基于能量回馈的大功率数字化变频正负脉冲快速充电系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电动汽车快速充电及能量回馈领域，特别涉及一种基于能量回馈的大功率数字化变频正负脉冲快速充电系统。
【背景技术】
[0002]作为电动汽车核心组成的蓄电池是决定整车性能的关键因素，其性能直接影响电动汽车的动力能力和续航能力。然而作为蓄电池能源补充的充电环节目前在充电速度以及充电效果上都不能满足实际要求，甚至有些充电技术为加快充电速度将放电去极化的能量白白浪费掉，这违背了节能环保的设计初衷。
[0003]随着大功率全控功率器件的发展以及数字化控制在电力电子技术领域的成功应用，出现了传统的电子负载，它广泛用于电源能源的测量设备中作为等效负载。其中，能量回馈型电子负载，是以高频电能变换理论为基础，运用能量反馈的方法将各种待测试或进入试运行阶段的独立交、直流供电设备所输出的能量循环使用。它既完成了特定负载的功能，实现对输出电流大范围的调节，模拟各种阻抗的负载，可使被测电源工作在纯阻性、阻感性或阻容性负载的模式下；同时又把无谓消耗在传统静态负载和一般电子负载中的能量，通过一系列变换，以标准工频正弦波的形式将被测电源的输出电能回馈至电网，负载能量的循环使用率可达80%以上，从而大大节约了能源的无谓消耗和电费的支出，具有广阔的应用前景。
[0004]经对现有技术文献的检索发现，“间歇-正负脉冲蓄电池快速充电方法的研宄”(吴铁洲，白婷，胡丽平，李子龙.间歇-正负脉冲蓄电池快速充电方法的研宄.电子器件，2014，37 (12):1245-1250)，提出了间歇-正负脉冲充电法，依据析气点电压和极化电压监测蓄电池极化状况，采用两种模糊控制器，分别确定间歇-正负脉冲充电法中的正负脉冲宽度，采用交替充电和放电减少或消除充电过程中的极化现象，但是采用的是固定频率的正负脉冲，没有采用变频正负脉冲快速充电方法和实现负脉冲放电能量回馈。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术的缺点与不足，本发明提供一种基于能量回馈的大功率数字化变频正负脉冲快速充电系统。
[0006]本发明采用如下技术方案:
[0007]一种基于能量回馈的大功率数字化变频正负脉冲快速充电系统，包括工频交流输入电网、大功率充电主电路、四阶段快速充电控制电路、变频正负脉冲产生电路、负脉冲放电能量回馈电路和电池负载；
[0008]所述大功率充电主电路的输入端与工频交流输入电网连接；所述大功率充电主电路的输出端与变频正负脉冲产生电路连接；所述变频正负脉冲产生电路与电池负载连接；所述负脉冲放电能量回馈电路的输入端与变频正负脉冲产生电路连接；所述负脉冲放电能量回馈电路的输出端与工频交流输入电网连接；
[0009]所述大功率充电主电路包括依次电气连接的输入整流滤波模块、高频逆变模块、功率变压模块和输出整流滤波模块；
[0010]所述四阶段快速充电控制电路包括DSP数字化控制模块、MOSFET高频驱动模块、IGBT驱动模块和电流电压采样及信号处理模块；
[0011]所述变频正负脉冲产生电路包括变频正负脉冲产生模块；
[0012]所述负脉冲放电能量回馈电路包括依次电气连接的滤波模块、Boost升压模块和并网逆变模块。
[0013]所述MOSFET高频驱动模块的输入端、IGBT驱动模块的输入端和电流电压采样及信号处理模块的输出端均与DSP数字化控制模块连接，其中电流电压采样及信号处理模块具体为三个，其输入端分别与高频逆变模块、并网逆变模块及Boost升压模块连接；
[0014]所述MOSFET高频驱动模块具体为2个，其输出端分别与高频逆变模块及Boost升压模块连接。
[0015]所述Boost升压模块由升压斩波电路构成，所述正负脉冲产生模块包括正脉冲输出电路和负脉冲输出电路。
[0016]所述并网逆变模块采用电压型全桥逆变器的拓扑结构。
[0017]所述四阶段快速充电控制电路由DSP数字化控制模块控制实现预充电、正负脉冲快速充电、补足充电及浮充电四个阶段脉冲快速充电。
[0018]具体为:
[0019]对电池采用稳定小电流预充电，使电池电压逐步上升到接受大电流充电的阈值时进入正负脉冲快速充电；
[0020]采用正向大电流和负向脉冲进行正负脉冲快速充电，当电池两端电压上升到一定值时控制切换到补足充电阶段，此阶段采用恒压充电，充电电流逐渐减小，当电流下降到某一阈值时，转到浮充阶段；
[0021]所述变频正负脉冲产生电路通过检测电池充电状况，根据电池电压实时改变充电脉冲的充电电流与充电脉冲频率实现对充电过程中的正负脉冲进行有效调制，即用高频脉冲对低频脉冲进行调制，使单位脉冲的强度在强弱以及正负之间周期性切换。由于变频电流对原来充电电流和放电电流进行调制，使单位脉冲的强度在高频脉冲和低频脉冲之间周期性切换。
[0022]所述变频正负脉冲产生电路对变频正负脉冲进行实时调节，通过IGBT驱动模块对指定I/o端口输出的高低电平放大，控制IGBT管的开启与关断，从而实现正脉冲电流与负脉冲电流的输出，通过二极管防电池反接，控制负脉冲放电方向。
[0023]所述负脉冲放电能量回馈电路采用能量回馈型电子负载拓扑，将产生的负脉冲通过升压和逆变产生与工频交流输入电网幅值和相位一致的输出，且并回电网。
[0024]所述并网逆变模块通过SPWM控制单相并网逆变电路MOSFET的开通和关断。
[0025]本发明具有如下的优点和有益效果:
[0026](I)变频正负脉冲快速充电系统在消除以浓差极化为主的极化问题条件下，达到高效充电，提高蓄电池寿命。通过对充电过程中的正负脉冲进行有效调制，使单位脉冲的强度在强弱以及正负之间低频周期性切换，得到特定的能有效减少充电阻力的周期性变化的强弱脉冲群和正负脉冲群，打破电池的固有充电曲线，从而使充电时间大大缩短；
[0027](2)负脉冲放电能量回馈系统实现能量回收。现有的正负脉冲快速充电系统只能通过放电电阻进行放电，这样会有一部分能量损失在放电电阻上。本发明能量回馈并网系统将放电电流通过该系统逆变回电网，达到高效节能的效果；
[0028](3)系统稳定，响应速度快，控制精度高，性能好，可靠性高；该系统以数字信号处理器DSP为核心，通过软件编程，使系统实现稳定、可靠的大功率输出，此外，本发明还采用了电流电压反馈的数字化控制技术，采用了 DSP技术和开关电源充电，使系统的动态特性优良、控制精度尚，系统稳定，充电时安全性尚，可靠性尚。
【附图说明】
[0029]图1是本发明的结构框图；
[0030]图2是本发明大功率充电主电路图；
[0031]图3是本发明四阶段快速充电控制电路各阶段电流波形图；
[0032]图4为本发明变频正负脉冲电流波形图；
[0033]图5是本发明的变频正负脉冲产生模块电路图；
[0034]图6是本发明Boost升压电路图；
[0035]图7是本发明并网逆变模块电路图。
【具体实施方式】
[0036]下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0037]实施例
[0038]如图1所示，一种基于能量回馈的大功率数字化变频正负脉冲快速充电系统，包括工频交流输入电网、大功率充电主电路、四阶段快速充电控制电路、变频正负脉冲产生电路、负脉冲放电能量回