CCCV Battery Charger

Зарядное устройство аккумулятора постоянного тока

Описание

Блок CCCV Battery Charger реализует генеративное зарядное устройство с динамической моделью. Эта модель поддерживает трехфазный wye или дельта переменного тока, однофазный AC или вход постоянного напряжения. Модель также предоставляет дополнительный вход температуры окружающей среды для компенсации температуры напряжения зарядки.

Рисунок показывает эквивалентную схему для блока CCCV Battery Charger.

Уравнения

Выходные характеристики

Выходной ток зарядного устройства батареи

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

Переменные для выхода тока и связанных уравнений:

  • Iout - выходная команда тока, в А.

  • I'out - предварительно отфильтрованная команда тока, в А.

  • kp - ПИД фильтра пропорциональной составляющей.

  • ki - ПИД фильтра интегральной составляющей.

  • kd - дифференциальный коэффициент усиления ПИД фильтра.

  • Ioutr% - выходная пульсация тока, в%.

  • foutir - частота пульсации выхода тока, в Гц.

  • t время, в с.

  • ξ - коэффициент демпфирования, который ограничивается значениями между 0 и 0.9.

  • ⍵n - радианская частота, в рад/с.

  • d% - перерегулирование, в%.

  • ts - время урегулирования, в с.

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

  • Ibulk - команда постоянного тока, в А.

  • ICV - предварительно отфильтрованная команда тока, регулируемая напряжением, в А.

  • V'out - команда напряжения, в В.

  • V'tc - команда напряжения, в В.

  • Vout - эффект напряжения, компенсируемого температурой, в В.

  • Vout¯ - среднее измеренное выходное напряжение, в В.

  • Ta - температура окружающей среды, ° C.

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

  • Vtc - коэффициент компенсации напряжения в В/° С.

  • Vabs - напряжение поглощения, в В.

  • Vfloat - поплавковое напряжение, в В.

  • P - выходная степень, в W.

  • Iout¯ - средний измеренный выходной ток, в А.

Коэффициенты усиления управления:

kd=1

kp=2ξωn

ki=ωn2

Коэффициент демпфирования

ξ=ln(d%100)π2+ln(d%100)2

Когда управление выхода регулируется током, радианская частота

ωn=log(0.02)tsξ

Когда управление выхода регулируется напряжением, радианская частота

ωn=log(0.001)ξ

Предварительно отфильтрованная команда тока, I'out, обеспечивается либо от предварительно отфильтрованной команды тока, ICC, либо от предварительно отфильтрованной команды тока, ICV. На графиках показаны различные фазы цикла зарядки.

Если для Output control mode задано значение Constant Current only (CC) или Constant Current - Constant Voltage (CCCV) и Vout ниже Float voltage или Absorption voltage, в то время как Absorption end condition не соблюдается

Iout'=ICC=Ibulk

Если для Output control mode задано значение Constant Current only (CC) или Constant Current - Constant Voltage (CCCV) и Vout равно Float voltage или Absorption voltage, в то время как Absorption end condition не соблюдается

Iout'=ICV=(Vout'+Vtc')IoutVout¯

Когда выбрана опция Enable absorption phase , и зарядное устройство батареи переключается с постоянного тока на постоянное управление напряжением, если Absorption end condition не достигается, компенсация напряжения окружающей температуры, V'tc определяется как

Vtc'=(TaTnom)Vtc

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

Vtc'=0

Когда выбрана опция Enable absorption phase , и зарядное устройство батареи переключается с постоянного тока на постоянное управление напряжением, если Absorption end condition не достигается, компенсация напряжения окружающей температуры, V'out определяется как

Vout'=Vabs

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

Vout'=Vfloat

Выходная степень определяется как

P=Vout¯Iout¯

Входные характеристики

Входной ток зарядного устройства батареи

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

Переменные для входа тока и связанных уравнений:

  • Iin - входная команда тока, в А.

  • P' - нормированная выходная степень.

  • P является выходом степени в W.

  • Pnom - номинальная выходная степень, в W.

  • I'n - нормированная гармоническая амплитуда.

  • fin - входная частота напряжения, в Гц.

  • fn - гармоническая частота, в Гц.

  • t время, в с.

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

  • Vin - вход напряжение фазы A, задержанное на пятую часть своего периода, в В.

  • Iinr% - вход тока, в%.

  • finir - входная частота пульсации тока, в Гц.

  • θVin - вход напряжения, в рад.

  • θVinA - входной угол напряжения фазы A, в рад.

P'=PPnom

Где, feff, является полиномиальной функцией, следующей за параметрами Charger efficiency и Efficiency usage factor. Этот полиномиальный порядок составляет половину от количества введенных пар данных. Для входных значений, P', между 0 и 1, полином должен вернуть значения между 0 и 1. В противном случае полиномиальный порядок уменьшается до тех пор, пока это условие не будет выполнено. Если порядок достигает 0, выход останется постоянным для среднего значения набора данных.

Где, fTHD, является полиномиальной функцией, следующей за параметрами Total harmonic distortion и THD usage factor. Этот полиномиальный порядок составляет половину от количества введенных пар данных. Для входных значений, P', между 0 и 1, полином должен вернуть значения между 0 и 1. В противном случае полиномиальный порядок уменьшается до тех пор, пока это условие не будет выполнено. Если порядок достигает 0, выход останется постоянным для среднего значения набора данных.

Где, fPF, является полиномиальной функцией, следующей параметрам Power factor и PF usage facto r. Этот полиномиальный порядок составляет половину от количества введенных пар данных. Для входных значений, P', между 0 и 1, полином должен вернуть значения между 0 и 1. В противном случае полиномиальный порядок уменьшается до тех пор, пока это условие не будет выполнено. Если порядок достигает 0, выход останется постоянным для среднего значения набора данных.

Где, fHARMS, - сумма синусоид, заданная с параметрами Harmonics amplitude и Harmonics frequency следуя выражению

fHARMS=In'sin(2πfinfnt)

Когда параметр Type установлен в DC,

Iin=P'feffVin+Iin_r%sin(2πfinirt)

Когда параметр Type установлен в 1-phase AC ,

Iin=2P'fefffPFVin(fTHDfHARMS+sin(θVinacos(fPF)))

Когда параметр Type установлен в 3-phase AC (wye) :

IinA=2P'3fefffPFVinA(fTHDfHARMS+sin(θVinAacos(fPF)))

IinB=2P'3fefffPFVinA(fTHDfHARMS+sin(θVinAacos(fPF)+13fin))

IinC=2P'3fefffPFVinA(fTHDfHARMS+sin(θVinAacos(fPF)+23fin))

Когда параметр Type установлен в 3-phase AC (delta) :

IinA=2P'3fefffPFVinA(13fTHDfHARMS'+13sin(θVinA+π6acos(fPF)))

IinB=2P'3fefffPFVinA(13fTHDfHARMS''+13sin(θVinA+π6acos(fPF)+13fin))

Где:

fTHDfHARMS'=fTHDfHARMS(ωt)fTHDfHARMS(ωt+13fin)

fTHDfHARMS''=fTHDfHARMS(ωt+13fin)fTHDfHARMS(ωt+23fin)

Допущения и ограничения

Допущения модели

  • Выходная нагрузка состоит из батареи адекватного размера.

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

  • Температура окружающей среды не влияет на параметры зарядного устройства.

Ограничения

  • Выход степени независим от входа степени.

Порты

Вход

расширить все

Температура окружающей среды, поданная на модель. Чтобы включить этот порт, установите флажок Simulate voltage compensation.

Сигнал, который определяет текущий порог.

Этот порт видим только, когда выбран параметр Dynamic input thresholds, и когда параметр Output control mode установлен на Constant Current - Constant Voltage или к Constant Current только.

Сигнал, который определяет порог напряжения.

Этот порт видим только, когда выбран параметр Dynamic input thresholds, и когда параметр Output control mode установлен на Constant Current - Constant Voltage или к Constant Voltage только.

Выход

расширить все

Simulink® выход блока, заданный как вектор, содержащий восемь сигналов. Можно демультиплексировать эти сигналы с помощью блока Bus Selector из библиотеки Simulink.

СигналОпределениеМодули
Входное НапряжениеВходное напряжение зарядного устройстваV
Входной токВходной ток зарядного устройстваA
Выходное НапряжениеВыходное напряжение зарядного устройстваV
Выходной токВыходной ток зарядного устройстваA
Выход Ah

Выходной Ah зарядного устройства. Значение Ah определяется как:

Ah=Iout¯ts3600(n)+Ah(n1)

Ах
Выход кВтч

Выход зарядного устройства kWh

kWh=VoutIout¯ts3600(n)+Ah(n1)

kWh
Предельное напряжениеЗарядное устройство выхода напряжения пределаV
Предел токаПредел выходного тока зарядного устройстваA

Сохранение

расширить все

A - фазовое напряжение.

B - фазовое напряжение.

C - фазовое напряжение.

Положительное напряжение постоянного тока.

Отрицательное постоянное напряжение.

Параметры

расширить все

Общая информация

Параметр содержит список двух предопределенных зарядных устройств. Параметры в блоке CCCV Battery Charger не активируются, когда выбран набор параметров.

Номинальная степень Pnom зарядного устройства в W. Номинальная степень используется для нормализованных параметров Charger efficiency, Total harmonic distortion и Power factor. Этот параметр должен быть больше или равен продукту Bulk current и Float voltage или Absorption voltage, если выбран Enable absorption phase .

Вход

Вход напряжения:

  • 3-phases AC (wye) - A, B и C порты становятся видимыми для подачи сбалансированной трехфазной степени переменного тока.

  • 3-phases AC (delta) - A, B и C порты становятся видимыми для подачи сбалансированной трехфазной степени переменного тока.

  • 1-phases AC - A и B порты становятся видимыми, чтобы подавать сбалансированную однофазную степень переменного тока.

  • DC - + и - порты становятся видимыми для питания от постоянного тока.

Опция включения доступа к нейтральному соединению внешне через порт N. В противном случае нейтраль внутренне соединяется.

Зависимости

Эта опция включена, когда для Type задано значение 3-phases AC (wye).

Эффективное напряжение, Veff, входного сигнала степени батареи в V. Когда Type либо 3-phases AC (wye) или 3-phases AC (delta), эффективное напряжение должно иметь значение rms линии напряжение.

Частота, fin, входной степени зарядного устройства в Гц.

Зависимости

Этот параметр доступен, когда Type установлено на 3-phases AC (wye), 3-phases AC (delta), или 1-phase AC.

Ток пульсации, I(inr%), входного тока зарядного устройства аккумулятора.

Зависимости

Этот параметр доступен, когда Type установлено на DC (wye).

Частота пульсации входного тока зарядного устройства батареи.

Зависимости

Этот параметр доступен, когда Type установлено на DC (wye).

Plot Curves - Щелкните, чтобы построить график входного параметра и входных кривых гармоник тока для зарядного устройства батареи.

Опция для моделирования эффективности.

Зависимости

Когда этот параметр выбран, параметры Charger efficiency и Efficiency usage factor стать видимыми. В противном случае коэффициент эффективности зарядного устройства устанавливается на постоянное значение 1.

Эффективность коэффициент, ηy, зарядного устройства. Этот параметр используется с Efficiency usage factor для аппроксимации полиномиальной функции, соответствующей полной эффективности операции значений, нормированной на Nominal Power.

Коэффициент использования эффективности зарядного устройства. Этот параметр используется с Charger efficiency для аппроксимации полиномиальной функции, соответствующей полной эффективности операции значений, нормированной на Nominal Power.

Опция симуляции полного гармонического искажения (THD).

Зависимости

Когда этот параметр выбран, параметры Total harmonic distortion, THD usage factor, Harmonics amplitude и Harmonics frequency станут видимыми. В противном случае THD factor зарядного устройства устанавливается на постоянное значение 0.

Общий коэффициент гармонического искажения, THDy, зарядного устройства. Этот параметр используется с THD usage factor (pu), чтобы аппроксимировать полиномиальную функцию, соответствующую полной рабочей области значений THD, нормированному на Nominal Power.

Общий коэффициент использования гармонических искажений, THDy, зарядного устройства. Этот параметр используется с Total harmonic distortion [0-1], чтобы аппроксимировать полиномиальную функцию, соответствующую полной рабочей области значений THD, нормированному на Nominal Power.

Амплитуда гармоник, In, входного тока зарядного устройства аккумулятора в А. Этот параметр используется с частотой Harmonics, чтобы сгенерировать сигнатуру входной гармоники тока зарядного устройства аккумулятора. Значения параметра амплитуды гармоник нормированы к 1 используя это:

In'=InIn2

Зависимости

Этот параметр доступен, когда для Type задано значение 3-phases AC (wye), 3-phases AC (delta), или 1-phase AC.

Частота гармоник, fn, входного тока зарядного устройства n кратная Частоте. Этот параметр используется с амплитудой Harmonics, чтобы сгенерировать входную сигнатуру гармоники тока зарядного устройства.

Зависимости

Этот параметр доступен, когда Type либо 3-phases AC (wye), 3-phases AC (delta), или 1-phase AC.

Опция для симуляции коэффициента степени. В противном случае PF зарядного устройства устанавливается на константу, равную 1.

Зависимости

Этот параметр доступен, когда для Type задано значение 3-phases AC (wye), 3-phases AC (delta), или 1-phase AC. Когда этот параметр выбран, параметры Power factor и PF usage factor стать видимыми.

Общий коэффициент гармонического искажения, или коэффициент степени, PFy, зарядного устройства батареи. Этот параметр используется с PF usage factor для аппроксимации полиномиальной функции, соответствующей PF полной рабочей области значений, нормализованной на Nominal Power.

Зависимости

Этот параметр доступен, когда для Type задано значение 3-phases AC (wye), 3-phases AC (delta), или 1-phase AC.

PF usage factor, PFy, зарядного устройства. Этот параметр используется со Power factor, чтобы аппроксимировать полиномиальную функцию, соответствующую полной операции, области значений PF нормализованная на Nominal Power

Режим зарядки

Методы управления выхода:

  • 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 раскрывают различные параметры.

Опция для включения динамического доступа к выходу порогам тока и напряжения. В противном случае эти пороги задаются с помощью Bulk current и Float voltage или Absorption voltage .

Зависимости

CC или CV входных портов становятся видимыми, чтобы подавать пороги тока и напряжения в зависимости от выбранной Output control mode.

Большой ток, Ibulk, максимального выходного тока зарядного устройства батареи в А. Хотя выходное напряжение ниже Float voltage или Absorption voltage, зарядное устройство батареи ограничивает выходной ток, чтобы поддерживать постоянный ток.

Зависимости

Этот параметр доступен, когда Output control mode либо Constant Current - Constant Voltage (CCCV) или Constant Current only (CC).

Поплавковое напряжение, Vfloat, статического выходного напряжения зарядного устройства в V. Когда выходное напряжение достигает этого значения, зарядное устройство аккумулятора уменьшает выходной ток, чтобы поддерживать постоянное напряжение.

Зависимости

Этот параметр доступен, когда Output control mode либо Constant Current - Constant Voltage (CCCV) или Constant Voltage only (CV).

Опция включения фазы поглощения заряда батареи. Фаза зарядки позволяет зарядному устройству аккумулятора поддерживать более высокую Absorption voltage, чем Float voltage, в течение заданного Absorption end condition при переключении с постоянного тока на постоянную зарядку напряжением.

Зависимости

Этот параметр доступен, когда Output control mode Constant Current - Constant Voltage (CCCV) и Dynamic input thresholds очищается.

Поглощающее напряжение, Vabs, переходного напряжения зарядного устройства при переключении с постоянного тока на постоянную зарядку напряжения. Напряжение поглощения зарядного устройства будет поддерживаться, пока Absorption end condition не выполняется. Этот параметр должен быть больше, чем напряжение с плавающей точкой.

Зависимости

Этот параметр доступен, когда выбран Enable absorption phase.

Выберите между двумя граничными условиями поглощения:

  • Time based - Это граничное условие требует определенного Absorption time при сохранении Absorption voltage перед понижением выходного напряжения зарядного устройства до Float voltage.

  • Current based - Это граничное условие требует определенного Absorption current при сохранении Absorption voltage перед понижением выходного напряжения зарядного устройства до Float voltage.

Зависимости

Этот параметр доступен, когда Enable absorption phase выбран.

Время поглощения, tabs, основанного на времени граничного условия фазы поглощения в с. Когда Absorption voltage поддерживается в течение заданного времени, выходное напряжение понижается до Float voltage.

Зависимости

Этот параметр доступен, когда Absorption end condition Time based.

Ток поглощения, Iabs%, граничного условия фазы поглощения, основанного на токе, в%. Когда выходной ток достигает заданного процента Bulk current, выходное напряжение понижается с Absorption voltage на Float voltage. Этот параметр доступен, когда Absorption end condition Current based.

Зависимости

Этот параметр доступен, когда Absorption end condition Current based.

Plot Curves - Щелкните, чтобы построить график входного параметра и входных кривых гармоник тока для зарядного устройства батареи.

Выход

Выходная пульсация, Ioutr%, тока зарядного устройства батареи, заданная как%.

foutir

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

Перерегулирование, d%, динамики управления выходом зарядного устройства в%. Этот параметр применяется к Bulk current, Float voltage и Absorption voltage в зависимости от фазы зарядки.

Время урегулирования, ts, при котором динамика управления выходом зарядного устройства батареи достигает 2% от своего установившегося значения в с. Этот параметр применяется к Объемному току, Поплавковому напряжению и Поглощающему напряжению в зависимости от фазы зарядки.

Зависимости

Опция включения компенсации температуры выходного напряжения. При включении Float voltage и Absorption voltage изменяются в зависимости от температуры, Voltage compensation и Nominal temperature окружающей среды.

Компенсация напряжения, Vtc, зарядного устройства батареи в V/° C.

Зависимости

Этот параметр доступен, когда выбрана компенсация напряжения Simulate.

Номинальная температура, Tnom, необходимого поплавкового напряжения батареи в ° C.

Зависимости

Этот параметр доступен, когда выбран Simulate voltage compensation.

Ссылки

[1] Cope, R.C., and Y. Podrazhansky. Искусство зарядки батареи. 14-я ежегодная конференция батарей по применению и усовершенствованиям, стр. 233-235. Лонг Бич, Калифорния: 1999.

[2] Dubey, A., Santoso, S. и M.P. Cloud. Модель электрических Транспортных средств зарядных устройств средней ценности. Транзакции IEEE на смарт-сетке, том 4, № 3. Стр. 1549-1557. Argonne, IL: IEEE Power & Energy Society, 2013.

[3] Элиас, М., Нор, К., и А. Ароф. Проект умного зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов серии. Материалы Международной конференции IEEE по степени и приводным системам, стр. 1485-1490. Куала-Лумпур: PEDS, 2005.

[4] Хусейн А.А.-Х., и И. Батарсе. Обзор алгоритмов зарядки зарядных устройств для никеля и лития. Транзакции IEEE по автомобильной технологии. Сендай, Япония: Общество автомобильных технологий IEEE, 2011.

Введенный в R2019a
Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте