CN102709976B - 公用母线节能回收型蓄电池充放电电源设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种公用母线节能回收型蓄电池充放电电源设备，它包括主供电单元、公用母线单元、单回路控制单元、放电模块以及人机控制模块，所述的单回路控制单元根据人机控制单元的命令控制相应蓄电池的充放电，当需要对蓄电池充电时，电能从母线单元输出至对应蓄电池；当对蓄电池放电时，电能通过单回路控制单元返回至母线；当不同的单回路控制单元的蓄电池有充电、放电同时进行时，蓄电池所放出能量直接给其他蓄电池充电使用，且当母线接收的放电能量大于充电输出能量时，所述的放电模块启动工作，以热能形式将多余的能量消耗。与传统设备比大大降低了使用电费，达30%左右；放电时不对电网造成二次污染。

Description

公用母线节能回收型蓄电池充放电电源设备

技术领域

本发明涉及一种用于蓄电池化成工艺中所需要的充放电电源设备。

背景技术

蓄电池是能反复充电、放电的电池，它通常用填满海绵状铅的铅板作为负极，填满二氧化铅的铅板作为正极，并用稀硫酸作电解质。在充电时，通常是将外部直流电源连在蓄电池上进行充电，使电能转化成化学能存储起来；放电时电能从电池中释放出来。蓄电池具有良好的可逆性、电压特性平稳、使用寿命长、适用范围广、供电方便、安全可靠等优点。随着现代工业的迅猛发展，蓄电池工业对社会发展建设起着越来越重要的基础性作用，交通运输和电信设备等行业对蓄电池需求量越来越大，相应的要求也越来越高。而蓄电池化成过程是影响蓄电池质量的一个非常重要的工艺环节，因此，对蓄电池化成工艺过程的有效控制将直接影响到生产的蓄电池性能和使用寿命，而充放电电源是决定化成质量的根本保证。

蓄电池充放电电源设备主要用于蓄电池化成过程的充放电。传统的设备采用可控硅整流原理，充电时从电网供电，放电时电量回电网。这种设备既不经济又不环保，具体有如下问题：

1．现在的电子计量电表不管电流是进还是出都要计费，这样放电回网会造成二次计费，造成电费大量增加；

2．所放电未经任何处理直接回电网会对电网造成二次污染，导致电网严重畸变，甚至还会造成供电线路故障。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种放电不回电网从而不会对电网造成污染且节能环保的蓄电池充放电电源设备。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种公用母线节能回收型蓄电池充放电电源设备，它包括

主供电单元，所述的主供电单元主要由变压器和整流器电连接而成，其用于将输入三相交流电转换为直流电；

公用母线单元，其正负输入端与主供电单元输出端相电连接，用于接收经转换后的直流电；

单回路控制单元，其包括多个，且多个单回路控制单元与公用母线相并联连接，每个所述的单回路控制单元分别与一待充放电蓄电池相连接；

放电模块，其与公用母线相并联连接，所述的放电模块用于将母线上多余的电能以热量的形式消耗；

人机控制模块，其输出端分别与各单回路控制单元和放电模块相连接，用于接受输入信号实现对单回路控制单元和放电模块进行控制；

所述的单回路控制单元根据人机控制单元的命令控制相应蓄电池的充放电，当需要对蓄电池充电时，电能从母线单元输出至对应蓄电池；当对蓄电池放电时，电能通过单回路控制单元返回至母线；当不同的单回路控制单元的蓄电池有充电、放电同时进行时，蓄电池所放出能量直接给其他蓄电池充电使用，且当母线接收的放电能量大于充电输出能量时，所述的放电模块启动工作，以热能形式将多余的能量消耗。

在上述技术方案的基础上，可进一步优化和变换的方式如下：

1.所述的放电模块主要由与母线相连接的发热器件、控制电路组成，控制电路主要采集母线电压，当到达一定高电压时认为母线电能过剩，集成芯片产生驱动，实现导通，发热器件开始消耗功率。

2.所述的单回路控制单元主要由电压转换电路、脉冲信号调制电路、IGBT功率电路相电连接而成，所述的电压转换电路用于将母线电压转换为各电路所需工作电压，所述的脉冲信号调制电路在驱动信号控制下产生高频脉冲信号，所述IGBT功率电路输出高频脉冲电流至相应蓄电池实现充放电控制。

进一步地，在所述的IGBT功率电路输出端与脉冲信号产生电路输入端之间还设置有反馈电路，所述的反馈电路用于采集IGBT功率电路输出电流并将电流反馈至脉冲信号调制电路实现对输出电流的调节。

所述的脉冲信号调制电路主要由单片机控制。

所述的IGBT功率电路由一对IGBT开关管加外围电子元器件组成，第一开关管的栅极和第二开关管的栅极分别通过一电阻与脉冲调制电路的输出端相连接，第一开关管的源极与第二开关管的源极相电连接，第一开关管的发射极与第二开关管的发射极与一电感相接后与蓄电池相连接。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明采用多个单回路控制单元并列设置在母线上以及人机控制模块相结合控制的模式，使得与相应单回路控制单元相连接的蓄电池充放电能够有序控制，且当多个单回路上的蓄电池有充电、放电工艺同时进行时，电池放电所放出能量直接给电池充电使用，不需外网供电，以此完成节能回收效果。并且由于设置放电模块，母线上的吸收能量（放电时产生）大于输出能量（充电时产生）时，放电模块工作，以热能形式消耗掉多余的电能，不反馈到电网，避免造成电网污染。与传统设备比大大降低了使用电费，达30%左右；放电时不对电网造成二次污染。

附图说明

附图1为本发明公用母线节能回收型蓄电池充放电电源设备系统原理图；

附图2为本发明公用母线节能回收型蓄电池充放电电源设备中单回路控制单元实现原理图；

附图3为本发明公用母线节能回收型蓄电池充放电电源设备中脉冲调制电路具体电路图；

图4为本发明公用母线节能回收型蓄电池充放电电源设备中电压转换电路具体电路图；

其中：1、主供电单元；11、变压器；12、整流器；2、公用母线单元；3、单回路控制单元；31、电压转换电路；32、脉冲调制电路；321、PWM驱动输出电路；322、驱动信号隔离电路；323、信号放大电路；33、IGBT功率电路；34、反馈电路；35、输出负载电路；

4、放电模块；5、人机控制模块；

具体实施方式

下面将结合附图对本发明优选实施方案进行详细说明：

如图1所示的公用母线节能回收型蓄电池充放电电源设备，主要包括主供电单元1、公用母线单元2、多个单回路控制单元3、放电模块4以及人机控制模块5。其中，主供电单元1主要由变压器11和整流器12电连接而成，三相交流电经控制开关接入至变压器11，经变压器11转换后的电压再通过整流器12输出。公用母线单元2正负输入端与主供电单元1输出端相对应电连接，用于接收经转换后的直流电。

单回路控制单元3具有多个，且多个单回路控制单元3与公用母线相并联连接，每个单回路控制单元3分别与一待充放电蓄电池相连接。在本发明中，单回路控制单元采用PWM脉冲调制方式输出脉冲信号对蓄电池充电，具体实现如图2所示。

图2所示的单回路控制单元3主要由电压转换电路31、脉冲调制电路32、IGBT功率电路33、反馈电路34、输出负载电路35电连接而成。其中，电压转换电路31用于将从母线上接收的电压转换为各电路所需工作电压大小。脉冲调制电路32由依次相电连接的PWM驱动输出电路321、驱动信号隔离电路322、信号放大电路323组成，其中，PWM驱动输出电路由单片机控制产生，在驱动信号的控制下，经电压转换电路31输出的脉冲信号经过信号放大电路322进入IGBT功率电路33中，IGBT电路33采用IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）开关管，其具有驱动功率小、开关速度快、饱和压降低等优点，能够输出10kHz以上的高频。反馈电路34设置在IGBT功率电路33与PWM驱动输出电路321之间，其用于采集IGBT功率电路33输出电流并将电流反馈至PWM驱动输出电路321以实现对输出电流的调节。

图3和图4分别给出了根据上述原理所优化实施的脉冲调制电路32和电压转换电路31的具体电路图。其中，图3中，PWM驱动输出电路321由单片机9S08MP16实现，其根据人机控制模块5输入的工作模块，计算所需要的PWM驱动脉冲输出。驱动信号隔离电路322主要由光耦合器实现，本实施例中采用型号为6N137光耦合器。信号放大电路323接收电压转换电路31输出的脉冲信号，进行相应的放大后输出至IGBT功率电路33。所述的IGBT功率电路33由一对开关管Q1、Q2和外围电子元器件组成。具体地，第一开关管Q1栅极和第二开关管Q2的栅极分别通过电阻R39、R42与信号放大电路323输出端相连接，第一开关管Q1的源极与第二开关管的源极Q2相电连接，第一开关管Q1的发射极与第二开关管Q2的发射极分别与电感L1、L2相接后与输出负载电路35相连接。

输出负载电路35由蓄电池XU和蓄电电感L组成。蓄电电感L另一端与IGBT电路输出端相连接，蓄电池XU负极接地。

放电模块4所述的放电模块主要由与母线相连接的发热器件、控制电路组成，控制电路主要采集母线电压，当到达一定高电压时认为母线电能过剩，集成芯片产生驱动，输出至IGBT开关管模块，实现导通，发热器件开始消耗功率。

上述对本发明充电电源设备的功能结构进行了说明，下面将对其具体工作原理作一阐述：

当需要对蓄电池充放电时，通过主供电单元1将三相交流电接入设备，通过变压器隔离变压后再通过整流后变成直流电流入公用母线单元，单回路控制单元控制单个电池组的充放电功能，充电时其电能从公用母线单元输出，通过人机输入单元输入所需的工作模式；单片机通过自行运算输出所需要的PWM驱动脉冲；再通过高压隔离模块，隔离后端的高压；通过驱动放大模块，放大驱动电流使得足够供应给IGBT功率模块的使用；最后驱动脉冲触发IGBT功率电路工作，输出工作电流；通过电流反馈给驱动单元，调节输出电流，保证输出电流的稳定性。

放电时电能返回至母线单元，当各个单回路有充电、放电工艺同时进行时，电池放电所放出能量直接给电池充电使用，不需能外网供电，以此完成节能回收效果。母线上的吸收能量（放电时产生）大于输出能量（充电时产生）时，开启放电单元工作，以热能形式消耗，不反馈电网，避免造成污染。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种公用母线节能回收型蓄电池充放电电源设备，其特征在于：它包括

主供电单元，所述的主供电单元主要由变压器和整流器电连接而成，其用于将输入三相交流电转换为直流电；

公用母线单元，其正负输入端与主供电单元输出端相电连接，用于接收经转换后的直流电；

单回路控制单元，其包括多个，且多个单回路控制单元与公用母线相并联连接，每个所述的单回路控制单元分别与待充放电蓄电池相连接；

放电模块，其与公用母线相并联连接，所述的放电模块用于将母线上多余的电能以热量的形式消耗；

人机控制模块，其输出端分别与各单回路控制单元和放电模块相连接，用于接受输入信号实现对单回路控制单元和放电模块进行控制；

所述的单回路控制单元根据人机控制单元的命令控制相应蓄电池的充放电，当需要对蓄电池充电时，电能从母线单元输出至对应蓄电池；当对蓄电池放电时，电能通过单回路控制单元返回至母线；当不同的单回路控制单元的蓄电池有充电、放电同时进行时，蓄电池所放出能量直接给其他蓄电池充电使用，且当母线接收的放电能量大于充电输出能量时，所述的放电模块启动工作，以热能形式将多余的能量消耗；

所述的单回路控制单元主要由电压转换电路、脉冲信号调制电路、IGBT功率电路、反馈电路、输出负载电路电连接而成，所述的电压转换电路用于将母线电压转换为各电路所需工作电压，所述的脉冲信号调制电路在驱动信号控制下产生高频脉冲信号，所述IGBT功率电路经过续流电感后输出直流电至相应蓄电池实现充放电控制，其中，所述的脉冲信号调制电路由依次相电连接的PWM驱动输出电路、驱动信号隔离电路、信号放大电路组成，PWM驱动输出电路由单片机9S0MP16实现，在所述的IGBT功率电路输出端与脉冲信号产生电路输入端之间还设置有反馈电路，所述的反馈电路用于采集IGBT功率电路输出电流并将电流反馈至脉冲信号调制电路实现对输出电流的调节。

2.根据权利要求1所述的公用母线节能回收型蓄电池充放电电源设备，其特征在于：所述的放电模块主要由与母线相连接的发热器件、控制电路组成，控制电路主要采集母线电压，当到达设定高电压时即为母线电能过剩，发热器件消耗功率。

3.根据权利要求1所述的公用母线节能回收型蓄电池充放电电源设备，其特征在于：所述的IGBT功率电路由一对IGBT开关管加外围电子元器件组成，第一开关管的栅极和第二开关管的栅极分别通过一电阻与脉冲调制电路的输出端相连接，第一开关管的源极与第二开关管的源极相电连接，第一开关管的发射极与第二开关管的发射极与一电感相接后与蓄电池相连接。