二、整流柜设计

采用主流的LLC谐振软开关整流器电路，充电效率大于96%。输入总谐波畸变小于 5%。整流柜的作用是补充电池化成过程中的电量损耗。当放电能量大于充电能量时，母线电压会升高，母线会对贮能电池组进行充电。当充电能量大于放电能量时，母线电压会降低，整流器吸收电网能量以维持母线电压稳定。其拓扑结构如图2所示。

其拓扑为LLC谐振全桥 Vin为交流电整流(三相无源PFC)或经PFC(功率因数校正)后电压

T1、T2、T3、T4为MOSFET Lr为谐振电感 Cr为谐振电容 D5、D6为高频整流二极管 Cf为滤波电容。

三、化成模块(双向DC/DC)

结构如图3所示。包括双向DC/DC模块。第一级采用隔离式半桥变换结构，利用变压器对高压侧与低压侧进行隔离，开关管V1,V2,V3,V4采用固定脉冲控制，实现从400V母线电压和15V中间电压进行变换，第二级采用非隔离式Buckboost 变换器构成，开关管V5,V6采用闭环闭环控制，实现15V中间电压和3V锂电池电压之间进行二次变换。

1.升压工作模式

电池侧3V电压，经C11滤波后，送至由V6、V5、L1、C0构成BOOST升压变换器，BOOST变换器将电压从3V升至15V, 调节送到TG6的脉冲占空比，可以实现调节输出电压;由第一级变换器升压至15V的电压经C3、C4分压， 送至半桥变换器，给固定脉冲至TG3和TG4 , 使开关管V3、V4工作在开关状态，经变压器升压至200V，由D1、D2 以及C1、C2构成全波倍压整流电路，将输出电压稳定在400 V。

升压变换时输入电压与输出电压关系式：

式中：N1变压器高压侧匝数; N2变压器低压侧匝数;Vb电池电压; D2 开关管V6的输入脉冲占空比。

2.降压工作模式

母线侧输入电压400 V，经C1和C2分压，上下桥臂输入电压为200 V。控制器将固定脉冲送至TG1和TG2，使开关管V1， V2工作在开关状态。由D3、D4构成全波整流电路，经C0滤波，使电压从400V降至24V;闭环控制器输出PWM 信号，送至开关管V5 , 使V5、D6、L1、C11构成BUCK降压变换器，将电压从24V降至3V。调节输入开关管V5 的驱动波形占空比，可以调节输出电压。降压变换时输入电压与输出电压关系式：

式中：N1变压器高压侧匝数，N2变压器低压侧匝数，V400高压侧输入电压，D1 开关管V5的输入脉冲占空比。

3.化成模块(双向DC/DC)控制策略

为了完成对锂电池的管理与监控，本设计的双向DC/DC变换器以MCU为核心控制器件。对各个开关管的控制、锂电池电流、电压，温度测量、上位机通信、电量计量等功能，硬件结构如图4所示。

控制电路采用电流闭环和电压限定控制方法，利用高精度霍尔电流传感器测量电池充电电流，与电流给定信号(CPU系统给出)一起经电流PI 调节器和驱动电路，控制开关管导通与关断。由于PI调节器可以实现无差调节，从而实现电池充电电流的恒定。为防止锂电池充电可能出现的过充影响电池的性能，控制电路加入了电压限制环节，使得电压达到限制电压时减小充电电流。

四、集中式计算机控制系统

为了实现上位机与化成通道的实时通讯 ,两者通过CAN总线进行通信。

上位机采用了PC机，并配置了一块ISA结构的双端口CAN接口卡。选用 PC机，有如下好处： PC机上面有多条扩展槽，利用局域网络通讯卡 ,使得该系统很容易与其他生产管理部门联网 ,便于统一调度和管理。另外,选用 PC 机还可以充分利用现有的软件工具和开发环境 ,方便快捷地设计功能丰富的软件。上位机的作用是： (1)将需要的各种参数发送给化成通道; (2)对化成的工作过程进行干预;(3)接收化成通道发回的工作状态数据;(4)如果工艺流程改变 ,把改变后的流程下载到化成通道;(5)实时显示化成曲线等。

五、结论

本方案设计交付使用的电池化成系统，充放电电流100A，系统工作稳定，充电时整机效率92%，放电时整机效率 90%。循环效率82.8%。按照常规的化成系统计算，充电效率为80%。放电为直接功率电阻耗能0%。综合效率为-125%。本系统比传统的化成系统节能727%。实际工作中释放的热量很少，大大的降低了车间的温度，改善了作业环境。并为企业节省了能源开支。整个化成过程中 ,可以做到对充放电电流、 电池电压、 电池内阻、电池温度、 环境温度、 充电/放电时间进行实时监控和自动控制 ,并可以绘制电流/电压的实时曲线和每节电池的柱状图等。由于本系统采用了软件集中式管理，大大降低了员工的作业强度，提高了对锂电池化成的效率。 （御风）