UPS双有源桥DC/DC变换器铅酸电池充放电控制研究

朱孟江

【摘 要】为了确保铅酸电池组安全的充放电，提出UPS不同工作模式下铅酸电池组储能系统的充放电控制策略。在Matlab/Simulink仿真环境下，对不同充放电切换控制下的铅酸电池储能系统的运行特性进行了仿真，验证了双有源桥DC/DC变换器的拓扑结构和控制策略的正确性。

【关键词】铅酸电池；充放电；双向全桥DC/DC；工作模式

0 引言

随着科技的进步，用户对电源系统提供的供电质量、稳定性、效率明显提高，而不间断电源（uninterruptible power supply，UPS）的不断发展有效的解决以上问题，其中研究比较热门的UPS是双變换式，既采用双有源桥DC/DC变换器代替传统两单向铅酸蓄电池进行充放电，它能够在保持变换器两端电压极性不变的情况下实现能量的双向流动，相对传统的单向DC/DC变换器节省了器件数目，减小了变换器的体积，提高了系统传输效率。因此，采用双有源桥DC/DC变换器对铅酸蓄电池进行充放电管理具有明显的优势，在UPS中得到越来越广泛的应用。

1 双有源桥DC/DC变换器结构

典型的双有源桥 DC/DC 变换器的拓扑结构如图1所示。

图中，高频变压器T的使用可以隔离电网侧异常影响到铅酸电池，提高系统运行的可靠性，双重移相算法控制两端共8个MOS通/断，使铅酸电池在充放电时电压、电流稳定，下面重点研究功率从Vdc到铅酸电池侧系统运行的情况。

2 双有源桥DC/DC模块控制策略

双极式UPS系统工作模式可以分为四种模式：旁路供电模式、UPS供电模式、铅酸蓄电池供电模式、铅酸蓄电池馈电模式。每种模式所需的控制策略都有所不同，在UPS供电模式下，铅酸电池处于充电状态，控制电池端的的电压和电流进行充电；铅酸蓄电池供电模式下，控制直流母线的电压不变，铅酸蓄电池对负载提供电能；铅酸蓄电池馈电模式下，对电池电流进行控制，把铅酸电池组的能量反馈到电网中。

3 仿真分析

为验证移相控制算法用于铅酸电池充放电控制中的有效性，用MATLAB/Simulink搭建了600W的仿真模型，其他系统参数为：变压器变比n=5：1；Vdc=400V；开关频率10KHz。

图2为仿真铅酸蓄电池在双有源桥DC/DC变换器中充电电压、电流的变化曲线。

一开始变换器以稳定的10A电流对铅酸蓄电池进行充电，电池电压约为49V，电压升高趋势不明显，随着电池容量的增大，电压逐渐升高至55V切换到恒压充电，电流逐渐降低，证明铅酸蓄电池在双有源桥DC/DC变换器中充电的可行性。

4 结论

应用双重移相控制的双有源桥DC/DC变换器对铅酸蓄电池采用二阶段充电法。仿真结果与理论分析基本一致，在铅酸蓄电池充放电过程中，输出电压、电流可控，通过优化移相角D1、D2控制算法几乎消除了电路中的回流功率，提高了系统的功率因数，证明了本文提出的控制策略的正确性。

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