模塊； 所述負(fù)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。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速充電系統(tǒng)，其特征在于，所述MOSFET高頻驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端、IGBT驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端和電流電壓采樣及信號(hào)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(hào)處理模塊具體為三個(gè)，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； 所述MOSFET高頻驅(qū)動(dòng)模塊具體為2個(gè)，其輸出端分別與高頻逆變模塊及Boost升壓模塊連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速充電系統(tǒng)，其特征在于，所述Boost升壓模塊由升壓斬波電路構(gòu)成，所述正負(fù)脈沖產(chǎn)生模塊包括正脈沖輸出電路和負(fù)脈沖輸出電路。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速充電系統(tǒng)，其特征在于，所述并網(wǎng)逆變模塊采用電壓型全橋逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速充電系統(tǒng)，其特征在于，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(shí)現(xiàn)預(yù)充電、正負(fù)脈沖快速充電、補(bǔ)足充電及浮充電四個(gè)階段脈沖快速充電。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的快速充電系統(tǒng)，其特征在于，具體為: 對(duì)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(shí)進(jìn)入正負(fù)脈沖快速充電； 采用正向大電流和負(fù)向脈沖進(jìn)行正負(fù)脈沖快速充電，當(dāng)電池兩端電壓上升到一定值時(shí)控制切換到補(bǔ)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(shí)，轉(zhuǎn)到浮充階段。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速充電系統(tǒng)，其特征在于，所述變頻正負(fù)脈沖產(chǎn)生電路通過檢測(cè)電池充電狀況，根據(jù)電池電壓實(shí)時(shí)改變充電脈沖的充電電流與充電脈沖頻率實(shí)現(xiàn)對(duì)充電過程中的正負(fù)脈沖進(jìn)行有效調(diào)制，即用高頻脈沖對(duì)低頻脈沖進(jìn)行調(diào)制，使單位脈沖的強(qiáng)度在強(qiáng)弱以及正負(fù)之間周期性切換，由于變頻電流對(duì)原來(lái)充電電流和放電電流進(jìn)行調(diào)制，使單位脈沖的強(qiáng)度在高頻脈沖和低頻脈沖之間周期性切換。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速充電系統(tǒng)，其特征在于，所述變頻正負(fù)脈沖產(chǎn)生電路對(duì)變頻正負(fù)脈沖進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，通過IGBT驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)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(shí)現(xiàn)正脈沖電流與負(fù)脈沖電流的輸出，通過二極管防電池反接，控制負(fù)脈沖放電方向。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速充電系統(tǒng)，其特征在于，所述負(fù)脈沖放電能量回饋電路采用能量回饋型電子負(fù)載拓?fù)?，將產(chǎn)生的負(fù)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)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于能量回饋的大功率數(shù)字化變頻正負(fù)脈沖快速充電系統(tǒng)，其特征在于，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。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于能量回饋的大功率數(shù)字化變頻正負(fù)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(fù)脈沖產(chǎn)生電路、負(fù)脈沖放電能量回饋電路和電池負(fù)載；大功率充電主電路的輸入端與工頻交流輸入電網(wǎng)連接；大功率充電主電路的輸出端與變頻正負(fù)脈沖產(chǎn)生電路連接；變頻正負(fù)脈沖產(chǎn)生電路與電池負(fù)載連接；負(fù)脈沖放電能量回饋電路的輸入端與變頻正負(fù)脈沖產(chǎn)生電路連接；負(fù)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；本發(fā)明在有效地消除以濃差極化為主的極化問題條件下，達(dá)到高效充電，提高蓄電池壽命，同時(shí)負(fù)脈沖放電能量回饋系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能量回收。
【IPC分類】H02J7/10
【公開號(hào)】CN104917270
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510317349
【發(fā)明人】吳開源, 黃嘉賢, 何祖?zhèn)? 章濤
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開日】2015年9月16日
【申請(qǐng)日】2015年6月11日