高效節能動(dòng)力鋰電池檢測及化成系統

其拓撲為L(cháng)LC諧振全橋 Vin為交流電整流(三相無(wú)源PFC)或經(jīng)PFC(功率因數校正)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)

結構如圖3所示。包括雙向DC/DC模塊。第一級采用隔離式半橋變換結構，利用變壓器對高壓側與低壓側進(jìn)行隔離，開(kāi)關(guān)管V1,V2,V3,V4采用固定脈沖控制，實(shí)現從400V母線(xiàn)電壓和15V中間電壓進(jìn)行變換，第二級采用非隔離式Buckboost 變換器構成，開(kāi)關(guān)管V5,V6采用閉環(huán)閉環(huán)控制，實(shí)現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3V電壓，經(jīng)C11濾波后，送至由V6、V5、L1、C0構成BOOST升壓變換器，BOOST變換器將電壓從3V升至15V, 調節送到TG6的脈沖占空比，可以實(shí)現調節輸出電壓;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(kāi)關(guān)管V3、V4工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，經(jīng)變壓器升壓至200V，由D1、D2 以及C1、C2構成全波倍壓整流電路，將輸出電壓穩定在400 V。

升壓變換時(shí)輸入電壓與輸出電壓關(guān)系式：

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

2.降壓工作模式

母線(xiàn)側輸入電壓400 V，經(jīng)C1和C2分壓，上下橋臂輸入電壓為200 V?？刂破鲗⒐潭}沖送至TG1和TG2，使開(kāi)關(guān)管V1， V2工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。由D3、D4構成全波整流電路，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(kāi)關(guān)管V5 , 使V5、D6、L1、C11構成BUCK降壓變換器，將電壓從24V降至3V。調節輸入開(kāi)關(guān)管V5 的驅動(dòng)波形占空比，可以調節輸出電壓。降壓變換時(shí)輸入電壓與輸出電壓關(guān)系式：

式中：N1變壓器高壓側匝數，N2變壓器低壓側匝數，V400高壓側輸入電壓，D1 開(kāi)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控，本設計的雙向DC/DC變換器以MCU為核心控制器件。對各個(gè)開(kāi)關(guān)管的控制、鋰電池電流、電壓，溫度測量、上位機通信、電量計量等功能，硬件結構如圖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系統給出)一起經(jīng)電流PI 調節器和驅動(dòng)電路，控制開(kāi)關(guān)管導通與關(guān)斷。由于PI調節器可以實(shí)現無(wú)差調節，從而實(shí)現電池充電電流的恒定。為防止鋰電池充電可能出現的過(guò)充影響電池的性能，控制電路加入了電壓限制環(huán)節，使得電壓達到限制電壓時(shí)減小充電電流。

四、 集中式計算機控制系統

為了實(shí)現上位機與化成通道的實(shí)時(shí)通訊 ,兩者通過(guò)CAN總線(xiàn)進(jìn)行通信。