蓄电池的单相有源逆变恒流放电控制方式的研究

摘要：提出采用双级变换电路的方法，研制出了一种新型的蓄电池单相有源逆变回馈放电装置，为了精确计算蓄电池组的放电容量．蓄电池必须满足在线恒流放电的要求。主要针对该新型放电装置恒流放电的控制方法进行了研究，并获得了蓄电池在线恒流放电控制电路的设计方法和电路。 关键词：蓄电池；有源逆变；恒流放电；控制中图分类号：TM46 文献标识码：B 文章编号：0219—2713(2005)06—0021—04 0 引言 在蓄电池组维护的过程中，为了活化蓄电池和测量蓄电池的容量，必须定期对蓄电池进行放电实验。目前，国内蓄电池放电多采用电阻放电装置，虽然结构简单、成本低，但很难做到恒流放电，且无法精确计算蓄电池组的放电容量。本文提出采用双级变换电路的方法，即DC／DC变换电路和PWM整流逆变电路，研制出一种新型的蓄电池单相有源逆变回馈放电装置，并进行了相应的实验研究。实验结果表明，该装置既能实现蓄电池恒流放电，又能将蓄电池组释放的能量回馈给电网，并且使流人电网的电流为正弦渡，对电网没有谐波干扰[1]。 由于环境温度、充电方式、老化等因素的影响，蓄电池组可供使用的实际容量往往比其标称容量小得多。为了准确掌握蓄电池的真实容量，消除因蓄电池容量衰减造成后备时间缩短的隐患．必须定期进行放电实验，测量蓄电池的容量。而放电容量等于放电电流与放电时间的乘积，所以，控制蓄电池恒流放电是测量蓄电池真实容量必须解决的一个关键的技术。 l 蓄电池恒流放电控制主电路设计 图l中采用全桥移相软开关技术的DC／DC变换电路的作用是控制蓄电池恒流放电，同时将蓄电池电压变换成PWM整流逆变电路所需要的电压。其控制系统结构简图如图2所示。放电给定电流IcG与实际的放电电流Id相比较后，其误差信号经PI调节器后送入PWM控制器，再由PWM控制器产生PWM信号，该PWM信号再经驱动电路去控制DC／DC变换电路中的开关器件IGBT，便可使实际的放电电流跟踪给定电流．从而达到恒流放电的目的。当PWM整流逆变电路发生故障不能向电网回送能量时，如果直流变换电路仍然处于恒流放电工作状态，则会引起直流侧电压升高。为了防止过压的产生，在图2中引入了直流电压限压控制环，当直流侧电压高于设 定值时，直流变换电路立即从恒流控制转为恒压控制。 2 全桥移相控制集成电路UC3879 PWM控制器采用全桥移相控制集成电路UC3879[2]，其引脚排列如图3所示。各引脚的名称、功能和用法如下。 脚1(VREF)该引脚输出一个温度特性极佳的5V参考电源。 脚2(COMP)、脚3(EA-)误差放大器的输出端与反相输入端。 脚4(CS)过电流信号取样输入端。当该端取样信号值大于2.5V，便封锁输出的PWM脉冲。 脚5(DELAY SET C／D)该端用来设置0UTC和0UTD的输出延迟时间，使用中通过电阻接地。 脚6(SS)软起动电容连接端，电容的大小与软起动时间成正比。 脚7(OUTD)、脚8(0UTC)该两引脚输出互补的两路PWM脉冲，该两路输出在应用中接单相全桥逆变电路中一个桥臂上下开关器件的栅极驱动电路的输入端。 脚9(VDD)输出功率放大级电源端。 脚10(VIN)输入电压欠压保护输入端。 脚1l(PGSD)输出功率放大级参考地。 脚12(OUTB)、脚13(OUTA)该两引脚输出互补的两路PWM脉冲，该两路输出在应用中接单相全桥逆变电路中另一个桥臂上下开关器件的栅极驱动电路的输入端。 脚14(Cr)、脚18(m) 决定内部振荡器振荡频率的电容度电阻连接端，使用时，分别通过一个电容和一个电阻接地。 脚15(DELAY sET A／B) 该端用来设置OUTA和0UTB的输出延迟时间。使用中通过电阻接地。 脚16(UVSEL)欠电压保护门槛设置端。 脚17(SYNc)同步脉冲输入、输出端。 脚19(RAMP) 电压斜率设定端。 脚20(GND)整个芯片的参考地。 3 蓄电池恒流放电控制电路设计及工作原理 图4为直流变换电路恒流放电控制电路围。电位器P2用于设定放电电流的大小，电压Ua为电流环输出，用于控制蓄电池恒流放电；电位器P1用于设定最大输出电压的大小，电压Uc为限压环输出。正常工作时，PWM整流电路控制直流侧电压设为Ud1，直流变换电路的限压设定值为Ud2限压环的电压反馈值UDF小于设定值，从而导致限压环输出正饱和，使得电压Uc大于Ub，二极管D截止，因此，电压环不起作用。此时，电流环起作用，电压Ub随着Ua变化而变化，而UC3879的输出PWM信号的移相角的大小又由Ub的大小决定，如果放电电流有下降的趋势，则PI调节器正积分，使Un增大，从而使Ub增大，通过UC3879芯片的自动调节，使V1与V4、V2与V3之间的移相角减小，使全桥整流后的脉动直流电压增大，即DC／DC变换电路的输出功率增大，引起输入功率增大，从而使放电电流趋于恒定；当放电电流有上升的趋势时，控制电路的调节过程刚好相反。这样，通过Ub的变化便可控制输入电流保持恒定，从而达到恒流放电的目的。进行放电实验时，如果PWM整流逆变电路发生故障，不能将蓄电池释放的能量返送给电网，从而导致直流环电压升高，一旦电压升高到Ud2，此时电压环开始工作，电压Uc下降，使Ub跟随Uc变化，控制原理与恒流控制相同，最后使直流环电压恒定为Ud2图4中，CS1及CS2为图l中变压器原边电流输入端，整流后送入UC3879的限流输入端，用于限制变压器原边最大电流。控制电路的4路PWM输出信号经驱动电路后分别去驱动图l中的4个ICBT器件(V1～V4)。放电装置一旦发生故障，由保护和检测电路发出的STOP信号便立即封锁PWM信号，关断IGBT器件。 4 实验波形 采用本文所提出的蓄电池单相有源逆变回馈放电装置恒流放电的控制方法，研制出了一台新型的用于单相220V有源逆变蓄电池回馈放电的实验装置，放电电流设定范围6～30A[1]。图5给出了放电电流为20A时蓄电池放电电流波形，其中纵轴每格553mV代表电流为5A。从图5中可以看出，电流波形为直线，说明蓄电池放电为在线恒流放电。在实验的过程中，当蓄电池电压发生变 化时，其放电电流保持恒定不变。 5 结语 控制蓄电池恒流放电是蓄电池放电装置必须解决的一个关键技术。本文就新型的蓄电池单相有源逆变回馈放电装置恒流放电的控制方法进行了研究，并获得了蓄电池在线恒流放电控制电路的设计方法和电路。实验结果表明，该蓄电池放电装置为恒流放电，放电电流与放电时间的乘积即为蓄电池的容量，由于放电电流保持不变，因此，只要测量蓄电池的放电时间，便可精确测量蓄电池的容量。