恒流恒压模式锂离子电池充电器的设计.pdf

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自动化与仪器仪表》2015年2期(总第184期)
恒流恒压模式锂离子电池充电器的设计
杨明华,张友军,徐伟,季重阳
苏州大学,机电工程学院江苏苏州,215021)
摘要:针对当前锂离子电池的良好应用前景,介绍了一种基于恒流恒压充电方式并采用双管正激式DCDC变换器的
高效锂离子电池充电装置,详尽分析了该充电装置的工作原理,同时对其硬件参数和充电策略进行了设计。最后研制了一台
工程样机,给出了实验结果
关键词:双管正激电路;锂离子电池;恒流恒压模式
D?编码:10.14016 j cnki,1001-9227,2015.02.025
Abstract: In view of the good application prospect of the current Li-ion battery this paper ntroduce a high efficient Li-ion bat
tery charger based on dual-switch forward converter. The device operated by constant-current/constant-voltage mode. The charger s
working principle is analyzed in detail, and the hardware parameters and the method of charge are designed. Finally the prototype is
designed and the experiment results are provided
Key words: Dual-switch forward converter; Li-ion battery; Constant-current/Constant-voltage mode
中图分类号:TM461
文献标识码;B
文章编号:1001-9227(2015)02-0025-03
0引言
锂离子电池具有能量密度高,体积小,放电性能好,无污
染,比能量大,寿命长等特点?。因此,一经面世就迅速取代
AC
传统的镍镉和镍氢电池,成为市场的主流。
IH
随着锂离子电池的广泛应用,相应的充电器技术也越来越
受到重视。锂离子电池本身的特性,使得它对充电器的要求甚
S2
高。充电器的好坏直接影响着锂离子电池的安全与寿命。在充
放电过程中应避免出现过充,过放,过流等现象。在过充状态
图1双管正激DC/DC变换器的电路结构
下,由于锂离子电池具有较高的能量密度,
双管正激DCDC变换器的控制原理时序,如图2所示(以
电解液会分解产生气体,使得内部压力上升而发生爆裂的
滤波电感电流i为例)。为分析方便,假设整流桥输出输出
危险。在过放的状态下,电解液因分解导致电池特性劣化,降
恒定,开关管S,S2的漏源电容为零。其中V,Ve分别为开关
低电池的寿命四。
管S,S2的控制信号,两者时序相同。
锂离子电池的充电,一般分为恒流充电和恒压充电两个过
to~t:t时刻,S,S2同时导通,变压器T原边绕组EF的电压
程。在充电初期,以恒定的电流对电池进行充电,直至电池
为Vb,则副边电压Vc=Vb?NN,输出滤波电感L中的电流i
电压上升到充电终止电压。该过程的时间与恒定电流的大小有
经电感L,电容C。(包括负载),整流二极管D,变压器副边
关。在电池电压上升到充电终止电压后,即转入恒压充电模
CH流通。由于此时Vw大于输出电压V。,因此iq从1m线性上
升到Im。不考虑变压器励磁电流的情况下,此时原边开关管
式,随后电流逐渐减小直至零。
本文中所设计的充电器主要采用恒流恒压两段式的充电方
电流i
NN1。相应的Ip=ImNN1,I= In·N/N
式。并且根据锂离子电池的特性,设计了相应的保护电路。
tr-t时刻,S,S,同时关断,变压器原边绕组电流经续流
二极管D,D2续流,变压器磁复位,此时VE=·V,副边电压
充电器主电路结杓
Vc=-VNN,S2,S:的漏源电压Va=V=V;u经电感L
图1为双管正激DC/DC变换器的电路拓扑结构。该DC
电容C。(包括负载),续流管D流通。由于此时Vem小于输出电
DC变换器由开关管S,S2,续流管D,D2,变压器T,整流二
压vV。,因此i从Luna线性下降
极管D2,续流二极管D,输出滤波器L,C.构成。此变换器可
t2-も:t时刻,变压器原边绕组电流续流完毕并且磁复位结
将较高的母线电压V变换成较低的输出电压U。
束,S,S2仍关断,此时V=0,原边电压由开关管S』,S2分
担,即Va=Va=VJ2。副边电压Ven=0,in经电感L,电容C
收稿囝期:2014-12-23
(包括负载),续流管D,流通。t时刻,i线性下降至Im后,
基金项目:国家自然科学基金(51477107);江苏省博士后基金
S,S2同时导通,开始下一个周期
(14017C);江苏省光谱成像与智能感知重点实验室2014年开放基金
(3092014012200410)
作者简介:杨明华(1990-),男,硕士研究生,主要研究方向为
电力电子变换技术。