转换，从而通过IGBT驱动模块控制功率器件IGBT的开通与关断，以达到产生正负脉冲电流的目的，实现数字化控制；
[0049]图2是本实用新型大功率充电主电路图，采用移相全桥软开关主电路拓扑，由整流滤波电路，全桥结构电路，隔离变压器，全波输出整流电路，滤波电容和负载组成，其中D1-D4为220V交流输入整流二极管，L1、Cl和C2组成输入滤波电路，Q1-Q4为4个MOSFET开关管，每个开关管上带有寄生二极管和寄生电容，L2是谐振电感，D5-D8为输出整流二极管，电感L3、电容C8和C9组成输出滤波电路。Ql和Q3组成的桥臂为超前桥臂，Q2和Q4组成的桥臂为滞后桥臂，每个桥臂的2个功率管成180°互补导通，两个桥臂之间的导通角相差一个相位，即移相角，通过调节该移相角就可以调节输出电流和电压。高频变换器回路中主功率开关管的寄生电容和隔离变压器的寄生电感、漏感以及谐振电感等构成了一个LC谐振回路，在功率开关器件开关过程中实现零电压谐振换流，使其工作在软开关状态，开关损耗低，器件的电磁应力大幅减少。
[0050]图3是本实用新型四阶段快速充电控制电路各阶段电流波形图。本实用新型通过DSP控制器编程实现预充电、正负脉冲快速充电、补足充电和浮充电四阶段脉冲快速充电方法。四个充电阶段转换时机确定以及各阶段充电参数的计算和控制DSP程序控制实现。
[0051]对于长期不用的电池、新电池或在充电初期已处于深度放电状态的电池进行充电时，一开始就采取快速充电会影响电池的寿命。为了避免这一问题要先对电池实行稳定小电流预充电，使电池电压上升，当电池电压升到能接受大电流充电的阈值时再进入正负脉冲快速充电阶段。
[0052]正负脉冲快速充电采用正向大电流和负向脉冲有效地克服了充电过程中电池的电阻性极化反应、浓差性极化反应、电极板极化反应，避免电池在充电过程中电极板上的板粒结晶，激化惰性或死亡的活性分子使电能以高效率进行转移。当负离电场对电池发生作用时，有效的控制电池的温升，减少电池内气泡的产生，使电池在最低内阻下进行充电，实现被充电池内部介质的平衡和对极板的维护，实现低温大电流的平衡充电。
[0053]正负脉冲快速充电阶段，电池两端电压上升到一定值时由程序控制切换到补足充电阶段。此阶段充电采用恒压充电，可使电池容量快速恢复。此时充电电流逐渐减小，当电流下降至某一阈值时，转入浮充阶段。
[0054]浮充阶段主要用来补充电池自放电所消耗的能量，只要在电池接在充电器上并且充电器接通电源，充电器就会给电池不断补充电荷，这样可使电池总处于充足电状态。此时也标志着充电过程已结束。
[0055]图4为本实用新型变频正负脉冲电流波形图。脉冲充电由于在充电的过程中，析气和极化问题可以得到解决，因此这种充电方式还可以提高电池的使用寿命。然而，由于电池的充电过程是一个复杂的电化学过程，影响充电的因素有很多，电解液浓度、极板活性物质浓度、环境温度等都会对充电产生影响。即使对于同型号同容量的同类电池的充电也会随着放电状态、使用和保存期的不同而大不一样。因此这种固定频率的脉冲充电方式并不能很好的满足实际的需要。
[0056]为此本实用新型在普通脉冲充电方法的基础上提出变频正负脉冲充电方法。该方法通过对充电过程中的正负脉冲进行有效调制，用高频脉冲2对不同脉冲参数的低频脉冲I进行调制，所述低频脉冲I具有低频、小电流、大占空比，所述高频脉冲2具有高频、大电流及小占空比，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2和低频脉冲I之间周期性切换，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，更好地消除了电池的极化，打破电池的固有充电曲线，使电池始终处于最优的电流接受状态，缩短其充电时间，提高充电速度和效率。
[0057]通过实时监测系统监测被充电池端电压、温度、被充电电池动态内阻、充电电流等信息，动态调整脉冲频率f#Pf2，由于充电脉冲宽度、间歇和放电脉冲宽度及各自的脉冲频率都是动态调整的，因此在充电的过程中可以使电池内部压力、温度和阻抗有效降低，提高了充电效率和电池的充电接受能力，从而使充电时间大大缩短。
[0058]图5为本实用新型变频正负脉冲产生模块电路图，包括正脉冲输出电路和负脉冲输出电路，所述正脉冲输出电路由IGBT开关管Vl构成，所述负脉冲输出电路由IGBT开关管V2和二极管D9、DlO构成。
[0059]本实用新型通过DSP数字控制模块106产生定时器周期中断，并根据程序规定的时序实现正负脉冲控制I/O端口的输出高低电平转换，经过IGBT驱动模块108的放大后，实现对正负脉冲的控制。在正脉冲产生阶段，DSP数字控制模块106控制I/O端口 1/01输出高电平和1/02输出低电平并经IGBT驱动模块108放大，从而控制开通IGBT管Vl和关断IGBT管V2，实现正脉冲电流对电池负载的充电。在负脉冲产生阶段，DSP数字控制模块106控制I/O端口 1/01输出低电平和1/02输出高电平并经IGBT驱动模块放大，从而控制关断IGBT管Vl和开通IGBT管V2，电池负载放电，瞬时释放大幅度放电电流，即形成负脉冲放电电流，从而消除电池的析气极化现象，高效利用充电电流，降低损耗率。二极管D9、D10用于防电池反接，控制负脉冲放电的方向。
[0060]图6为本实用新型Boost升压模块电路图。Boost升压模块由升压斩波电路组成，电感L4储能使电压栗升，电容C14和C15作为滤波器保持电压；根据反馈电压的大小实时调整DSP嵌入式处理器定时器比较单元寄存器参数，改变PffM的占空比，从而改变MOSFET开关管的导通比，使Boost升压模块102稳定地输出直流电压。
[0061]图7为本实用新型并网逆变模块电路图。作为优选实施方式，并网逆变模块111采用电压型全桥逆变器的拓扑结构，电压型全桥逆变器由直流侧并联储能电容和全桥结构电路组成，其中Q6?Q9为4 Amosfet开关管，每个开关管上带有寄生二极管和寄生电容。它共有4个桥臂，桥臂Q6和Q9作为一对，桥臂Q7和Q8作为另一对，成对的两个桥臂同时导通，两对交替各导通180°。电压型全桥逆变器能有效提高系统的动态响应性能和直流电压利用率，且可以工作于单极性倍频方式，可以用较小的滤波器获得较好的输出纹波性能，对提高系统性能有较大的作用。
[0062]作为优选实施方式，为获得质量较好的滤波效果，输出滤波模块采用LC结构，滤波器由电感和电容组成，其结构简单，并且控制容易实现。
[0063]通过移相全桥主电路和DSP数字化控制技术实现大功率充电主电路和四阶段快速充电控制系统。通过对充电过程中的正负脉冲进行有效调制，使单位脉冲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。以变频脉冲代替传统固定频率脉冲实时去极化，打破蓄电池的固有充电曲线，缩短其充电时间；另一方面，将负脉冲去极化过程中释放的能量通过能量回馈系统进行能量回收，在负脉冲充电停歇去极化时将能量回馈到电网，进一步完善节能效果。它克服了现有常规的恒压充电装置和恒流充电装置充电手段单一造成充电过程对蓄电池损耗大，充电时间长，无法真正快速充电，以及现有正负脉冲快速充电方法在充电过程中固有频率脉冲输出不能很好地满足蓄电池充电特性和能量浪费等缺点，改进当前充电系统带来的不足，解决充电快速性和充电节能的问题。
[0064]上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一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，其特征在于，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； 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； 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； 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； 所述变频正负脉冲产生电路包括变频正负脉冲产生模块； 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。2.根据权利要求1所述的快速充电系统，其特征在于，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； 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。3.根据权利要求1所述的快速充电系统，其特征在于，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。4.根据权利要求1所述的快速充电系统，其特征在于，所述并网逆变模块采用电压型全桥逆变器的拓扑结构。
【专利摘要】本实用新型公开了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；大功率充电主电路的输入端与工频交流输入电网连接；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；变频正负脉冲产生电路与电池负载连接；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；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；本实用新型在有效地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，同时负脉冲放电能量回馈系统实现能量回收。
【IPC分类】H02J7/10
【公开号】CN204732948
【申请号】CN201520399853
【发明人】吴开源, 黄嘉贤, 何祖伟, 章涛
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年6月11日