基于新型雙向整流器的鋰電池充放電裝置研究

摘要：針對當(dāng)前鋰動力電池的良好應(yīng)用前景，介紹了一種新型的基于雙向DC／DC同步半橋整流器的高效鋰動力電池充放電裝置。對該充放電裝置的工作原理及過程進(jìn)行了詳細(xì)分析，同時對其硬件參數(shù)和軟件算法進(jìn)行了設(shè)計。最后搭建了實(shí)驗(yàn)平臺，對單個200 Ah的鋰動力電池進(jìn)行了充、放電實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該裝置電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方案的可行性。
關(guān)鍵詞：整流器；鋰動力電池；數(shù)字信號處理

1 引言
目前，鋰動力電池是當(dāng)前綜合性能和發(fā)展前景最好的電池，在動力汽車、軍事武器、航空航天等方面得到了越來越廣泛地應(yīng)用，但其充放電過程存在極大的能量浪費(fèi)。為了減少能量浪費(fèi)，必須對鋰動力電池高效充放電裝置進(jìn)行研究。在此，利用MOSFET的雙向導(dǎo)通特性，對基于雙向DC／DC同步半橋整流器的鋰動力電池充放電裝置進(jìn)行了研究和設(shè)計。

2 雙向DC／DC同步半橋整流器
2．1 主電路結(jié)構(gòu)框圖
圖1示出鋰電池充放電裝置所采用的雙向DC／DC同步半橋整流器的主電路結(jié)構(gòu)框圖。該功率電路拓?fù)溆蓭Ц哳l變壓器隔離的可逆半橋電路和雙電感倍流整流電路構(gòu)成。其中，連接到直流母線的可逆半橋電路由兩個全控型開關(guān)管VQ1，VQ2、分壓儲能電容C1，C2、變壓器初級T1、起平衡電容電壓作用的均壓電感L和二極管VD3，VD4組成，Ud為直流母線電壓；次級雙電感倍流整流電路則由變壓器次級T2、功率開關(guān)管VQ3，VQ4、輸出雙濾波電感L1，L2以及輸出濾波電容C3組成，其輸出連接到鋰動力電池，Uo為電池充放電電壓。其中，驅(qū)動信號由DSP TMS3 20F2808經(jīng)A／D采樣和充放電算法運(yùn)算后由DSP的PWM模塊輸出，再經(jīng)隔離驅(qū)動電路放大后驅(qū)動相應(yīng)開關(guān)管。

2．2 主電路的工作原理
該雙向變換器有正向充電和反向放電兩種工作模式，這兩種模式通過DSP芯片TMS320F2808進(jìn)行控制。①正向充電模式下，VQ1，VQ2的驅(qū)動信號相位相差180°，占空比d0．5；而VQ3，VQ4作為同步整流管工作在反向?qū)ǎ辉摖顟B(tài)下，分別與VQ1，VQ2互補(bǔ)導(dǎo)通。該模式下能量由直流母線流向鋰動力電池，電池被充電；②反向放電模式下，VQ3，VQ4工作在正向?qū)顟B(tài)下，d>0．5，VQ1，VQ2工作在同步整流狀態(tài)下，分別與VQ3，VQ4反向互補(bǔ)導(dǎo)通。該模式下鋰動力電池放電，能量由電池端流向直流母線。上述整個充放電過程中，負(fù)載鋰動力電池輸出的電流均等于兩個輸出濾波電感電流IL1，IL2之和，即Ib=IL1+IL2。下面分別對這兩種工作模式的原理進(jìn)行分析。