高频脉冲能量控制式充电电源的研究

论文摘要

随着铅酸蓄电池应用领域的日益广泛,蓄电池充电技术也得到了较大发展。目前普遍采用的分阶段充电方式,充电效果虽令人满意,但其缺点也是明显的,如充电时间长、电极极化严重、发热量大、析出气体多等都严重影响着蓄电池的使用寿命。伴随着开关电源技术的发展,人们逐渐将目光转向了以输出脉冲电流方式为铅酸蓄电池进行充电的新方法,以期解决上述问题。本课题根据铅酸蓄电池最佳充电曲线,结合铅酸蓄电池的能量接受特性及近些年发展起来脉冲充电理论,研制了一台以控制输出脉冲能量为目的的充电电源。利用脉冲能量可控的高频断续三角波电流对铅酸蓄电池进行充电。充电电源主电路应用双端反激式拓扑结构,采用分阶段充电方式,以PLC作为管理核心对电源进行统一控制,分阶段计算充入铅酸蓄电池的能量,对电源工作状态做出调整。主电路选用IGBT作为功率开关器件;精确计算高频变压器的参数,使主电路输出断续三角波电流;控制单元的设计从铅酸蓄电池的实际充电需求出发,利用可编程控制器的输出信号对脉冲频率和脉冲宽度进行独立控制,实现单个输出脉冲能量恒定,总输出能量可调的目的;驱动电路利用光电耦合器和运算放大器实现了主电路与控制电路间的电气隔离以及放大驱动信号的目的;同时兼有输入过流、输出过流、输出过压等保护电路,保证电源稳定运行。通过对研制的充电电源样机进行了试验及测试,验证了设计方案可行性,并通过大量实验,证明其充电时间低于以往的恒流恒压式充电电源;充电过程中电极极化电压明显降低,温度上升有限且缓慢,其工作性能优于传统充电电源。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 铅酸蓄电池充放电机理
• 1.3 国内外充电理论发展现状
• 1.3.1 恒流、恒压充电
• 1.3.2 最佳充电电流曲线
• 1.3.3 分阶段充电
• 1.3.4 脉冲充电
• 1.4 电参数对铅酸蓄电池充电的影响
• 1.5 课题研究目的及研究方案
• 1.6 课题研究主要内容
• 1.6.1 试验电源技术指标
• 1.6.2 主要研究任务
• 第2章 主电路的设计分析
• 2.1 主电路拓扑的确定
• 2.1.1 单端反激式拓扑结构
• 2.1.2 双端反激式拓扑结构
• 2.1.3 主电路拓扑结构的确定
• 2.1.4 双端反激式拓扑结构工作状态分析
• 2.2 主电路器件的选择
• 2.2.1 功率开关管的选择
• 2.2.2 箝位二极管的选择
• 2.2.3 输出整流二极管的选择
• 2.3 变压器的设计
• 2.3.1 磁芯材料的选择
• 2.3.2 变压器参数的计算
• 2.4 主电路仿真
• 2.5 本章小结
• 第3章 脉冲能量控制单元与驱动电路的设计
• 3.1 总体设计方案
• 3.1.1 PLC核心控制管理系统的确定
• 3.1.2 电流断续控制
• 3.2 脉冲能量控制电路的设计
• 3.2.1 PWM信号发生电路
• 3.2.2 保护电路
• 3.3 驱动电路的设计
• 3.4 控制电路仿真
• 3.5 本章小结
• 第4章 试验电源样机及实验结果
• 4.1 脉冲充电实验电源实物图
• 4.2 电源实验及测试波形
• 4.2.1 脉冲能量调节单元的实验及波形分析
• 4.2.2 驱动电路的实验及波形分析
• 4.2.3 主电路的实验及波形分析
• 4.3 高频脉冲充电实验状况分析
• 4.4 脉冲实验数据
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢