微機控制的大功率充電電源的研制

摘　要：介紹了微機控制的大功率充電電源,它采用PC/104工控機作為核心,全橋變換器拓撲電路作為主電路,能夠對多種動力電池以多種充電方式進行充電。經大量的實際應用證明,設備性能穩定、工作可靠、抗干擾能力強,解決了動力電池充電技術的難題,有廣闊的應用前景。
 
關鍵詞：充電電源　PC/104工控機　全橋變換器　動力電池

對電動汽車能源的動力電池及其充電技術的研究,往往需要針對不同種類的動力電池進行多種充電方式的充電試驗。這就要求研制的充電電源不僅能對不同種類的動力電池進行充電,而且要能夠進行多種充電方式的充電。而目前國內市場上銷售的充電電源,無論是常規充電電源還是智能化充電電源,都往往是針對某一類動力電池的,并且只能采用單一充電方式進行充電。因此為了進行動力電池充電技術的相關研究,往往需要購買多臺充電電源或自行研制相應的充電電源。前者需要大量的資金和寬闊的試驗場地,而后者需要較強的專業技術和較長的開發周期。本課題研制了微機控制的大功率充電電源。

該電源采用PC104工業計算機作為控制核心,選取全橋變換器拓撲電路作為主電路,通過控制主電路在不同時刻的輸出電流和輸出電壓,可以實現多種充電方式充電;通過預置不同的參數,可以對多種動力電池進行充電;通過結合液晶顯示屏和手控盒,可以方便地實現充電方式和充電參數的預置及各采樣數據(電池端電壓、充電電流、電池表面溫度等)的顯示。

1 硬件設計

1.1 主電路設計

充電電源的主電路采用目前技術上比較成熟的全橋變換拓撲電路[1],其原理圖如圖1所示。三相380V交流電壓經三相整流橋整流、電容濾波后得到約514V的直流電壓,經全橋逆變電路變換后得到高頻脈沖電壓,再經高頻變壓器隔離變換后,由高頻整流器整流及濾波器濾波后得到所需的直流電壓。主電路的PWM控制方式采用常規的PWM控制方式。功率開關器件采用新型的復合器件——絕緣柵雙極晶體管1GBT,它集MOSFET和GTR的優點于一體,具有輸入阻抗高、電壓型驅動控制、開關損耗小、飽和電壓低、通斷速度快、熱穩定性好等優點,是大功率全橋變換器的首選功率開關器件。變換頻率取為20kHz,利于減小高頻脈沖變壓器及副邊濾波用扼流圈的體積和重量。二次整流器件采用快恢復二極管,利于減小整流管反向恢復時間對輸出電壓的影響。

 

1.2 控制系統設計
 
充電電源主要由主電路和控制系統組成。控制系統以PC/104嵌入式工業計算機為核心,配以接口電路、采樣電路、PWM控制電路及IGBT驅動電路等,可按照預置自動控制充電過程,并在充電過程中進行充電數據(包括電池端電壓、充電電流及電池表面溫度等)的自動采集、實時顯示、批量存儲及分析處理等。控制系統組成框圖如圖2所示。

1.2.1 PC/104嵌入式工業計算機

控制系統之所以采用PC/104嵌入式工業計算機,主要是考慮到PC/104嵌入式工業計算機具有以下幾方面的顯著特點[2]:(1)小型化。PC/104采用模塊化的設計方法,單個模塊的體積為90mm