專(zhuān)利名稱(chēng)：一種回饋式電池維護(hù)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種回饋式電池維護(hù)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電動(dòng)汽車(chē)(包括純電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē))由于電力來(lái)源廣泛，電池和電機(jī)技術(shù)的不斷成熟，而逐漸體現(xiàn)出其本身的優(yōu)勢(shì)，為越來(lái)越多的人所認(rèn)可。為了滿(mǎn)足動(dòng)力性和續(xù)駛里程等需求，電動(dòng)汽車(chē)上使用的電池系統(tǒng)要求也越來(lái)越高，特別是電池維護(hù)系統(tǒng)的性能直接影響電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性。例如，現(xiàn)有的線(xiàn)性充放電方式的電池維護(hù)系統(tǒng)如圖I所示。在圖IA放電回路中，運(yùn)放Ul差分采樣電阻Rl上的電壓，運(yùn)放U2將系統(tǒng)設(shè)定值與Ul的采樣值進(jìn)行減法和放大 運(yùn)算，運(yùn)放U2的輸出用以驅(qū)動(dòng)MOS管(金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)Qa。在圖IB充電回路中，運(yùn)放U3差分采樣電阻R2上的電壓，運(yùn)放U4將系統(tǒng)設(shè)定值與U3的采樣值進(jìn)行減法和放大運(yùn)算，運(yùn)放U4的輸出用以驅(qū)動(dòng)MOS管Qb。已知R1、R2的電阻值，所以R1、R2的電壓就正比于電池充放電電流。將系統(tǒng)設(shè)定值與R1、R2上的電壓進(jìn)行減法放大，則當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，R1、R2上的電壓就會(huì)以非常微小的誤差趨近于系統(tǒng)設(shè)定值，而此時(shí)R1、R2上的電流也就達(dá)到了穩(wěn)定。因?yàn)殡姵嘏c電阻是串聯(lián)的，所以電池充放電電流將恒定且與設(shè)定值成正比。由于功率管MOS管工作在線(xiàn)性放大區(qū)間，故而將其歸納為線(xiàn)性型，并且在放電時(shí)，電池的能量回饋電網(wǎng)，具有饋電功能。此外，例如現(xiàn)有的回饋式開(kāi)關(guān)型系統(tǒng)如圖2所示。充電原理單相交流電網(wǎng)側(cè)電壓Ug經(jīng)工頻變壓器TRl隔離后接入由LI’、L2’、Q1’、Q2’、Q3’、Q4’組成的整流-逆變雙向電路，進(jìn)行AC-DC整流變換，并調(diào)節(jié)功率因數(shù)。電容Cl進(jìn)行直流鏈濾波。再由Q5’、Q6’、L3’組成Buck電路進(jìn)行DC-DC降壓變換，輸出電壓Uo給電池充電。通過(guò)改變Q5’、Q6’的導(dǎo)通時(shí)間(即占空比)來(lái)調(diào)節(jié)Uo，使得充電電流變得可程控。放電原理Uo與電池連接，Q5’、Q6’、L3’組成Boost電路進(jìn)行DC-DC升壓變換。電容Cl進(jìn)行直流鏈濾波。L1’、L2’、Q1’、Q2’、Q3’、Q4’組成的整流-逆變雙向電路，進(jìn)行DC-AC逆變，并調(diào)節(jié)入網(wǎng)功率因數(shù)，其輸出經(jīng)工頻變壓器TRl耦合到交流單相電網(wǎng)。由于功率管開(kāi)通時(shí)處于飽和區(qū)，關(guān)斷時(shí)處于截止區(qū)，故而將這種系統(tǒng)歸納為開(kāi)關(guān)型系統(tǒng)。因?yàn)镼5’、Q6’、L3’組成的Boost升壓電路的電壓增益不可能超過(guò)5倍，而逆變器無(wú)升壓功能，所以要實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)，工頻變壓器TRl必須具有一定變比，或者電池電壓必須不能太低。綜上所述，線(xiàn)性電池充放電方式系統(tǒng)為了滿(mǎn)足系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力，功率管必須工作在線(xiàn)性區(qū)間而不可飽和，這就造成了以下的缺點(diǎn)放電時(shí)，電池中的電能將全部在電阻和功率管上以發(fā)熱的形式耗散，電能無(wú)法重復(fù)利用；充電時(shí)，很大一部分能量也將損耗在電阻和功率管上，效率一般低于60%。而回饋式開(kāi)關(guān)型電池充放電系統(tǒng)，最主要缺點(diǎn)是工頻變壓器體積和重量非常大，如果不采用工頻變壓器升壓，由于Q5’、Q6’、L3’組成的雙向DC-DC在升壓時(shí)，電壓增益小于5倍，所適用的系統(tǒng)電池電壓必須不能太低。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的旨在至少解決上述技術(shù)缺陷之一。為此，本實(shí)用新型的目的在于提出一種回饋式電池維護(hù)系統(tǒng)，降低了損耗，提高了效率，滿(mǎn)足各種低壓需求。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提出了一種回饋式電池維護(hù)系統(tǒng)，包括整流-逆變雙向模塊、直流鏈濾波模塊、雙向隔離DC-DC模塊和至少一個(gè)非隔離的雙向DC-DC模塊，其中，所述整流-逆變雙向模塊包括全橋電路，所述整流-逆變雙向模塊通過(guò)采樣電網(wǎng)側(cè)交流電壓和入網(wǎng)電流生成脈寬調(diào)制PWM信號(hào)以控制所述全橋電路在電池充電時(shí)進(jìn)行整流工 作或在所述電池放電時(shí)進(jìn)行逆變工作；所述直流鏈濾波模塊與所述整流-逆變雙向模塊相連，所述直流鏈濾波模塊在所述電池充電時(shí)對(duì)所述整流-逆變雙向模塊的正向輸出進(jìn)行濾波，并在所述電池放電時(shí)對(duì)所述雙向隔離DC-DC模塊的反向輸出進(jìn)行濾波；所述雙向隔離DC-DC模塊與所述直流鏈濾波模塊相連，所述雙向隔離DC-DC模塊對(duì)所述直流鏈濾波模塊的正向輸出進(jìn)行升壓，并對(duì)所述至少一個(gè)非隔離的雙向DC-DC模塊的反向輸出進(jìn)行降壓；所述至少一個(gè)非隔離的雙向DC-DC模塊與所述雙向隔離DC-DC模塊相連，每一個(gè)非隔離的雙向DC-DC模塊與每一組電池相連,所述每一個(gè)非隔離的雙向DC-DC模塊在所述電池充電時(shí)對(duì)所述雙向隔離DC-DC模塊的正向輸出進(jìn)行降壓，并在所述電池放電時(shí)對(duì)所述電池的電壓進(jìn)行升壓。根據(jù)本實(shí)用新型的回饋式電池維護(hù)系統(tǒng)，可以根據(jù)不同的電池電壓來(lái)修改變壓器變換比，達(dá)到很大的電壓增益，滿(mǎn)足各種低壓需求。采用了整流-逆變雙向模塊、雙向隔離DC-DC模塊、非隔離的雙向DC-DC模塊串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，使得雙向隔離DC-DC模塊的兩端電壓不會(huì)隨電池電壓和電網(wǎng)電壓的變化而發(fā)生變化，大大提高了效率。此外，系統(tǒng)還易于實(shí)現(xiàn)模塊化，電路復(fù)用率高，并且降低了損耗。本實(shí)用新型附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本實(shí)用新型的實(shí)踐了解到。

本實(shí)用新型上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從
以下結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖IA為現(xiàn)有的線(xiàn)性放電方式的電池維護(hù)系統(tǒng)的示意圖；圖IB為現(xiàn)有的線(xiàn)性充電方式的電池維護(hù)系統(tǒng)的示意圖；圖2為現(xiàn)有的回饋式開(kāi)關(guān)型電池維護(hù)系統(tǒng)的原理圖；圖3為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的回饋式電池維護(hù)系統(tǒng)的原理圖；圖4為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的回饋式電池維護(hù)系統(tǒng)中雙向整流-逆變模塊的電路圖；圖5為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的回饋式電池維護(hù)系統(tǒng)中直流鏈濾波模塊的電路圖；圖6為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的回饋式電池維護(hù)系統(tǒng)中雙向隔離DC-DC模塊的電路圖；圖7為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的回饋式電池維護(hù)系統(tǒng)中非隔離的雙向DC-DC模塊的電路圖；圖8為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的回饋式電池維護(hù)系統(tǒng)中保護(hù)模塊的電路圖；以及圖9為根據(jù)本實(shí)用新型另一個(gè)實(shí)施例的回饋式電池維護(hù)系統(tǒng)的原理圖。
具體實(shí)施方式
下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本實(shí)用新型，而不能解釋為對(duì)本實(shí)用新型的限制。下文的公開(kāi)提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來(lái)實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的不同結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)化本實(shí)用新型的公開(kāi)，下文中對(duì)特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。當(dāng)然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本實(shí)用新型。此外，本實(shí)用新型可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本實(shí)用新型提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識(shí)到其他工藝的可應(yīng)用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實(shí)施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實(shí)施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。在本實(shí)用新型的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)的具體含義。參照下面的描述和附圖，將清楚本實(shí)用新型的實(shí)施例的這些和其他方面。在這些描述和附圖中，具體公開(kāi)了本實(shí)用新型的實(shí)施例中的一些特定實(shí)施方式，來(lái)表示實(shí)施本實(shí)用新型的實(shí)施例的原理的一些方式，但是應(yīng)當(dāng)理解，本實(shí)用新型的實(shí)施例的范圍不受此限制。相反，本實(shí)用新型的實(shí)施例包括落入所附加權(quán)利要求書(shū)的精神和內(nèi)涵范圍內(nèi)的所有變化、修改和等同物。下面參照附圖來(lái)描述根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例提出的回饋式電池維護(hù)系統(tǒng)。如圖3所示，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例提出的回饋式電池維護(hù)系統(tǒng)包括整流-逆變雙向模塊301、直流鏈濾波模塊302、雙向隔離DC-DC模塊303和至少一個(gè)非隔離的雙向DC-DC 模塊 304。其中，整流-逆變雙向模塊301包括全橋電路305，整流-逆變雙向模塊301通過(guò)采樣電網(wǎng)側(cè)交流電壓Uac和入網(wǎng)電流Iac生成PWM (Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)以控制全橋電路305在電池充電時(shí)進(jìn)行整流工作或在電池放電時(shí)進(jìn)行逆變工作。也就是說(shuō)，如圖4所示，單相電網(wǎng)的火線(xiàn)L、零線(xiàn)N，經(jīng)過(guò)由浪涌抑制電路、EMI (電磁干擾)濾波器、繼電器和硬件保護(hù)電路組成的交流接入電路和硬件保護(hù)電路401后與電感器LI、L2連接。如圖3所示，整流-逆變雙向模塊301還包括數(shù)字信號(hào)處理器306，數(shù)字信號(hào)處理器306采樣電網(wǎng)側(cè)交流電壓Uac和入網(wǎng)電流IAC，并提供一個(gè)繼電器控制信號(hào)。并且，數(shù)字信號(hào)處理器306通過(guò)采樣電網(wǎng)側(cè)交流電壓UAC，以使系統(tǒng)設(shè)定的指令電流(即入網(wǎng)電流的期望值)與電網(wǎng)電壓相位同步，而后將實(shí)際入網(wǎng)電流Iac和經(jīng)同步的指令電流進(jìn)行PID (比例積分微分)計(jì)算后得出PWM信號(hào)，然后將該信號(hào)通過(guò)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路擴(kuò)大功率后用以驅(qū)動(dòng)由Q1、Q2、Q3、Q4四個(gè)MOS管組成全橋電路305，可使其工作在整流或逆變的工作狀態(tài)。若系統(tǒng)要給電池放電，則該全橋電路305工作在逆變狀態(tài)。通過(guò)調(diào)節(jié)入網(wǎng)電流Iac的大小，來(lái)控制電池放電電流的大小。若系統(tǒng)要給電池充電，則該全橋電路305工作在整流狀態(tài)，從而輸出穩(wěn)定的直流電壓VDC1。如圖3所示，直流鏈濾波模塊302與整流-逆變雙向模塊301相連，直流鏈濾波模塊301在電池充電時(shí)對(duì)整流-逆變雙向模塊301的正向輸出進(jìn)行濾波，并在電池放電時(shí)對(duì)雙向隔離DC-DC模塊303的反向輸出進(jìn)行濾波?！0037]具體地，如圖5所示，直流鏈濾波模塊302包括并聯(lián)的第一電容Ca和第二電容Cb。其中，在本實(shí)用新型的一個(gè)示例中，第一電容Ca可以為電解電容，第二電容Cb可以為金屬化聚丙烯薄膜電容?；蛘卟⒙?lián)的第一電容Ca和第二電容Cb由若干DC-Link電容(金屬化聚丙烯薄膜電容的一種類(lèi)型)并聯(lián)構(gòu)成。利用金屬化聚丙烯薄膜電容的高電流紋波處理能力，達(dá)到較好的直流鏈濾波效果。系統(tǒng)采樣高壓側(cè)直流電壓Vdci，并當(dāng)電池放電時(shí)，只有在Vio符合整流-逆變雙向模塊301逆變時(shí)所需的電壓要求時(shí)，整流-逆變雙向模塊301的逆變級(jí)才會(huì)啟動(dòng)工作。而當(dāng)電池充電時(shí)，整流-逆變雙向模塊301需要將Vdci穩(wěn)定在所需的直流電壓，以使得雙向隔離DC-DC模塊303能正常工作。如圖3所示，雙向隔離DC-DC模塊303與直流鏈濾波模塊302相連，雙向隔離DC-DC模塊303對(duì)直流鏈濾波模塊302的正向輸出進(jìn)行升壓，并對(duì)至少一個(gè)非隔離的雙向DC-DC模塊304的反向輸出進(jìn)行降壓。進(jìn)一步地，如圖6所示，雙向隔離DC-DC模塊303包括提供高的電壓增益的高頻變壓器 TR2、ZVS(Zero Voltage Switch,零電壓開(kāi)關(guān))移相全橋單兀 601 和 ZCS(Zero CurrentSwitch,零電流開(kāi)關(guān))諧振推挽單元602。其中，零電壓開(kāi)關(guān)移相全橋單元601與高頻變壓器TR2相連，零電壓開(kāi)關(guān)移相全橋單元601通過(guò)采用相移軟開(kāi)關(guān)和同步整流方式控制直流鏈濾波模塊302的正向輸出進(jìn)行升壓。零電流開(kāi)關(guān)諧振推挽單元602與高頻變壓器TR2相連，零電流開(kāi)關(guān)諧振推挽單元602通過(guò)采用諧振軟開(kāi)關(guān)和同步整流方式控制至少一個(gè)非隔離的雙向DC-DC模塊304的反向輸出進(jìn)行降壓。具體地，當(dāng)ZVS移相全橋單元601工作時(shí)，Q9，QlO兩個(gè)MOS管處于開(kāi)通狀態(tài)，Q13，Q14兩個(gè)MOS管處于截止?fàn)顟B(tài)。ZVS移相全橋控制和驅(qū)動(dòng)電路603輸出移相PWM信號(hào)，控制Q5，Q6，Q7，Q8四個(gè)MOS管所組成的全橋。而電感L3和高頻變壓器TR2的漏感串聯(lián)，組成諧振電感。由于各MOS管驅(qū)動(dòng)信號(hào)存在相移，功率管的輸出結(jié)電容在諧振回路的作用下形成零電壓軟開(kāi)通。能量經(jīng)過(guò)高頻變壓器TR2變換后向右傳遞。ZVS移相全橋控制和驅(qū)動(dòng)電路603還輸出了 2個(gè)同步整流信號(hào)至ZCS諧振推挽控制和驅(qū)動(dòng)電路604，由后者驅(qū)動(dòng)MOS管Q13，Q14進(jìn)行同步整流。經(jīng)濾波電感L4和濾波電容C4后得到穩(wěn)定的輸出電壓VDC2。由于采用了相移軟開(kāi)關(guān)技術(shù)和同步整流技術(shù)，變換效率很高。當(dāng)ZCS諧振推挽單元602工作時(shí)，Q13，Q14兩個(gè)MOS管處于開(kāi)通狀態(tài)，Q9，QlO兩個(gè)MOS管處于截止?fàn)顟B(tài)。諧振推挽控制和驅(qū)動(dòng)電路604輸出PFM (Pulse FrequencyModulation，脈沖頻率調(diào)制)信號(hào)，控制MOS管Qll，Q12以推挽的方式交替工作。電感L3和高頻變壓器TR2的漏感串聯(lián)，組成諧振電感，并且與諧振電容C3組成了串聯(lián)諧振電路。這個(gè)諧振電路使得變壓器TR2的初級(jí)和次級(jí)電流形成正弦震蕩。每當(dāng)變壓器TR2次級(jí)電流諧振至一個(gè)接近于零的值時(shí)，控制信號(hào)就驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的MOS管關(guān)斷，形成零電流軟關(guān)斷。這就使得關(guān)斷時(shí)，變壓器TR2初級(jí)漏感上的能量損耗最小，各個(gè)功率管的電流應(yīng)力極大降低。能量經(jīng)過(guò)高頻變壓器TR2變換后向左傳遞。ZCS諧振推挽單元602還輸出了 2個(gè)同步整流信號(hào)至ZVS移相全橋控制和驅(qū)動(dòng)電路603，并由后者驅(qū)動(dòng)MOS管Q5，Q6，Q7，Q8進(jìn)行同步整流。整流電流將流入直流鏈濾波模塊302后得到穩(wěn)定的高壓輸出電壓VDC1。由于采用了諧振軟開(kāi)關(guān)技術(shù)和同步整流技術(shù)，變換效率很高。 雙向隔離DC-DC模塊303與非隔離的雙向DC-DC模塊304相比，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)完全不 同。對(duì)比圖6和圖7，可以看到，有以下區(qū)別(I)雙向隔離DC-DC模塊303具有高頻變壓器TR2，提供非常高的電壓增益。(2)圖7中非隔離的雙向DC-DC模塊304只由2個(gè)MOS管構(gòu)成基本的高頻斬波電路，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，缺點(diǎn)是開(kāi)關(guān)管工作在硬開(kāi)關(guān)狀態(tài)，電壓應(yīng)力高，開(kāi)關(guān)損耗大，電壓增益理論上只能低于5倍。而在圖6中，在變壓器TR2左側(cè)由Q5-Q8四個(gè)MOS管構(gòu)成全橋電路結(jié)構(gòu)，在變壓器TR2右側(cè)由Q11、Q12組成推挽電路結(jié)構(gòu)。全橋電路結(jié)構(gòu)雖然成本稍高，但具有電壓應(yīng)力低，非常容易實(shí)現(xiàn)諧振軟開(kāi)關(guān)，在高電壓場(chǎng)合能極大地減小開(kāi)關(guān)損耗，功率傳輸效率高。而推挽電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，磁芯利用率高，最重要的是能夠?qū)崿F(xiàn)其他結(jié)構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的低壓大電流的DC-DC變換。單單一級(jí)非隔離的DC-DC，其電壓增益不可能太高，理論上在大功率的情況下不會(huì)超過(guò)5倍，這是由于線(xiàn)路損耗和元器件的寄生參數(shù)造成的。因此如果電池電壓很低(例如8-13V電池模組)，只有非隔離的DC-DC模塊304升壓，得到的電壓將達(dá)不到并網(wǎng)逆變器的最低輸入電壓要求(例如315V以上)，系統(tǒng)功能將不能實(shí)現(xiàn)。采用雙向隔離DC-DC模塊303，首先是實(shí)現(xiàn)了很高的電壓增益，從功能上滿(mǎn)足了逆變級(jí)對(duì)于輸入電壓的要求。而且，由于采用了 ZVS移相全橋單元601和ZCS諧振推挽單元602的兩種諧振軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，相比于普通的全橋和推挽，在效率上有了很大的提高，且開(kāi)關(guān)管的應(yīng)力減小，EMI顯著降低，以最小的代價(jià)來(lái)實(shí)現(xiàn)很大的電壓增益。如圖3所示，至少一個(gè)非隔離的雙向DC-DC模塊304與雙向隔離DC-DC模塊303相連，并且每一個(gè)非隔離的雙向DC-DC模塊304與每一組電池相連，每一個(gè)非隔離的雙向DC-DC模塊304根據(jù)平均電流控制模式在電池充電時(shí)對(duì)雙向隔離DC-DC模塊303的正向輸出進(jìn)行降壓，并在電池放電時(shí)對(duì)電池的電壓進(jìn)行升壓。具體地，如圖7所示，當(dāng)非隔離的雙向DC-DC模塊304處于降壓工作狀態(tài)時(shí)，MOS管Q15作為主開(kāi)關(guān)管，MOS管Q16作為同步整流管。由驅(qū)動(dòng)電路701提供PWM信號(hào)，使兩者以互補(bǔ)的形式工作，即Q15的占空比為D，則Q16的占空比為1-D。能量從左向右傳遞，經(jīng)過(guò)濾波電感L5和濾波電容C6，輸出穩(wěn)定的直流電壓VDC3。當(dāng)非隔離的雙向DC-DC模塊304處于升壓工作狀態(tài)時(shí)，MOS管Q16作為主開(kāi)關(guān)管，MOS管Q15作為同步整流管。兩者同樣以互補(bǔ)形式工作。能量從右向左傳遞，經(jīng)過(guò)濾波電容C5濾波后，輸出穩(wěn)定的直流電壓Vdc2。[0047]不論升壓還是降壓的工作狀態(tài)，都是采用平均電流控制模式的原理自動(dòng)控制，以提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，并使其適合并機(jī)均流。系統(tǒng)在這一級(jí)中采樣直流電壓VDra。此外，如圖3所示，本實(shí)用新型實(shí)施例的回饋式電池維護(hù)系統(tǒng)還包括至少一個(gè)保護(hù)模塊307，每一個(gè)保護(hù)模塊307連接在每一個(gè)非隔離的雙向DC-DC模塊304和每一組電池之間，也就是說(shuō)，每一個(gè)保護(hù)模塊307與每一個(gè)非隔離的雙向DC-DC模塊304 —一對(duì)應(yīng)。如圖3所示，本實(shí)用新型實(shí)施例的回饋式電池維護(hù)系統(tǒng)還包括單片機(jī)308。單片機(jī)308分別與雙向隔離DC-DC模塊303、至少一個(gè)非隔離的雙向DC-DC模塊304和至少一個(gè)保護(hù)模塊307相連，單片機(jī)308分別對(duì)雙向隔離DC-DC模塊303、至少一個(gè)非隔離的雙向DC-DC模塊304和至少一個(gè)保護(hù)模塊307進(jìn)行控制。并且，數(shù)字信號(hào)處理器306和單片機(jī)307通過(guò)CAN總線(xiàn)串行通信。進(jìn)一步地，如圖8所示，保護(hù)模塊307包括繼電器和保護(hù)電路801(包括繼電器，保險(xiǎn)絲等)、預(yù)充控制電路802組成。并且，保護(hù)模塊307的保護(hù)功能可分為軟件保護(hù)和硬件 保護(hù)。系統(tǒng)通過(guò)保護(hù)模塊307采樣電池側(cè)電流Ibat和電壓Vbat。其中，軟件保護(hù)的機(jī)制是，系統(tǒng)通過(guò)采樣電池側(cè)電流Ibat和電壓VBAT，經(jīng)過(guò)單片機(jī)308計(jì)算，判斷電流是否過(guò)流和電壓是否在指定范圍，若未發(fā)生過(guò)流且電壓在指定范圍內(nèi)，并且通過(guò)人機(jī)接口收到系統(tǒng)啟動(dòng)的信號(hào)，則單片機(jī)308輸出繼電器使能信號(hào)。硬件保護(hù)的機(jī)制同軟件保護(hù)類(lèi)似，也是判斷電流是否過(guò)流，電壓是否在指定范圍內(nèi)。只有當(dāng)單片機(jī)308輸出繼電器使能信號(hào)，且硬件判定未發(fā)生過(guò)流，且硬件判定電壓在指定范圍內(nèi)，這三者同時(shí)滿(mǎn)足時(shí)，繼電器才能將觸點(diǎn)閉合；否則觸點(diǎn)斷開(kāi)。因此，這樣就避免了在開(kāi)機(jī)時(shí)硬件保護(hù)電路的誤動(dòng)作，也避免了在發(fā)生故障時(shí)軟件保護(hù)響應(yīng)慢的缺點(diǎn)。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，在多組電池需要同時(shí)充放電時(shí)，為了區(qū)別各組電池的性能，不能將電池組串聯(lián)。此時(shí)，就可以采用如圖9所示的結(jié)構(gòu)。圖中，多路非隔離的雙向DC-DC模塊304和多路保護(hù)模塊307串聯(lián)后直接并聯(lián)接到雙向隔離DC-DC模塊303上。這樣，不同的電池組分別通過(guò)不同的非隔離雙向DC-DC模塊調(diào)節(jié)電壓后接入系統(tǒng)。而雙向隔離DC-DC模塊303和雙向整流-逆變模塊301則可以復(fù)用。該系統(tǒng)簡(jiǎn)潔、高效，且易于實(shí)現(xiàn)模塊化。在本說(shuō)明書(shū)中，需要說(shuō)明的是，所述正向輸出是指在電池充電時(shí)，能量從左向右傳遞；所述反向輸出是指在電池放電時(shí)，能量從右向左傳遞。此外，例如工頻變壓器TRl可以是工作在50HZ (或60HZ)頻率的變壓器。高頻變壓器TR2可以是工作在高頻率的變壓器，本實(shí)用新型中涉及的高頻變壓器工作頻率可以為100KHZ。零電壓開(kāi)關(guān)是在開(kāi)關(guān)管輸出結(jié)電容上電壓為零時(shí)開(kāi)啟或關(guān)斷開(kāi)關(guān)管。零電流開(kāi)關(guān)是在開(kāi)關(guān)管上流過(guò)的電流為零時(shí)開(kāi)啟或關(guān)斷開(kāi)關(guān)管。平均電流控制模式是指一種開(kāi)關(guān)電源自動(dòng)控制模式，用輸出電壓的誤差值和開(kāi)關(guān)電源中電感上的電流平均值之間的誤差，來(lái)控制PWM信號(hào)的輸出結(jié)果。根據(jù)本實(shí)用新型的回饋式電池維護(hù)系統(tǒng)，(I)采用高頻變壓器TR2替代工頻變壓器TRl，體積和重量非常小。同時(shí)，可以根據(jù)不同的電池電壓來(lái)修改變壓器變換比，達(dá)到很大的電壓增益，滿(mǎn)足各種低壓需求。(2)采用了雙向整流-逆變模塊301、雙向隔離DC-DC模塊303、非隔離的雙向DC-DC模塊304串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，使得雙向隔離DC-DC模塊303的兩端電壓Vio和Vdc2不會(huì)隨電池電壓和電網(wǎng)電壓的變化而發(fā)生變化。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，就可以將Vio和Vdc2電壓點(diǎn)定制為雙向隔離DC-DC模塊303的最大效率點(diǎn)，使得效率最大化。(3)非隔離的雙向DC-DC模塊304采用平均電流控制模式進(jìn)行自動(dòng)控制，并在多組電池同時(shí)工作時(shí)，將不同電池通過(guò)各自的非隔離雙向DC-DC模塊304調(diào)壓后并聯(lián)接入雙向隔離DC-DC模塊303，易于實(shí)現(xiàn)模塊化，電路復(fù)用率高，簡(jiǎn)潔且高效。(4)采用ZVS移相全橋和ZCS諧振推挽組成的雙向隔離DC-DC變化器電路結(jié)構(gòu)，且根據(jù)MOS管Q9，Q10, Q13，Q14的不同使能狀態(tài)來(lái)修改電路結(jié)構(gòu)。該雙向拓?fù)鋫鬏敼β蚀?，諧振推挽特別適合于低壓大電流應(yīng)用場(chǎng)合，過(guò)載能力強(qiáng)；移相全橋功率傳輸比大，電壓應(yīng)力小，易于實(shí)現(xiàn)諧振軟開(kāi)關(guān)；雙向變換都采用了軟開(kāi)關(guān)技術(shù)和同步整流技術(shù)，開(kāi)關(guān)損耗小，電壓和電流的應(yīng)力小，效率高，且EMI大大減小。在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本實(shí)用新型的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在 任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管已經(jīng)示出和描述了本實(shí)用新型的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本實(shí)用新型的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本實(shí)用新型的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
權(quán)利要求1.一種回饋式電池維護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，包括整流-逆變雙向模塊、直流鏈濾波模塊、雙向隔離DC-DC模塊和至少一個(gè)非隔離的雙向DC-DC模塊，其中， 所述整流-逆變雙向模塊包括全橋電路，所述整流-逆變雙向模塊通過(guò)采樣電網(wǎng)側(cè)交流電壓和入網(wǎng)電流生成脈寬調(diào)制PWM信號(hào)以控制所述全橋電路在電池充電時(shí)進(jìn)行整流工作或在所述電池放電時(shí)進(jìn)行逆變工作； 所述直流鏈濾波模塊與所述整流-逆變雙向模塊相連，所述直流鏈濾波模塊在所述電池充電時(shí)對(duì)所述整流-逆變雙向模塊的正向輸出進(jìn)行濾波，并在所述電池放電時(shí)對(duì)所述雙向隔離DC-DC模塊的反向輸出進(jìn)行濾波； 所述雙向隔離DC-DC模塊與所述直流鏈濾波模塊相連，所述雙向隔離DC-DC模塊對(duì)所述直流鏈濾波模塊的正向輸出進(jìn)行升壓，并對(duì)所述至少一個(gè)非隔離的雙向DC-DC模塊的反向輸出進(jìn)行降壓； 所述至少一個(gè)非隔離的雙向DC-DC模塊與所述雙向隔離DC-DC模塊相連，每一個(gè)非隔離的雙向DC-DC模塊與每一組電池相連，所述每一個(gè)非隔離的雙向DC-DC模塊在所述電池充電時(shí)對(duì)所述雙向隔離DC-DC模塊的正向輸出進(jìn)行降壓，并在所述電池放電時(shí)對(duì)所述電池的電壓進(jìn)行升壓。
2.如權(quán)利要求I所述的回饋式電池維護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述整流-逆變雙向模塊包括 數(shù)字信號(hào)處理器，所述數(shù)字信號(hào)處理器使系統(tǒng)設(shè)定的指令電流與采樣的所述電網(wǎng)側(cè)交流電壓相位同步，并與所述入網(wǎng)電流進(jìn)行比例積分微分PID計(jì)算以得到所述PWM信號(hào)。
3.如權(quán)利要求I所述的回饋式電池維護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述直流鏈濾波模塊包括 并聯(lián)的第一電容和第二電容。
4.如權(quán)利要求3所述的回饋式電池維護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一電容為電解電容，所述第二電容為金屬化聚丙烯薄膜電容。
5.如權(quán)利要求I所述的回饋式電池維護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述雙向隔離DC-DC模塊包括 提供高的電壓增益的高頻變壓器； 零電壓開(kāi)關(guān)移相全橋單元，所述零電壓開(kāi)關(guān)移相全橋單元與所述高頻變壓器相連，所述零電壓開(kāi)關(guān)移相全橋單元通過(guò)采用相移軟開(kāi)關(guān)和同步整流方式控制所述直流鏈濾波模塊的正向輸出進(jìn)行升壓；以及 零電流開(kāi)關(guān)諧振推挽單元，所述零電流開(kāi)關(guān)諧振推挽單元與所述高頻變壓器相連，所述零電流開(kāi)關(guān)諧振推挽單元通過(guò)采用諧振軟開(kāi)關(guān)和所述同步整流方式控制所述至少一個(gè)非隔離的雙向DC-DC模塊的反向輸出進(jìn)行降壓。
6.如權(quán)利要求2所述的回饋式電池維護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，還包括 至少一個(gè)保護(hù)模塊，每一個(gè)保護(hù)模塊連接在所述每一個(gè)非隔離的雙向DC-DC模塊和所述每一組電池之間。
7.如權(quán)利要求6所述的回饋式電池維護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，還包括 單片機(jī)，所述單片機(jī)分別與所述雙向隔離DC-DC模塊、所述至少一個(gè)非隔離的雙向DC-DC模塊和所述至少一個(gè)保護(hù)模塊相連，所述單片機(jī)分別對(duì)所述雙向隔離DC-DC模塊、所述至少一個(gè)非隔離的雙向DC-DC模塊和所述至少一個(gè)保護(hù)模塊進(jìn)行控制。
8.如權(quán)利要求7所述的回饋式電池維護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字信號(hào)處理器和所述單片機(jī)通過(guò)CAN總線(xiàn)串行通信。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提出一種回饋式電池維護(hù)系統(tǒng)，降低了損耗，提高了效率，滿(mǎn)足各種低壓需求，該系統(tǒng)包括整流-逆變雙向模塊，生成脈寬調(diào)制信號(hào)以控制整流-逆變雙向模塊中的全橋電路進(jìn)行整流工作或逆變工作；直流鏈濾波模塊與整流-逆變雙向模塊相連，對(duì)整流-逆變雙向模塊的正向輸出進(jìn)行濾波，并對(duì)雙向隔離DC-DC模塊的反向輸出進(jìn)行濾波；雙向隔離DC-DC模塊與直流鏈濾波模塊相連，對(duì)直流鏈濾波模塊的正向輸出進(jìn)行升壓，并對(duì)非隔離的雙向DC-DC模塊的反向輸出進(jìn)行降壓；非隔離的雙向DC-DC模塊與雙向隔離DC-DC模塊和電池相連，根據(jù)平均電流控制模式對(duì)雙向隔離DC-DC模塊的正向輸出進(jìn)行降壓，并對(duì)電池的電壓進(jìn)行升壓。
文檔編號(hào)H02M3/155GK202712895SQ20122030881
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月28日
發(fā)明者鄧林旺, 肖來(lái)亮, 劉思超 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司