日本电力电子技术专栏Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｉｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｊａｐａｎ 电池充放电系统的设计 Ｍｙｗａｙ株式会社方案解决部 高野知宏 摘要：文中重点介绍了用ＡＰＬ２构成的电池充放电装置控制方案，给出了应用ＡＰＬ２组成的最大电压为３５６ｖ、充放电电流 为±１ ００Ａ的锂离子电池的充放电系统。 关键词：电池充放电装置；设计方法；ＡＰＬ２；锂电池充放电系统 ０引言 近年，随着汽车的普及，ＮＯｘ、ＣＯｘ的排量不断 增加，环境污染及地球温暖化等问题日益严峻。为此， 向升压降压变频器组合作为电池充放电装置，第二种 设计方式则采用大容量电源及电子负载装置（以下简称 ＡＰＬ２）。通过ＡＰＬ２可以任意变换电池电压、电流，作 为电源或负载，可以进ｔＵ１ ０ｋＷ的输入输出（运行电压为 ０～２００Ｖ或４００Ｖ）。 很多国家正在积极地推行混合动力电动车及电动汽车来 取代传统汽车。但更为重要的是这些新能源汽车需要高 能源密度、高电压、快速充放电等特性的能源存储媒介 第一种设计方式中，系统和电网间的绝缘变压器， 升降压变频器部分的电抗器，开关单元等的小型化方 面，存在一定问题。同时，在高频变压器附属绝缘电路 中，为抑制电池的脉动电流，升降压转换器和电抗器必 不可少。 来支持，比如锂离子电池。电池作为实用性充放电装 置，为发挥其最大的作用，对其大容量、高精度、可靠 性的要求也相应提高。 为有效发挥电池性能，本文将提供一种大容量电池 充放电系统的设计方法。 第二种设计方式中，即采用ＡＰＬ２，不需要根据电 池额定容量的变更而改变电路。同时，具有通过串联回 路增大充放电电流以及小型轻量的特点。 １ 系统构成 （１）概述 电池充放电装置的电路构成主要有两种。一种由线 作为设计方案的一个案例，在相同额定容量１ ０ｋＶＡ 的设计条件下，设计比较的结果是第二种设计方式的装 置体积是第一种设计方式的１／２。 基于上述分析比较，本文采用了ＡＰＬ２方式电池充 放电装置。 性放大器（充电器）＋阻抗负载（放电器）等组成，以下简 称构成１；而另一种由系统逆变器＋双方向变频器（充放 电器）组成，以下简称构成２，先来比较一下这两者的优 越性。 现在市面上销售的电池充电器一半左右都是构成 １，由于该构成的充电器装置有发热现象，且体积较 （２）基本构成 本系统设置简单，只须通过一根光缆线就可以连接 ＡＰＬ２￣Ｉ］用户的电脑。同时，使用本系统，可以实现在 Ｗｉｎｄｏｗｓ系统下电池充放电系统的开发，如图１所示。 大，对于放置使用的场所具有一定的。而作为放电 器工作时，如果希望能量双向传输的话，构成２是最理 想的。 这里针 构成２，对下述两种不同电路设计方式展 开讨论。 （３）控制框图 图２为ＡＰＬ２定电流模式运｛２１１ｔ的控制框图。进行充 放电运行时，从计算机下载下来的模式数据作为Ｅ邑流指 令值，进行定电流控制。在充电过程中，电池电压达到 预先设定的最大电压值时，自动切换到定电压控制方式 和涓流充电模式。 第一种设计方式为将电压型系统联合逆变器和双 团兰 竺生篁 塑童堕垒丛塑 Ｐｏｗｅｒ ＥｉｅｃｔｒｉｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏ１ｏｇｙｉｎ Ｊａｐａｎ 日本电力电子技术专栏—— ＰＣ 图１ 充放电系统的基本构成 ＥＢ＠２＠ＬＬＩ，回路中充放电指令由接点电路来切换几乎不发生切换 时间延迟。ＡＰＬ２作为电池充放电装置日寸不需要变更任 何内部构成，就可以直接应用其电路特性进行控制但实际上是使用ＤｓＰ由程序进行切换２应用示例 高电压 离子电池的充放电系统。蓄电池单元作为充放电对象下面介绍～种应用ＡＰＬ２组成的大容量图２额定电流模式运行时的控制框图 童 整生塑兰 竺堡篁 塑ｌ囡 日本电力电子技术专栏Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｉｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｊａｐａｎ 图５蓄电池充放电系统构成图 其最大电压为３３６Ｖ，充放电电流为 ±１００Ａ。图３为该系统的构成，表１ 为ＡＰＬ２的基本规格。 ＯＦＦＬＺＮＥ ＳＥＣ：１０．ＯＯｍ ＴＲＧ：ＮＯＲＭＡＬ ＣＨ４ Ｔ ８．８６ ＴＲＧＰＯＳ：一２７．ＯＯｍ 本系统中ＡＰＬ２的额定电压电 流为４００Ｖ／２５Ａ，为了扩大容量， 跟踪指令值 使用主从功能，最大可以并联四 台ＡＰＬ２，可使充放电电流达到 １∞Ａ。 ／ 、 ０ ， 、 。；／≮ ／■ 、、 、 、 ， ｌ 、＿ ／ ’ ， ＼／ ／ ／ ｜ ； 图４所示为０～＋９０Ａ Ｂ寸的充电 电压电流波形，蓄电池充电日寸，电 流呈阶跃式变化时的响应波形；图 ５所示为０～一ｇ０ＡＲＩ的充电压电流波 ，ｊ 形，蓄电池放电日 ，电流呈阶跃式 ２０Ｏｒ／ｌ０Ａ／ｊ晌ｓ／ｄｉ 变化日目的响应波形。关于蓄电池电 流，先指定主机ＡＰＬ２的输出端电 图４ ０～＋９０Ａ快速充电波形 流，而从机则跟随主机的充放电电 流指令值而变化。 本系统可在１ ＯＯＡ左右的电流下 进行快Ｓ速充放电控制，可用于锂离 子蓄电池的基本充放电特性试验。 Ｉ【函兰 呈主篁！ 塑童堡整 蕉塑 Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｉｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＇ｉｎ Ｊａｐａｎ日本电力电子技术专栏 ＯＦＦＬＺＪＮＥ ＳＥｃ：１０．ＯＯｍ ＴＲＧ：ＮＯＲＭＡＬ Ｃ槲ｌ－５．４ｌ ＂ｎＲＧＰＯ￥：－２７．ＯＯｍ ３结束语 根据本设计方法，可将ＡＰＬ２装置 瓜／ 、 ｌ 。，： ｌ ， ， ， 直接用于大容量电池充放电系统中， 、 ， ０ ， ， 、 ， 实现系统小型和轻便化，并相应缩短 了系统开发日寸间。在本文中，介绍了 ＡＰＬ２应用于锂离子蓄电池充放电系统 的情况，它还可用于双层电容器的充 ＼ ｉ＼，，『 ●、 ，， ● ｌ 、 、 、 ， √ Ｅ电指令｛ ｉ ｔ １ 踪指鸽 值从０～９０％的响 时间为３７ｍｓ 放电系统，以及ＨＥＶ·ＥＶ用电机驱动 系统等多种电源领域，并具有节约空 ２∞Ｖ／１０＾／ｆｏ ｌＩｌｓ／ｄｉｖ 间和节省能源的特点。 图５ ０～－９０Ａ快速放电波形 表１ ＡＰＬ２规格表 项 目 ＭＷＢＦＰ２－１ ０４０规格 备 注 电系统电源电压 ３，￣２００Ｖ±１Ｏ％ 网部分 电网功率因数／电网谐波畸变率 ０．９８／总和≤５％，单个≤３％ ＤＣ部分 ５０／６０Ｈｚ自动切换 额定电源、负载运作时 负载运行模式 负载运行模式 ＯＣ输入输出电压／电流 ＤＣ输入输出功率 ＤＣＯ～４００Ｖ／ＤＣＯ～±２５Ａ ±１ＯｋＷ ±１．Ｏ％ ＤＣ１～４００Ｖ ＣＶ模式 额定电压精度 电压设定范围 ＣＣ模式 额定电流精度 电流设定范围 ±１．Ｏ％ ＤＣ０～±２５Ａ ±１ＯｋＷ ２．Ｏ～４００Ｑ 负载运行模式 负载运行模式 最小分辨率０．１ Ｑ ＣＰ模式 ＣＲ模式 功率设定范围 负载设定范围 过渡响应特性 充放电模式运行内存容量 模式运行反复次数设定 模式运行方式 １００ｍｓ以下 约７．３ｈ １～ＯＯ 额定电流／额定功率／额定电阳 充ｅ．５ｏ％运行≈＝ 放电５Ｏ％运行切换时 根据ＡＰＬ２的内存 在电脑中设定 电池电压为最大电压设定值跗， 根据电压控制进行切换 ＰＯ实日寸监视通信周期 １Ｓ 输入／输出 司绝缘耐压 保护功能 １５００ＶＡＣ／１ａｒｉｎ 装置内部过电压·过电流·温度异 常日寸，内部保险丝熔断或紧急停止 Ｗ４３０ｍｍｘＤ６００ｍｍｘＨ３０５ｍｍ／５３ｋｇ 接线柱、手柄等除外 尺寸／重量 熏重整丛塑兰 呈堡篁！ 塑Ｉ田
