一种DCTODC电池放电控制系统设计模块的制作方法

本发明涉及电池控制
技术领域：
，特别涉及一种dctodc电池放电控制系统设计模块。
背景技术：
：电力通信是电力系统的三大支柱之一，保证了电力通信的畅通，才能保证电力系统的安全稳定。目前现有的电池放电控制系统不能够对电池寿命进行预测，定期短时进行电池自检，难以保证电池的安全；而且在市电失电或市电电压超出允许工作范围时，电池不能够单独提供负载所需要的能量。此外，电池放电器在各种工况下其控制目标是不一样的：放电器在恒压放电时其控制目标是稳定母线电压为给定值；放电器恒流放电时控制目标是稳定电感电流为给定值。现有的电池变换器没有针对不同的控制目标分别建立数学模型。技术实现要素：本发明的主要目的在于提供一种dctodc电池放电控制系统设计模块，可以有效解决
背景技术：
中的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种dctodc电池放电控制系统设计模块，包括控制系统和控制对象，控制对象为电池放电器，所述控制系统中调节器共有两个，调节器包括一个电压调节器和一个电流调节器，电压调节器和电流调节器均设计成pi调节器形式，即或写成后者中所述电池放电器在恒压放电时其控制目标是稳定母线电压为给定值，电池放电器恒流放电时控制目标是稳定电感电流为给定值，所以电池变换器针对不同的控制目标应分别建立数学模型，所述电池放电器恒压放电时数学模型：以负母线为参考电压，则ux＝ud*soff+(1-son-soff)*ub(1)其中，ux为桥臂中点电压，ub为电池端电压电压，ud为直流母线电压，son为q4开通占空比，soff为q3内续流二极管续流时占空比；其中，c为母线电容容值，l为电池电感感值；把式(1)带入(2)得恒压放电时的数学模型如下所示作为特例，当电池放电器工作在电流连续工作状态下时，有其中，所述电池放电器恒流放电时数学模型：电池放电器恒流放电模式是恒压放电模式的一个简单特例，由式(3)、(4)可以得出，作为特例，当电池放电器工作在电流连续工作状态下时，有优选的，所述电池放电器由电池、正负母线直流电容c6、c7与电池电感l7、开关管q4、二极管q3所构成，所述电池电感l7上的电流单向流动，所述开关管q4和二极管q3构成标准的boost电路，所述boost电路中点ux的稳态电位低于电池电压ub。优选的，所述电池电感l7设计时，由于电池变换器电感的热时间常数也远大于10min，因此也只需要考虑在110％负载下长期工作，取电池放电纹波电流为最大长期工作电流的±15％，则依据公式l＝(vdc-vbat)2/(δi*vdc*f)＝(810-400)2/(0.3*i*810*3.75)(mh)进行电感量的选取。优选的，所述开关管q4(igbt)选择时，根据放电电流计算公式idischarge＝po*0.8/(vdc*0.92)计算各种负载条件下的放电电流，由于散热器的热时间常数在5～10min，因此只需要考虑125％的负载能力，150％时仅作为参考；并根据电池boost电路igbt的损耗以及boost二极管损耗选择q4，计算公式如下：电池boost电路igbt的损耗：通态损耗：pon＝d1*i*von，其中：d1＝(810-400)/810，开关损耗：psw＝f*(eon+eoff)，其中：放电开关频率f＝3.75khz；boost二极管损耗：通态损耗：pf＝d2*i*vf，其中：d2＝400/810，开关损耗：psw＝f*erec。优选的，所述电流调节器可以设计成典型i型系统，设计准则如下：将开环传函转换为的形式；②同时使kt＝const，const为常数<1，否则不稳定，如要求控制系统无超调，则const＝0.25，本申请按惯例设计const＝0.5，此时理论超调4％；满足上述准则后，整个闭环系统稳定，并近似性能最优，而且ωc＝k；闭环后的系统传递函数为由准则①：将开环传递函数的主导极点与pi控制器的零点对消，系统可降阶并构成典型i型系统，即令ti＝trl后，系统开环传函化为由准则②，则令由以上几个等式，可以求出电流环的pi参数为优选的，所述电压调节器的电压闭环系统类似于直流电机双闭环系统，pwm整流器电压环可以设计成典型ii型系统，其设计准则如下：②环传函组合成形式；②其中h为中频宽是一个中间参数，一般取3～10，本申请按惯例取h＝5；在满足以上准则后，电压环截止频率为以下根据如上准则设计电压环调节器：电压环开环传函为已经符合准则①，由准则②可得由pi调节器的两种形式的参数等效关系，有优选的，所述电流调节器和电压调节器的设计过程中，由于为数字调节器，其中积分参数与模拟控制器积分参数差开关频率f的倍数，最终pwm输出最大占空比限幅到70％～80％，否则boost电路工作不稳定。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：(1)市电正常，而且负载功率超出整流器所能提供的最大功率(或最大电流)时，电池变换器恒压放电，与整流器进行联合供电；(2)市电正常，控制系统为进行电池寿命预测，并定期短时进行电池自检，电池变换器则恒流放电；(3)市电失电或市电电压超出允许工作范围，电池变换器恒压放电，电池单独提供负载所需要的能量。附图说明图1为本发明所述一种dctodc电池放电控制系统设计模块的电路图；图2为本发明所述一种dctodc电池放电控制系统设计模块的boost放电器控制框图；图3为本发明所述一种dctodc电池放电控制系统设计模块的电流环控制系统；图4为本发明所述一种dctodc电池放电控制系统设计模块的电压闭环系统。具体实施方式为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。实施例1如图1-4所示，一种dctodc电池放电控制系统设计模块，包括控制系统和控制对象，控制对象为电池放电器，电池放电器由电池、正负母线直流电容c6、c7与电池电感l7、开关管q4、二极管q3所构成，电池电感l7上的电流单向流动，开关管q4和二极管q3构成标准的boost电路，boost电路中点ux的稳态电位低于电池电压ub；控制系统中调节器共有两个，调节器包括一个电压调节器和一个电流调节器，电压调节器和电流调节器均设计成pi调节器形式，即或写成后者中电池放电器分两种工作模式：恒压放电模式、恒流放电模式(电池自检用)，切换开关根据逻辑需求进行切换；恒压放电模式工作过程：母线电压给定与电压反馈经母线电压调节器后输出为电感电流给定，电感电流给定与电感电流反馈经电流调节器后输出pwm波，驱动开关管q4；恒流放电模式其电感电流给定为固定自检电流值，经电感电流调节器后输出pwm波形；电池放电器在恒压放电时其控制目标是稳定母线电压为给定值，电池放电器恒流放电时控制目标是稳定电感电流为给定值，所以电池变换器针对不同的控制目标应分别建立数学模型，电池放电器恒压放电时数学模型：以负母线为参考电压，则ux＝ud*soff+(1-son-soff)*ub(1)其中，ux为桥臂中点电压，ub为电池端电压电压，ud为直流母线电压，son为q4开通占空比，soff为q3内续流二极管续流时占空比；其中，c为母线电容容值，l为电池电感感值；把式(1)带入(2)得恒压放电时的数学模型如下所示作为特例，当电池放电器工作在电流连续工作状态下时，有其中，电池放电器恒流放电时数学模型：电池放电器恒流放电模式是恒压放电模式的一个简单特例，由式(3)、(4)可以得出，作为特例，当电池放电器工作在电流连续工作状态下时，有实施例2电池电感设计(l7)，由于电池变换器电感的热时间常数也远大于10min，因此也只需要考虑在110％负载下长期工作：表1为boost电感平均电流：30kva40kva60kva80kva100％6586130174110％7297143191取电池放电纹波电流为最大长期工作电流的±15％，则依据公式l＝(vdc-vbat)2/(δi*vdc*f)＝(810-400)2/(0.3*i*810*3.75)(mh)进行电感量的选取：表2为电感量选取：30kva40kva60kva80kva电感量(mh)2.561.91.280.96igbt的选择(q4)，放电电流计算：由于电池放电电压的范围为400～720v,因此电池变换器的设计首先必须满足400v下的额定功率长期负载要求,同时要求放电时电池变换器也要支持规格书要求的逆变过载能力。放电电流计算公式：idischarge＝po*0.8/(vdc*0.92)，其中，vdc取400v(40节电池时的最低放电电压)。表3为各种负载条件下的放电电流的计算结果：由于散热器的热时间常数在5～10min，因此同样只需要考虑125％的负载能力,150％时仅作为参考。电池boost电路igbt的损耗：通态损耗：pon＝d1*i*von，其中：d1＝(810-400)/810，开关损耗：psw＝f*(eon+eoff)，其中：放电开关频率f＝3.75khz；boost二极管损耗：通态损耗：pf＝d2*i*vf，其中：d2＝400/810，开关损耗：psw＝f*erec。根据计算结果，60kva的温升最高,结至散热器的温升为37℃,在散热器最高温度为85℃的条件下,满足结温小于125℃的降额要求。实施例3电流调节器的设计，电流环控制系统可写成如图3所示，其中te为采样和发波延时，近似为一个开关周期。控制对象中krl＝1/r；trl＝l/r。电流调节器可以设计成典型i型系统，设计准则如下：①将开环传函转换为的形式；②同时使kt＝const，const为常数<1，否则不稳定，如要求控制系统无超调，则const＝0.25，本申请按惯例设计const＝0.5，此时理论超调4％；满足上述准则后，整个闭环系统稳定，并近似性能最优，而且ωc＝k；闭环后的系统传递函数为由准则①：将开环传递函数的主导极点与pi控制器的零点对消，系统可降阶并构成典型i型系统，即令ti＝trl后，系统开环传函化为由准则②，则令由以上几个等式，可以求出电流环的pi参数为注意，由于为数字调节器，其中积分参数与模拟控制器积分参数差开关频率f的倍数。电压调节器的设计，注意到电流调节器经如上设计后，电流闭环系统可等效成电压闭环系统则如图4所示。电压调节器的电压闭环系统类似于直流电机双闭环系统，pwm整流器电压环可以设计成典型ii型系统，其设计准则如下：①开环传函组合成形式；②令其中h为中频宽是一个中间参数，一般取3～10，本申请按惯例取h＝5；在满足以上准则后，电压环截止频率为以下根据如上准则设计电压环调节器：电压环开环传函为已经符合准则①，由准则②可得由pi调节器的两种形式的参数等效关系，有注意，由于为数字调节器，其中积分参数与模拟控制器积分参数差开关频率f的倍数。另注意最终pwm输出最大占空比限幅到70％～80％，否则boost电路工作不稳定。以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。当前第1页12