高效節(jié)能動(dòng)力鋰電池檢測及化成系統(tǒng)

其拓?fù)錇長LC諧振全橋 Vin為交流電整流(三相無源PFC)或經(jīng)PFC(功率因數(shù)校正)后電壓

T1、T2、T3、T4為MOSFET Lr為諧振電感 Cr為諧振電容 D5、D6為高頻整流二極管 Cf為濾波電容。

三、化成模塊(雙向DC/DC)

結(jié)構(gòu)如圖3所示。包括雙向DC/DC模塊。第一級采用隔離式半橋變換結(jié)構(gòu)，利用變壓器對高壓側(cè)與低壓側(cè)進(jìn)行隔離，開關(guān)管V1,V2,V3,V4采用固定脈沖控制，實(shí)現(xiàn)從400V母線電壓和15V中間電壓進(jìn)行變換，第二級采用非隔離式Buckboost 變換器構(gòu)成，開關(guān)管V5,V6采用閉環(huán)閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)15V中間電壓和3V鋰電池電壓之間進(jìn)行二次變換。

1.升壓工作模式

電池側(cè)3V電壓，經(jīng)C11濾波后，送至由V6、V5、L1、C0構(gòu)成BOOST升壓變換器，BOOST變換器將電壓從3V升至15V, 調(diào)節(jié)送到TG6的脈沖占空比，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)輸出電壓;由第一級變換器升壓至15V的電壓經(jīng)C3、C4分壓， 送至半橋變換器，給固定脈沖至TG3和TG4 , 使開關(guān)管V3、V4工作在開關(guān)狀態(tài)，經(jīng)變壓器升壓至200V，由D1、D2 以及C1、C2構(gòu)成全波倍壓整流電路，將輸出電壓穩(wěn)定在400 V。

升壓變換時(shí)輸入電壓與輸出電壓關(guān)系式：

式中：N1變壓器高壓側(cè)匝數(shù); N2變壓器低壓側(cè)匝數(shù);Vb電池電壓; D2 開關(guān)管V6的輸入脈沖占空比。

2.降壓工作模式

母線側(cè)輸入電壓400 V，經(jīng)C1和C2分壓，上下橋臂輸入電壓為200 V。控制器將固定脈沖送至TG1和TG2，使開關(guān)管V1， V2工作在開關(guān)狀態(tài)。由D3、D4構(gòu)成全波整流電路，經(jīng)C0濾波，使電壓從400V降至24V;閉環(huán)控制器輸出PWM 信號，送至開關(guān)管V5 , 使V5、D6、L1、C11構(gòu)成BUCK降壓變換器，將電壓從24V降至3V。調(diào)節(jié)輸入開關(guān)管V5 的驅(qū)動(dòng)波形占空比，可以調(diào)節(jié)輸出電壓。降壓變換時(shí)輸入電壓與輸出電壓關(guān)系式：

式中：N1變壓器高壓側(cè)匝數(shù)，N2變壓器低壓側(cè)匝數(shù)，V400高壓側(cè)輸入電壓，D1 開關(guān)管V5的輸入脈沖占空比。

3.化成模塊(雙向DC/DC)控制策略

為了完成對鋰電池的管理與監(jiān)控，本設(shè)計(jì)的雙向DC/DC變換器以MCU為核心控制器件。對各個(gè)開關(guān)管的控制、鋰電池電流、電壓，溫度測量、上位機(jī)通信、電量計(jì)量等功能，硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示。

控制電路采用電流閉環(huán)和電壓限定控制方法，利用高精度霍爾電流傳感器測量電池充電電流，與電流給定信號(CPU系統(tǒng)給出)一起經(jīng)電流PI 調(diào)節(jié)器和驅(qū)動(dòng)電路，控制開關(guān)管導(dǎo)通與關(guān)斷。由于PI調(diào)節(jié)器可以實(shí)現(xiàn)無差調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)電池充電電流的恒定。為防止鋰電池充電可能出現(xiàn)的過充影響電池的性能，控制電路加入了電壓限制環(huán)節(jié)，使得電壓達(dá)到限制電壓時(shí)減小充電電流。

四、 集中式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

為了實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與化成通道的實(shí)時(shí)通訊 ,兩者通過CAN總線進(jìn)行通信。