能量双向流动EPS系统技术方案

本发明专利技术为能量双向流动EPS系统，解决已有EPS系统的蓄电池需要独立的充电器，系统功率变换的级数多，逆变器的效率和可靠性差的问题。蓄电池与无直流环节的内高频环连接后作为电压电网的后备电源给负载供电,内高频环由高频逆变器、高频变压器、周波变换器、滤波器组成，蓄电池、电网和负载分别通过第一、二、三采样调理电路与DSP处理器连接；DSP处理器分别连接第一、二驱动电路、通信接口电路，通信接口电路与人机交互连接；第一、二驱动电路分别与高频逆变器、周波变换器连接，所述DSP处理器通过调理采样电路获得系统状态，通过驱动电路与内高频环连接以控制能量的流动方向。

【技术实现步骤摘要】
能量双向流动EPS系统
: 本专利技术涉及一种采用内高频环的双向流动电路的EPS系统。技术背景: 电力系统由于其本身的不确定性，随时具有断电的可能。对于一些特殊的设备(医疗器械、通信设备、应急指示灯)或某些特殊场合(如火车站、广场、大型楼宇及电梯公寓等)，一旦断电，有可能带来巨大损失或酿成严重事故，EPS作为备用电源，很好的解决了这个问题。EPS技术是随着电力电子技术和计算机控制系统发展起来的，以蓄电池作为储能设备，电网正常情况下，电网给负载供电并给蓄电池充电，当EPS系统检测到电网电压不正常时，切换到EPS系统逆变供电状态，蓄电池电能经EPS系统转换为工频交流电，对负载应急供电。传统的EPS系统常见的有三种:1、充放电采用充电器和逆变器两个能量转换电路，此类系统硬件结构复杂且能量不能双向流动；2、采用工频变压器的能量双向流动电路，此类系统由于工频变压器的体积、重量大也导致系统的体积、重量大及成本高、笨重且音频噪声大；3、采用内高频环的双向流动电路，但其切换电路复杂，采用多个继电器与整流桥共同完成，使系统结构复杂度和体积增大。
技术实现思路
: 本专利技术的目的是提供一种结构简单，体积小，不需独立充电器，系统切换电路简单，电网电流电压通过内高频环反向工作，对蓄电池进行脉冲式充电，控制简单而且能提高蓄电池的使用寿命和效率的能量双向流动EPS系统。本专利技术是这样实现的: 能量双向流动EPS系统，蓄电池与无直流环节的内高频环连接后作为电压电网的后备电源给负载供电，内高频环由高频逆变器、高频变压器、周波变换器、滤波器组成，蓄电池、电网和负载分别通过第一、二、三采样调理电路与DSP处理器连接；DSP处理器分别连接第一、二驱动电路、通信接口电路，通信接口电路与人机交互连接；第一、二驱动电路分别与高频逆变器、周波变换器连接，所述DSP处理器通过调理采样电路获得系统状态:电网是否正常，负载是否正常，及蓄电池状态，通过驱动电路与内高频环连接以控制能量的流动方向。高频变压器由第一、二功率管构成推挽全波式电路与高频变压器原边绕组连接，蓄电池的正、负极分别连接于第一、二功率管集电极和高频变压器原边绕组的中点，周波变换器由第三、第四、第五、第六功率管构成半桥全波式电路，第一一第六功率管各反并第一一第六二极管以实现能量的双向流动，每个功率管的基极通过驱动电路与DSP处理器连接，半桥全波式电路连接于高频变压器副边绕组和滤波器的第一输入端，高频变压器副边绕组中点连接于滤波器的第二输入端，滤波器的输出通过第一开关SI与负载和电网连接，负载和电网分别有第二开关S2、第三开关S3。第一、二、三开关S1、S2、S3为继电器，与DSP处理器连接，第一开关SI的常开触点接滤波器，需要第一开关SI闭合时，DSP处理器发出一个信号使继电器线圈吸附到常开触点则接通蓄电池。第二开关S2的常闭触点与电网连接，电网不正常时，DSP处理器发出信号将继电器线圈吸附到常开触点即切掉电网。第三开关S3的常闭触点与负载连接，当负载故障时，DSP处理器发出信号将继电器线圈吸附到常开触点即断开负载。所述DSP处理器采用TI公司的TMS320F2809芯片。所述驱动电路的输出通过光耦TLP250隔离放大后驱动三极管对管，驱动功率电路。所述第一采样调理电路的信号检测电路在蓄电池侧属于直流侧用大电阻分压，小电阻分流的方式检测蓄电池电压、电流信号，第二、三采样调理电路在电网侧和负载侧属于交流侧分别采用互感器进行检测电网电压和负载电流，然后将检测到的信号电压、电流信号传给第一、二、三采样调理电路进行处理放大和加法器提升后再传给DSP的AD采样口。所述采样调理电路是将所测信号进行差分放大后送入加法器提升后传给AD采样□。能量从蓄电池流向负载时，即内高频环正向工作:DSP处理器判断出电网异常需蓄电池供电后，DSP处理器控制第二开关S2断开，第一开关SI和第三开关S3闭合，蓄电池作为电源给负载供电，开通第一功率管VI，则变压器原边电压Ul得到负值；开通第二功率管V2，则变压器原边电压Ul得到正值，所以只需通过驱动电路高频的切换第一、二功率管V1、V2则可将直流电压转换成高频交流电压，在高频变压器副边，对第三-第六功率管V3?V6进行的控制就可将交流电变成工频的SPWM信号，具体实现如下:副边电压U2为正时，第三功率管V3导通，得到正电压，U2为负时，第五功率管V5导通，得到正电压，所以通过驱动电路控制第三、五功率管V3、V5交替导通便可获得SPWM的正半周；同理U2为正时，第六功率管V6导通，得到负电压，U2为负时，第四功率管V4导通，得到负电压，交替导通第四、六功率管V4、V6便可获得SPWM的负半周，根据需要DSP处理器控制第三-第六功率管V3?V6的导通便可获得所需SPWM波，经滤波器滤波后得到正弦交流供给负载， 能量从电网流向蓄电池时，即内高频环反向工作:DSP处理器判断出系统电网正常且蓄电池需要充电后DSP处理器控制第一、二、三开关S1、S2、S3均闭合，先把电网正弦波变成高频交流波，具体实现方法为:当正弦波在正半周时，若第五功率管V5开通，则电网一变压器T一第五功率管V5—第六二极管VD6构成回路，得到正的U2 ;若第三功率管V3开通，则电网-变压器T一第三功率管V3—第四二极管VD4构成回路，得到负的U2，当正弦波在负半周时，若开通第四功率管V4，则电网-第四功率管V4—第三二极管VD3—变压器T构成回路，得到正的U2 ;若开通第六功率管V6，电网一第六功率管V6—第五二极管VD5—变压器T构成回路，得到负的U2，因此正弦波正时，第三、五功率管V3、V5交替导通，正弦波负时，第四、六功率管V4、V6交替导通便把电网正弦波变成了高频的交流电，经过高频变压器后再通过第一、二二极管VD1、VD2整流成直流脉冲给蓄电池充电，即Ul正时通过第二二极管VD2给蓄电池充电，Ul为负时通过第一二极管VDl给蓄电池充电,脉冲充电法给蓄电池充电时要求脉冲充一会儿电然后歇一会儿以防止蓄电池的极化，这可通过驱动电路控制第三一第六功率管V3?V6的导通时间和占空比来实现控制。蓄电池的充歇时间比为4: 1，则设置V3?V6的占空比为0.8。当电网电压大于240V或小于220V或是电网频率偏差大于1Hz，则认为电网不正常；蓄电池电压低于放电终止电压则认为其不能放电；单只额定电压为12V的蓄电池，电池组电压为nX (12.8?13.1V)则认为其不用充电；当蓄电池组电压达到其充电终止电压则认为其充满，充电终止电压高于额定电压为nX (13.8?14.5V)，n为串联的蓄电池只数；工作状态有5种: 当电网正常且蓄电池需要充电时进入工作状态1:此时要求第一、二、三开关S1、S2、S3均闭合导通，电网给负载提供能量，同时通过内高频环反向工作给蓄电池充电。此状态下DSP处理器需要控制第三、四、五、六功率管V3、V4、V5、V6，电网电压为正时，第三、五功率管V3、V5交通导通，电网电压为负时，第四、六功率管V4、V6交替导通，再经过第一、二二极管VDl、VD2整流成直流脉冲给蓄电池充电。当电网正常，但蓄电池电量充足不需要充电时进入工作状态2:此时通过DSP处理器断开第一开关SI，闭合第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
能量双向流动EPS系统，其特征在于蓄电池与无直流环节的内高频环连接后作为电压电网的后备电源给负载供电，内高频环由高频逆变器、高频变压器、周波变换器、滤波器组成，蓄电池、电网和负载分别通过第一、二、三采样调理电路与DSP处理器连接，DSP处理器分别连接第一、二驱动电路、通信接口电路，通信接口电路与人机交互连接,第一、二驱动电路分别与高频逆变器、周波变换器连接，所述DSP处理器通过调理采样电路获得系统状态：电网是否正常，负载是否正常，及蓄电池状态,通过驱动电路与内高频环连接以控制能量的流动方向。

【技术特征摘要】
1.能量双向流动EPS系统，其特征在于蓄电池与无直流环节的内高频环连接后作为电压电网的后备电源给负载供电，内高频环由高频逆变器、高频变压器、周波变换器、滤波器组成，蓄电池、电网和负载分别通过第一、二、三采样调理电路与DSP处理器连接，DSP处理器分别连接第一、二驱动电路、通信接口电路，通信接口电路与人机交互连接，第一、二驱动电路分别与高频逆变器、周波变换器连接，所述DSP处理器通过调理采样电路获得系统状态:电网是否正常，负载是否正常，及蓄电池状态，通过驱动电路与内高频环连接以控制能量的流动方向。2.根据权利要求1所述的能量双向流动EPS系统，其特征在于高频变压器由第一、二功率管构成推挽全波式电路与高频变压器原边绕组连接，蓄电池的正、负极分别连接于第一、二功率管集电极和高频变压器原边绕组的中点，周波变换器由第三、第四、第五、第六功率管构成半桥全波式电路，第一一第六功率管各反并第一一第六二极管以实现能量的双向流动，每个功率管的基极通过驱动电路与DSP处理器连接，半桥全波式电路连接于高频变压器副边绕组和滤波器的第一输入端，高频变压器副边绕组中点连接于滤波器的第二输入端，滤波器的输出通过第一开关SI与负载和电网连接，负载和电网分别有第二开关S2、第三开关S3，第一、二、三开关S1、S2、S3为继电器，分别与DSP处理器连接，第一开关SI的常开触点接滤波器，需要第一开关SI闭合时，DSP处理器发出一个信号使继电器线圈吸附到常开触点则接通蓄电池，第二开关S2的常闭触点与电网连接，电网不正常时，DSP处理器发出信号将继电器线圈吸附到常开触点即切掉电网，第三开关S3的常闭触点与负载连接，当负载故障时，DSP处理器发出信号将继电器线圈吸附到常开触点即断开负载。3.根据权利要求1所述的能量双向流动EPS系统，其特征在于所述DSP处理器采用TI公司的TMS320F2809芯 片。4.根据权利要求1所述的能量双向流动EPS系统，其特征在于所述驱动电路的输出通过光耦TLP250隔离放大后驱动功率管。5.根据权利要求1所述的能量双向流动EPS系统，其特征在于所述第一采样调理电路的信号检测电路在蓄电池侧属于直流侧用大电阻分压，小电阻分流的方式检测蓄电池电压、电流信号，第二、三采样调理电路在电网侧和负载侧属于交流侧分别采用互感器进行检测电网电压和负载电流，然后将检测到的信号电压、电流信号传给第一、二、三采样调理电路进行处理放大和加法器提升后再传给DSP的AD采样口。6.根据权利要求5所述的能量双向流动EPS系统，其特征在于所述采样调理电路是将所测信号进行差分放大后送入加法器提升后传给AD采样口。7.根据权利要求1或2所述的能量双向流动EPS系统，其特征在于能量从蓄电池流向负载时，即内高频环正向工作=DSP处理器判断出电网不正常需蓄电池供电后，DSP处理器控制第二开关S2断开，第一开关SI和第三开关S3闭合，蓄电池作为电源给负载供电，开通第一功率管VI，则变压器原边电压Ul得到负值；开通第二功率管V2，则变压器原边电压Ul得到正值，所以只需通过驱动电路高频的切换第一、二功率管V1、V2则可将直流电压转换成高频交流电压，在高频变压器副边，对第三一第六功率管V3~V6进行的控制就可将交流电变成工频的SPWM信号，具体实现如下:副边电压U2为正时，第三功率管V3导通，得到正电压，U2为负时，第五功率管V5导通，得到正电压，所以通过驱动电路控制第三、五功率管V3、V5交替导通便可获得SPWM的正半周；同理U2为正时，第六功率管V6导通，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡天友，唐德炜，卢刚菊，陆明龙，王仁昭，
申请(专利权)人：四川厚天电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51