储能式电动汽车充电桩系统的设计

311V 直流电;为了防止电容充电电流过大,通过限流电阻R1给电容充电。当电容充满电后吸合开关K2,使R1短路,减少电路损耗;滤波电容由两个400V/680μF 电解电容串联组成;由于每个电容器的的漏电流存在差别,所以在每个电容两端并联一个均压电阻,提高电容的使用寿命。水平除雾器
2)直流母线与电动汽车电池组之间采用图2(b)所示的Buck 变换器,通过电压闭环或电流闭环来调节V1的占空比,可实现对电池的恒压或恒流充电;该电路结构简单,实现容易。功率管V 1采用FF100R12KS4型号的IGBT ,其最高耐压达1200V ,最大电流达200A ,内部集成续流二极管,续流二极管采用MURP20040CT ,其内部两个400V/200A 的二极管阴极相连,电池侧采用LC 滤波。
3)直流母线与储能电池组之间采用图2(c)所示的Buck-Boost 变换器。当对储能电池充电时,V 1、VD 2导通,电路工作于降压斩波模式;当储能电池放电时,V 2、VD 1导通,电路工作于升压斩波模式;通过电压或电流闭环,二者均可实现恒压或恒流充放电功能;该变换器结构简单、具有双向功率输送能力。功率管V 1、V 2均采用FF100R12KS4型号的IGBT ;电池侧采用LC 滤波。
3  软件系统设计
3.1  控制系统的算法设计
耳垫的管理系统主要实现对电池的电压、充放电电流、温度和荷电状态(SOC )的监测。功率调度系统主
要实现对电池的恒压或恒流充放电功能。下面主要对Buck 变换器在恒压控制模式下的闭环控制算法[9]进行介绍。
恒压控制模式的控制框图如图3所示,其中K FB =V ref /V o ,图1  系统结构框图
(c)Buck-Boost变换器
图2  功率调节系统拓扑结构
(a)单相不可控整流电路
(b)Buck变换器
进行比较,根据误差信号进行PI调节。PI调节器输出信号由DSP 内部脉冲生成单元与三角载波比较产生PWM驱动驱动,通过不断调节Buck变换器中开关管的占空比,来实现稳压功能。利用同样的方式,可以设计恒流输出时的PI控制器。
3.2  控制系统的软件设计
本系统的控制核心采用TI公司新推出的一款浮点型数字信号处理器—TMS320F28335[10],工作频率
可达150MHz;内部包含18路PWM输出端口,6路高分辨率脉宽调制模块(HRPWM);16路高精度的12位数模转换器(ADC),转换时间可达80ns。整个系统的主程序流程如图4所示。防砸玻璃
4 实验结果与分析
本文设计了一台3kW的实验样机,技术参数为:交流输入电压为单相220V;直流母线电压为311V;电动汽车电池组采用4只12V60Ah的铅酸蓄电池串联来模拟;储能电池组采用4只12V30Ah的铅酸蓄电池串联来模拟。
利用本系统对模拟电动汽车电池组以1C(60A)进行充电,Buck-Boost变换器工作于Boost恒流放电模式,放电电流为0.5C(30A),交流电网提供0.5C(30A)的充电电流,功率管的工作频率为10kHz。图5为利用模拟储能电池组和交流电网同时给模拟电动汽车电池组进行恒流充电时,Buck变换器的输出电压波形,忽略开通关断时刻的电压尖峰,电压纹波 < 50mV(每格100mV)。图6为利用最佳充电方案给储能电池组进行充电时,整个过程中端电压和充电电流的变化曲线。开始阶段采用0.1C(3A)恒流充电,当电压达到57.6V时,采用恒压充电,直至充电电流小于0.05C(1.5A),充电结束。由图6可见,在开始充电瞬间,电池电压迅速增大,然后趋于稳定,恒流充电最后阶段电池电压逐渐增大,在恒压充电过程中,充电电流逐渐减小,与理论变化过程基本相同。
图3  Buck变换器恒压控制模式的控制框图
电压跟随器电路
图4  主程序流程图
图5  Buck变换器的输出电压波形图6  充电过程中电压、电流变化曲线
[2]段朝伟,张雷,刘刚.电动汽车铅酸电池脉冲快速充电系统设计[J].自动化仪表,2013,34(7):75-77
巴氏杀菌锅J].电力自动化设备[4]周念成,蒲松林,王强钢等.电动汽车快速充电站的储能缓冲系统控制策略[J].电力系统保护与控制
J].电力系统自动化[7]房新雨,黄克捷,冯俊淇等.电动汽车充放储一体化电站四种变流装置对比[J].电力电子技术,2013,47(7):64-[9]刘陵顺,高艳丽,张树团等.TMS320F28335 DSP原理及开发编程[M]. 北京:北京航空航天大学出版社
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