exponenta event banner

Зарядное устройство CCCV

Зарядное устройство постоянного напряжения

Описание

Блок CCCV Battery Charger реализует универсальное зарядное устройство динамической модели. Эта модель поддерживает трехфазный вход напряжения wye или delta AC, однофазный AC или DC. Модель также обеспечивает дополнительный вход температуры окружающей среды для компенсации температуры напряжения зарядки.

На рисунке показана эквивалентная схема блока зарядного устройства CCCV.

Уравнения

Выходные характеристики

Выходной ток зарядного устройства составляет

Iout = f1 (Iout ', kp, ki, kd, Ioutr%, foutir, t) = Iout' kikds2 + ki + Ioutr% 100sin (2.dfoutirt)

Переменными для выходного тока и связанных с ним уравнений являются:

  • Iout - команда выходного тока, в A.

  • I 'out является предварительно отфильтрованной текущей командой, в A.

  • kp - пропорциональный коэффициент усиления ПИД-фильтра.

  • ki - интегральный коэффициент усиления фильтра PID.

  • kd - дифференциальный коэффициент усиления фильтра PID.

  • Ioutr% - пульсация токового выхода, в%.

  • foutir - частота пульсации выходного тока в Гц.

  • t - время, в с.

  • λ - коэффициент демпфирования, который ограничен значениями между 0 и 0.9.

  • ⍵n - радиальная частота, в рад/с.

  • d% - превышение, в%.

  • ts - время отстаивания, в с.

  • ICC - предварительно отфильтрованная команда тока, регулируемая по току, в А.

  • Ибульк - команда постоянного тока, в А.

  • ICV - предварительно отфильтрованная команда регулируемого тока напряжения, в А.

  • V 'out - команда напряжения, в В.

  • V 'tc - команда напряжения, в В.

  • Vout - эффект напряжения с температурной компенсацией, в В.

  • Vout - среднее измеренное выходное напряжение, в В.

  • Ta - температура окружающей среды, в ° C.

  • Tnom - номинальная температура окружающей среды, в ° C.

  • Vtc - коэффициент компенсации напряжения, в В/° C.

  • Vabs - напряжение поглощения, в В.

  • Vфлоат - поплавковое напряжение, в В.

  • P - выходная мощность в Вт.

  • Iwaut - средний измеренный выходной ток в А.

Управляющими коэффициентами усиления являются:

kd = 1

kp = 2startn

ki = startn2

Коэффициент демпфирования равен

start= ln (d% 100) § 2 + ln (d% 100) 2

Когда управление выходом регулируется током, радиальная частота равна

startn = log (0,02) tsstart

Когда выходной регулятор регулируется напряжением, радиальная частота равна

startn = log (0,001)

Предварительно отфильтрованная команда тока I 'out подается либо из предварительно отфильтрованной команды тока, регулируемого по току, ICC, либо из предварительно отфильтрованной команды тока, регулируемого по напряжению, ICV. На графиках показаны различные фазы цикла зарядки.

Если для режима управления выходом установлено значение Constant Current only (CC) или Constant Current - Constant Voltage (CCCV) и Vout ниже, чем поплавковое напряжение или напряжение поглощения, в то время как условие конца поглощения не выполняется

Iout '= ICC = Ibulk

Если для режима управления выходом установлено значение Constant Current only (CC) или Constant Current - Constant Voltage (CCCV) и Vout равен плавающему напряжению или напряжению поглощения, в то время как условие конца поглощения не выполняется

Iout '= ICV = (Vout' + Vtc ') IoutVout

Если выбрана опция «Включить фазу поглощения» и зарядное устройство переключается с постоянного тока на постоянное напряжение, если условие конца поглощения не выполняется, компенсация напряжения окружающей температуры, V 'tc определяется как

Vtc '= (Ta Tnom) Vtc

В противном случае компенсация напряжения окружающей температуры V 'tc определяется как

Vtc '= 0

Если выбрана опция «Включить фазу поглощения» и зарядное устройство переключается с постоянного тока на постоянное напряжение, если условие конца поглощения не выполняется, компенсация напряжения окружающей температуры, V 'out определяется как

Vout '= Vabs

В противном случае компенсация напряжения окружающей температуры, V 'out определяется как

Vout '= Vfloat

Выходная мощность определяется как

P = Vout _ Iout _ dw

Входные характеристики

Входной ток зарядного устройства составляет

Iin = f2 (P ', feff (P'), fTHD (P '), fPF (P'), fHARMS)

Переменные для входного тока и связанных уравнений:

  • Iin - команда входного тока, в A.

  • P '- нормированная выходная мощность.

  • P - выходная мощность в Вт.

  • Pном - номинальная выходная мощность в Вт.

  • Я - нормированная гармоническая амплитуда.

  • fin - частота входного напряжения, в Гц.

  • fn - гармоническая частота, в Гц.

  • t - время, в с.

  • VinA - входное напряжение, задержанное на пятую часть его периода, в В.

  • Vin - входное напряжение фазы А, задержанное на пятую часть ее периода, в В.

  • Iinr% - пульсация входного тока, в%.

  • finir - частота пульсации входного тока в Гц.

  • λ Vin - угол входного напряжения, в рад.

  • ΔVinA - угол входного напряжения фазы A в радиусе.

P '= PPnom

Где feff - полиномиальная функция, следующая за параметрами Эффективность зарядки и Коэффициент использования эффективности. Этот полиномиальный порядок равен половине количества введенных пар данных. Для входных значений, P ', между 0 и 1 полином должен возвращать значения между 0 и 1. В противном случае полиномиальный порядок уменьшается до тех пор, пока это условие не будет выполнено. Если порядок достигает 0, выходные данные остаются постоянными для среднего значения набора данных.

Где fTHD - полиномиальная функция, следующая за параметрами Суммарное гармоническое искажение и коэффициент использования THD. Этот полиномиальный порядок равен половине количества введенных пар данных. Для входных значений, P ', между 0 и 1 полином должен возвращать значения между 0 и 1. В противном случае полиномиальный порядок уменьшается до тех пор, пока это условие не будет выполнено. Если порядок достигает 0, выходные данные остаются постоянными для среднего значения набора данных.

Где fPF - полиномиальная функция, следующая за параметрами Power factor и PF usage factor. Этот полиномиальный порядок равен половине количества введенных пар данных. Для входных значений, P ', между 0 и 1 полином должен возвращать значения между 0 и 1. В противном случае полиномиальный порядок уменьшается до тех пор, пока это условие не будет выполнено. Если порядок достигает 0, выходные данные остаются постоянными для среднего значения набора данных.

Где, fHARMS, является суммой синусоидальных волн, заданных параметрами Гармоники амплитуда и Гармоники частота после выражения

fHARMS=∑​In'sin (2.dfinfnt)

Если для параметра Type установлено значение DC,

Iin = P 'ffVin + Iin _ r% sin (2.dfinirt)

Если для параметра Type установлено значение 1-phase AC ,

Iin = 2P 'fffPVin (fTHDfHARMS + sin (startVin acos (fPF)))

Если для параметра Type установлено значение 3-phase AC (wye) :

IinA = 2P '3feffPFVinA (fTHDfHARMS + sin (startVinA acos (fPF))

IinB = 2P '3feffFVinA (fTHDfHARMS + sin (startVinA acos (fPF) + 13fin))

IinC = 2P '3feffPFVinA (fTHDfHARMS + sin (startVinA acos (fPF) + 23fin))

Если для параметра Type установлено значение 3-phase AC (delta) :

IinA = 2P '3feffPFVinA (13fTHDfHARMS' + 13sin (

IinB = 2P '3feffFFVinA (13fTHDfHARMS "+ 13sin (StartVinA + xeon6 acos (fPF) + 13fin))

Где:

fTHDfHARMS '= fTHDfHARMS (

fTHDfHARMS "= fTHDfHARMS (

Допущения и ограничения

Допущения модели

  • Выходная нагрузка состоит из батареи соответствующего размера.

  • Трехфазные альтернативные входы тока сбалансированы, синхронизированы и без дрожания.

  • Температура окружающей среды не влияет на параметры зарядного устройства.

Ограничения

  • Выходная мощность не зависит от входной мощности.

Порты

Вход

развернуть все

Температура окружающей среды, подаваемая в модель. Чтобы включить этот порт, установите флажок Simulate voltage compensation.

Сигнал, определяющий текущее пороговое значение.

Этот порт отображается только в том случае, если выбран параметр Dynamic input thresholds и параметр Output control mode имеет значение Constant Current - Constant Voltage или в Constant Current только.

Сигнал, определяющий пороговое значение напряжения.

Этот порт отображается только в том случае, если выбран параметр Dynamic input thresholds и параметр Output control mode имеет значение Constant Current - Constant Voltage или в Constant Voltage только.

Продукция

развернуть все

Simulink ® вывод блока, заданного как вектор, содержащий восемь сигналов. Демультиплексировать эти сигналы можно с помощью блока выбора шины из библиотеки Simulink.

СигналОпределениеЕдиницы
Входное напряжениеВходное напряжение зарядного устройстваV
Входной токВходной ток зарядного устройстваA
Выходное напряжениеВыходное напряжение зарядного устройстваV
Выходной токВыходной ток зарядного устройстваA
Выход А

Выход зарядного устройства Ah. А рассчитывается как:

Ah = Iout ts3600 (n) + Ah (n − 1)

Ах
Выход кВт· ч

Выход зарядного устройства в кВт· ч

kWh = VoutIout = ts3600 (n) + Ah (n − 1)

kWh
Предел напряженияПредел выходного напряжения зарядного устройстваV
Текущий пределПредел выходного тока зарядного устройстваA

Сохранение

развернуть все

А-фазное напряжение.

B-фазное напряжение.

Напряжение С-фазы.

Положительное напряжение постоянного тока.

Отрицательное напряжение постоянного тока.

Параметры

развернуть все

Общая информация

Параметр содержит список двух предварительно определенных зарядных устройств батареи. Параметры в блоке CCCV Battery Charger не включаются при выборе предустановки.

Номинальная мощность, Pном, зарядного устройства в W. Номинальная мощность используется для нормированных параметров Эффективность зарядного устройства, Суммарные гармонические искажения и Коэффициент мощности. Этот параметр должен быть больше или равен произведению объемного тока и плавающего напряжения или напряжения поглощения, если выбрана опция Включить фазу поглощения.

Вход

Тип входного напряжения:

  • 3-phases AC (wye) - Порты A, B и C становятся видимыми для обеспечения сбалансированной трехфазной мощности переменного тока.

  • 3-phases AC (delta) - Порты A, B и C становятся видимыми для обеспечения сбалансированной трехфазной мощности переменного тока.

  • 1-phases AC - Порты A и B становятся видимыми для подачи сбалансированной однофазной мощности переменного тока.

  • DC - Порты + и - становятся видимыми для питания постоянным током.

Опция для активизации доступа к нейтральному соединению извне через порт N. В противном случае нейтраль подключается внутренне.

Зависимости

Эта опция включена, если для параметра Type установлено значение 3-phases AC (wye).

Эффективное напряжение, Veff, входного напряжения зарядного устройства в V. Если тип: 3-phases AC (wye) или 3-phases AC (delta), эффективное напряжение должно быть среднеквадратичным напряжением линии.

Частота, fin, входного напряжения зарядного устройства в Гц.

Зависимости

Этот параметр доступен, если для параметра Type установлено значение 3-phases AC (wye), 3-phases AC (delta), или 1-phase AC.

Пульсация тока, I (inr%), входного тока зарядного устройства.

Зависимости

Этот параметр доступен, если для параметра Type установлено значение DC (wye).

Частота пульсаций входного тока зарядного устройства.

Зависимости

Этот параметр доступен, если для параметра Type установлено значение DC (wye).

График кривых (Plot Curves) - щелкните, чтобы построить график входных параметров и входных гармоник тока для зарядного устройства.

Возможность моделирования эффективности.

Зависимости

При выборе этого параметра становятся видимыми параметры Эффективность зарядки и Коэффициент использования эффективности. В противном случае коэффициент полезного действия зарядного устройства устанавливается на постоянное значение, равное 1.

Коэффициент полезного действия зарядного устройства. Этот параметр используется с коэффициентом использования КПД для аппроксимации полиномиальной функции, соответствующей полной эффективности рабочего диапазона, нормализованной для номинальной мощности.

Коэффициент полезного действия зарядного устройства. Этот параметр используется с эффективностью зарядного устройства для аппроксимации полиномиальной функции, соответствующей эффективности полного рабочего диапазона, нормализованной для номинальной мощности.

Опция моделирования полного гармонического искажения (THD).

Зависимости

При выборе этого параметра становятся видимыми параметры Суммарные гармонические искажения, коэффициент использования THD, амплитуда гармоник и частота гармоник. В противном случае коэффициент THD зарядного устройства устанавливается на постоянное значение, равное 0.

Суммарный коэффициент гармонических искажений, THDy, зарядного устройства. Этот параметр используется с коэффициентом использования THD (pu) для аппроксимации полиномиальной функции, соответствующей полному рабочему диапазону THD, нормализованному для номинальной мощности.

Суммарный коэффициент искажения гармоник, THDy, зарядного устройства. Этот параметр используется с суммарным гармоническим искажением [0-1] для аппроксимации полиномиальной функции, соответствующей полному рабочему диапазону THD, нормализованному на номинальной мощности.

Амплитуда гармоник, В входного тока зарядного устройства батареи в А. Этот параметр используется с частотой гармоник для формирования сигнатуры гармоник входного тока зарядного устройства батареи. Значения параметра амплитуды гармоник нормируются к 1 используя следующее:

In'=In∑​In2

Зависимости

Этот параметр доступен, если для параметра Type установлено значение 3-phases AC (wye), 3-phases AC (delta), или 1-phase AC.

Частота гармоник fn входного тока зарядного устройства батареи в n кратных частоте. Этот параметр используется с амплитудой гармоник для формирования сигнатуры гармоник входного тока зарядного устройства.

Зависимости

Этот параметр доступен, если в поле Type установлено значение 3-phases AC (wye), 3-phases AC (delta), или 1-phase AC.

Возможность моделирования коэффициента мощности. В противном случае PF зарядного устройства устанавливается на константу, равную 1.

Зависимости

Этот параметр доступен, если для параметра Type установлено значение 3-phases AC (wye), 3-phases AC (delta), или 1-phase AC. При выборе этого параметра становятся видимыми параметры Power factor и PF usage factor.

Суммарный коэффициент гармонических искажений или коэффициент мощности PFy зарядного устройства. Этот параметр используется с коэффициентом использования PF для аппроксимации полиномиальной функции, соответствующей PF полного рабочего диапазона, нормализованной для номинальной мощности.

Зависимости

Этот параметр доступен, если для параметра Type установлено значение 3-phases AC (wye), 3-phases AC (delta), или 1-phase AC.

Коэффициент использования PF зарядного устройства (PFy). Этот параметр используется с коэффициентом мощности для аппроксимации полиномиальной функции, соответствующей полному рабочему диапазону PF, нормализованному для номинальной мощности.

Режим тарификации

Методы управления выводом:

  • Constant Current - Constant Voltage (CCCV) - Этот режим зарядки регулирует выходной ток и напряжение.

  • Constant Current only (CC) - Этот режим зарядки регулирует выходной ток.

  • Constant Voltage only (CV) - Этот режим зарядки регулирует выходное напряжение.

Зависимости

Различные опции предоставляют различные параметры.

Возможность динамического доступа к пороговым значениям выходного тока и напряжения. В противном случае эти пороговые значения устанавливаются в диапазоне объемного тока и плавающего напряжения или напряжения поглощения.

Зависимости

Входные порты CC или CV становятся видимыми для подачи пороговых значений тока и напряжения в зависимости от выбранного режима управления выходом.

Объемный ток Ibulk максимального выходного тока зарядного устройства батареи в А. В то время как выходное напряжение ниже, чем поплавковое напряжение или напряжение поглощения, зарядное устройство батареи ограничивает выходной ток для поддержания постоянного тока.

Зависимости

Этот параметр доступен, если установлен режим управления Output Constant Current - Constant Voltage (CCCV) или Constant Current only (CC).

Поплавковое напряжение, Vfloat, установившегося выходного напряжения зарядного устройства в V. Когда выходное напряжение достигает этого значения, зарядное устройство уменьшает выходной ток для поддержания постоянного напряжения.

Зависимости

Этот параметр доступен, если режим управления Output Constant Current - Constant Voltage (CCCV) или Constant Voltage only (CV).

Возможность включения фазы поглощения заряда батареи. Фаза зарядки позволяет зарядному устройству поддерживать более высокое напряжение поглощения, чем поплавковое напряжение для заданного состояния конца поглощения при переключении с постоянного тока на постоянный заряд напряжения.

Зависимости

Этот параметр доступен, если установлен режим управления Output Constant Current - Constant Voltage (CCCV) а пороговые значения динамического ввода сброшены.

Напряжение поглощения, Vabs, переходного напряжения зарядного устройства батареи при переходе от постоянного тока к постоянному напряжению зарядки. Напряжение поглощения зарядного устройства будет поддерживаться, пока не будет выполнено условие конца поглощения. Этот параметр должен превышать поплавковое напряжение.

Зависимости

Этот параметр доступен, если выбрана фаза включения абсорбции.

Выберите два концевых условия абсорбции:

  • Time based - Это конечное условие требует заданного времени поглощения при сохранении напряжения поглощения перед понижением выходного напряжения зарядного устройства до плавающего напряжения.

  • Current based - Это конечное условие требует заданного тока поглощения при сохранении напряжения поглощения перед понижением выходного напряжения зарядного устройства до плавающего напряжения.

Зависимости

Этот параметр доступен, если выбран параметр «Включить фазу поглощения».

Когда напряжение поглощения поддерживается в течение заданного времени, выходное напряжение понижается до плавающего напряжения.

Зависимости

Этот параметр доступен, если состояние конца абсорбции Time based.

Ток поглощения, Iabs%, от конечного состояния фазы поглощения на основе тока в%. Когда выходной ток достигает заданного процента объемного тока, выходное напряжение понижается от напряжения поглощения до напряжения поплавка. Этот параметр доступен, если состояние конца абсорбции Current based.

Зависимости

Этот параметр доступен, если состояние конца абсорбции Current based.

График кривых (Plot Curves) - щелкните, чтобы построить график входных параметров и входных гармоник тока для зарядного устройства.

Продукция

Выходная пульсация, Ioutr%, тока зарядного устройства, указанного как%.

foutir

Частота пульсации, foutir, выходного тока зарядного устройства в Гц.

Превышение, d%, выходной динамики зарядного устройства в%. Этот параметр применяется к массовому току, плавающему напряжению и напряжению поглощения в зависимости от фазы зарядки.

Время установки, тс, при котором динамика управления выходом зарядного устройства достигает 2% от его установившегося значения в. Этот параметр применяется к току насыпи, плавающему напряжению и напряжению поглощения в зависимости от фазы зарядки.

Зависимости

Опция для включения температурной компенсации выходного напряжения. Если включено, поплавковое напряжение и напряжение поглощения будут изменяться в зависимости от температуры окружающей среды, компенсации напряжения и номинальной температуры.

Компенсация напряжения, Vtc, выхода зарядного устройства в В/° C.

Зависимости

Этот параметр доступен, если выбрана компенсация напряжения Simulate.

Номинальная температура, Тном, требуемого поплавкового напряжения батареи в ° C.

Зависимости

Этот параметр доступен, если выбрана компенсация напряжения Simulate.

Ссылки

[1] Совладай, Р.К., и Я. Поджанский. Искусство зарядки батарей. Proc. 14-я ежегодная конференция аккумуляторов по прикладным программам и достижениям, стр. 233-235. Лонг-Бич, Калифорния: 1999.

[2] Дубей, А., Сантосо, С. и М.П. Облако. Модель средней стоимости зарядных устройств электромобилей. Транзакции IEEE на смарт-сетке Том 4 № 3. Пп. 1549-1557. Аргонн, IL: IEEE Power & Energy Society, 2013.

[3] Элиас, М., Нор, К. и А. Ароф. Дизайн смарт-зарядного устройства для литий-ионных батарей серии. Материалы Международной конференции IEEE по силовой электронике и системам привода, стр. 1485-1490. Куала-Лумпур: PEDS, 2005.

[4] Хусейн А.А.-Х., и И. Батарсе. Обзор алгоритмов зарядки зарядных устройств никелевых и литиевых батарей. Сделки IEEE по автомобильной технологии. Сендай, Япония: Общество транспортных технологий IEEE, 2011.

Представлен в R2019a