基于新型雙向整流器的鋰電池充放電裝置研究

摘要：針對當前鋰動(dòng)力電池的良好應用前景，介紹了一種新型的基于雙向DC／DC同步半橋整流器的高效鋰動(dòng)力電池充放電裝置。對該充放電裝置的工作原理及過(guò)程進(jìn)行了詳細分析，同時(shí)對其硬件參數和軟件算法進(jìn)行了設計。最后搭建了實(shí)驗平臺，對單個(gè)200 Ah的鋰動(dòng)力電池進(jìn)行了充、放電實(shí)驗。實(shí)驗結果驗證了該裝置電路拓撲結構和控制方案的可行性。
關(guān)鍵詞：整流器；鋰動(dòng)力電池；數字信號處理

1 引言
目前，鋰動(dòng)力電池是當前綜合性能和發(fā)展前景最好的電池，在動(dòng)力汽車(chē)、軍事武器、航空航天等方面得到了越來(lái)越廣泛地應用，但其充放電過(guò)程存在極大的能量浪費。為了減少能量浪費，必須對鋰動(dòng)力電池高效充放電裝置進(jìn)行研究。在此，利用MOSFET的雙向導通特性，對基于雙向DC／DC同步半橋整流器的鋰動(dòng)力電池充放電裝置進(jìn)行了研究和設計。

2 雙向DC／DC同步半橋整流器
2．1 主電路結構框圖
圖1示出鋰電池充放電裝置所采用的雙向DC／DC同步半橋整流器的主電路結構框圖。該功率電路拓撲由帶高頻變壓器隔離的可逆半橋電路和雙電感倍流整流電路構成。其中，連接到直流母線(xiàn)的可逆半橋電路由兩個(gè)全控型開(kāi)關(guān)管VQ1，VQ2、分壓儲能電容C1，C2、變壓器初級T1、起平衡電容電壓作用的均壓電感L和二極管VD3，VD4組成，Ud為直流母線(xiàn)電壓；次級雙電感倍流整流電路則由變壓器次級T2、功率開(kāi)關(guān)管VQ3，VQ4、輸出雙濾波電感L1，L2以及輸出濾波電容C3組成，其輸出連接到鋰動(dòng)力電池，Uo為電池充放電電壓。其中，驅動(dòng)信號由DSP TMS3 20F2808經(jīng)A／D采樣和充放電算法運算后由DSP的PWM模塊輸出，再經(jīng)隔離驅動(dòng)電路放大后驅動(dòng)相應開(kāi)關(guān)管。

2．2 主電路的工作原理
該雙向變換器有正向充電和反向放電兩種工作模式，這兩種模式通過(guò)DSP芯片TMS320F2808進(jìn)行控制。①正向充電模式下，VQ1，VQ2的驅動(dòng)信號相位相差180°，占空比d0．5；而VQ3，VQ4作為同步整流管工作在反向導通；該狀態(tài)下，分別與VQ1，VQ2互補導通。該模式下能量由直流母線(xiàn)流向鋰動(dòng)力電池，電池被充電；②反向放電模式下，VQ3，VQ4工作在正向導通狀態(tài)下，d>0．5，VQ1，VQ2工作在同步整流狀態(tài)下，分別與VQ3，VQ4反向互補導通。該模式下鋰動(dòng)力電池放電，能量由電池端流向直流母線(xiàn)。上述整個(gè)充放電過(guò)程中，負載鋰動(dòng)力電池輸出的電流均等于兩個(gè)輸出濾波電感電流IL1，IL2之和，即Ib=IL1+IL2。下面分別對這兩種工作模式的原理進(jìn)行分析。