引言

近年，隨著汽車的普及，NOx、COx的排量不斷新增，環境污染及地球溫暖化等問題日益嚴峻。為此，很多國家正在積極地推行混合動力電動汽車及電動汽車來取代傳統汽車。但更為重要的是這些新能源汽車要高能源密度、高電壓、快速充放電等特性的能源存儲媒介來支持，比如鋰離子電池。電池作為實用性充放電裝置，為發揮其最大的用途，對其大容量、高精度、可靠性的要求也相應提高。為有效發揮電池性能，本文將供應一種大容量電池充放電系統的設計方法。

1系統構成

(1)概述

電池充放電裝置的電路構成重要有兩種。一種由線性放大器(充電器)+阻抗負載(放電器)等組成，以下簡稱構成1；而另一種由系統逆變器+雙方向變頻器(充放電器)組成，以下簡稱構成2，先來比較一下這兩者的優越性。

現在市面上銷售的電池充電器一半左右都是構成1，由于該構成的充電器裝置有發熱現象，且體積較大，關于放置使用的場所具有一定的限制。而作為放電器工作時，假如希望能量雙向傳輸的話，構成2是最理想的。

這里針對構成2，對下述兩種不同電路設計方式展開討論。

第一種設計方式為將電壓型系統聯合逆變器和雙向升壓降壓變頻器組合作為電池充放電裝置，第二種設計方式則采用大容量電源及電子負載裝置(以下簡稱ApL2)。通過ApL2可以任意變換電池電壓、電流，作為電源或負載，可以進行10kW的輸入輸出(運行電壓為0～200V或400V)。

第一種設計方式中，系統和電網間的絕緣變壓器，升降壓變頻器部分的電抗器，開關單元等的小型化方面，存在一定問題。同時，在高頻變壓器附屬絕緣電路中，為抑制電池的脈動電流，升降壓轉換器和電抗器必不可少。

第二種設計方式中，即采用ApL2，不要根據電池額定容量的變更而改變電路。同時，具有通過串聯回路增大充放電電流以及小型輕量的特點。

作為設計方法的一個案例，在相同額定容量10kVA的設計條件下，設計比較的結果是第二種設計方式的裝置體積是第一種設計方式的1／2。基于上述分析比較，本文采用了ApL2方式電池充放電裝置。

(2)基本構成

本系統設置簡單，只須通過一根光纜線就可以連接ApL2和用戶的電腦。同時，使用本系統，可以實現在windows系統下電池充放電系統的開發，如圖1所示。

(3)控制框圖

圖2為ApL2定電流模式運行時的控制框圖。進行充放電運行時，從計算機下載下來的模式數據作為電流指令值，進行定電流控制。在充電過程中，電池電壓達到預先設定的最大電壓值時，自動切換到定電壓控制方式和涓流充電模式。

由圖2看出，回路中充放電指令由接點電路來切換，但實際上是使用DSp由程序進行切換，幾乎不發生切換時間延遲。ApL2作為電池充放電裝置時，不要變更任何內部構成，就可以直接應用其電路特性進行控制。

2應用示例

下面介紹一種應用ApL2組成的大容量、高電壓離子電池的充放電系統。蓄電池單元作為充放電對象，其最大電壓為336V，充放電電流為±100A。圖3為該系統的構成，表1為ApL2的基本規格。

本系統中ApL2的額定電壓電流為400V／25A，為了擴大容量，使用主從功能，最大可以并聯四臺ApL2，可使充放電電流達到100A。圖4所示為0～+90A肘的充電電壓電流波形，蓄電池充電時，電流呈階躍式變化時的響應波形；圖5所示為0～-90A時的充電壓電流波形，蓄電池放電時，電流呈階躍式變化時的響應波形。有關蓄電池電流，先指定主機ApL2的輸出端電流，而從機則跟隨主機的充放電電流指令值而變化。

本系統可在100A左右的電流下進行快S速充放電控制，可用于鋰離子蓄電池的基本充放電特性試驗。

3結束語

根據本設計方法，可將ApL2裝置直接用于大容量電池充放電系統中，實現系統小型和輕便化，并相應縮短了系統開發日寸間。在本文中，介紹了ApL2應用于鋰離子蓄電池充放電系統的情況，它還可用于雙層電容器的充放電系統，以及HEV·EV用電機9區動系統等多種電源領域，并具有節約空間和節省能源的特點。