CN104600783A - 一种充电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种充电机，该充电机包括第一区域和第二区域，其中，第一区域内设置有控制电路，第二区域内设置有功能电路，控制电路与功能电路连接并且控制功能电路将接收到的输入电能转换为所需要的输出电能进行输出。该充电机有效地将充电机的强电部分和弱点进行分离，从而保证充电机的可靠性。同时，将控制部分设置在第一区域内，还能够使得在充电机故障时对电路的检修更加方便。充电机在工作的过程中，功能电路是主要的产热电路，所以将功能电路设置在第二区域内，还有利于对功能电路的散热，从而保证充电机正常工作。

Description

一种充电机

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体地说，涉及一种充电机。

背景技术

随着社会的发展，为满足人们出行的需要，轨道交通得到了快速地发展，轨道列车成为人们日常出行的常用交通工具。现有的轨道列车多为电力机车，所以轨道列车上也就需要配备充电机。充电机主要用于为轨道列车中配置的蓄电池以及其他用电设备提供电能。

然而，现有的轨道列车的充电机的集成度低，这也就导致了这种充电机在重量、体积和成本等方面均不占优势。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种充电机所述充电机包括第一区域和第二区域，其中，

所述第一区域内设置有控制电路，所述第二区域内设置有功能电路，所述控制电路与功能电路连接并且控制所述功能电路将接收到的输入电能转换为所需要的输出电能进行输出。

根据本发明的一个实施例，所述第二区域包括第一隔板，所述第一隔板将所述第二区域分割为第三区域和第四区域。

根据本发明的一个实施例，所述功能电路包括设置在所述第三区域内的第一整流电路、逆变电路和第二整流电路，其中，所述逆变电路连接在所述第一整流电路与第二整流电路之间。

根据本发明的一个实施例，所述功能电路还包括设置在所述第三区域内的第一滤波电路，所述第一滤波电路的一端与所述第二整流电路连接，另一端形成所述功能电路的输出端。

根据本发明的一个实施例，所述功能电路还包括设置在所述第四区域内的预充电电路，所述预充电电路的一端形成所述功能电路的输入端，另一端与所述第一整流电路连接。

根据本发明的一个实施例，所述逆变电路包括桥式逆变电路、电压隔离电路和逆变驱动电路，其中，

所述逆变驱动电路连接在所述桥式逆变电路与控制电路之间，用于将控制电路发出的控制信号进行处理以提高所述控制信号的驱动能力，并将处理后的控制信号传输到所述桥式逆变电路；

所述电压隔离电路连接在所述桥式逆变电路与第二整流电路之间，用于实现所述桥式逆变电路的输出端与所述第二整流电路的输入端的电压隔离。

根据本发明的一个实施例，所述功能电路还包括设置在所述第三区域内的检测电路和/或第一滤波电路，其中，

所述检测电路与所述控制电路连接，其用于采集充电机运行数据，并将所述充电机运行数据传输给所述控制电路；

所述第一滤波电路连接在所述第一整流电路与逆变电路之间，用于将所述第一滤波电路输出的直流电进行滤波后传输给所述逆变电路。

根据本发明的一个实施例，所述充电机还包括设置在所述第四区域内的应急电源电路，所述应急电源电路连接在所述功能电路的输入端与控制电路之间，用于将所述输入电能转换为满足要求的直流电能来为所述控制电路提供电能。

根据本发明的一个实施例，所述应急电源电路包括：

电压变换电路，其与所述外部电源连接，用于对接收到的输入电能进行转换并输出；

第三整流电路，其与所述电压变换电路连接，用于将所述电压变换电路输出的交流电转换为满足所述控制电路要求的直流电；

开关电路，其连接在所述第三整流电路与控制电路之间，用于根据充电机的外部负载的状态导通或断开所述第三整流电路与控制电路之间的连接。

根据本发明的一个实施例，所述第一区域和第二区域的外部分别设置有第一壳体和第二壳体，所述第一壳体和第二壳体设置有通孔，其中，所述第一壳体上通孔的孔径小于所述第二壳体上通孔的孔径。

本发明所提供的充电机包括两个区域，即第一区域和第二区域。其中，第一区域内设置有控制电路，第二区域内设置有功能电路。这种结构能够有效地将充电机的强电部分和弱点进行分离，从而保证充电机的可靠性。同时，将控制部分设置在第一区域内，还能够使得在充电机故障时对电路的检修更加方便。充电机在工作的过程中，功能电路是主要的产热电路，所以将功能电路设置在第二区域内，还有利于对功能电路的散热，从而保证充电机正常工作。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是根据本发明一个实施例的充电机的连接关系图；

图2是根据本发明一个实施例的充电机的电路结构图；

图3是根据本发明一个实施例的应急电源电路的原理示意图；

图4是根据本发明一个实施例的充电机的主视图；

图5是根据本发明一个实施例的充电机的侧面剖视图；

图6是根据本发明一个实施例的顶层的俯视图；

图7是根据本发明一个实施例的中间层的俯视图；

图8是根据本发明一个实施例的底层的俯视图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。

图1示出了本实施例所提供的充电机的连接关系图。从图1中可以看出，充电机101连接在外部电源100与充电机负载102之间，以便将外部电源100提供的电能进行转换后提供给充电机负载102，从而驱动充电机负载102的运行。本实施例中，充电机负载102包括车载蓄电池102a和用电负载102b。这样，充电机101利用外部电源100提供的电能，既可以对车载蓄电池102a进行充电，也可以为用电负载102b提供满足其用电要求的电能。

图2示出了充电机101的电路结构图。

如图2所示，本实施例所提供的充电机包括功能电路201和控制电路202。功能电路201的输入端与外部电源连接，输出端与充电机负载连接，控制电路202与功能电路201的相应控制端口连接。这样，功能电路201便可以在控制电路202的控制下将外部电源提供的电能(例如380V三相交流电)转换为满足充电机负载要求的电能(例如110V直流电)。

功能电路201包括第一整流电路203、逆变电路204和第二整流电路205。第一整流电路203与外部电源连接，其用于将外部电源提供的第一交流电转换为第一直流电。逆变电路204连接在第一整流电路203与第二整流电路205之间，本实施例中，逆变电路204包括桥式逆变电路204a、逆变驱动电路204b和电压隔离电路204c。

逆变驱动电路204b连接在桥式逆变电路204a的控制端口与控制电路202之间，其用于对控制电路202发出的逆变控制进行处理，以提高逆变控制信号的驱动能力，并且将处理后的逆变控制信号传输到桥式逆变电路204a的控制端口，从而使得桥式逆变电路204a在逆变控制信号的控制下将第一整流电路203传输来的第一直流电转换为第二交流电

电压隔离电路204c连接在桥式逆变电路204a与第二整流电路205之间，其能够实现桥式逆变电路204a的输出端与第二整流电路205的收入端之间的电压隔离，从而提高整个装置的可靠性和安全性。第二整流电路205将电压隔离电路204c传输来的交流电转换为第二整流电，来为车载蓄电池或用电负载提供电能。本实施例中，电压隔离电路204c采用高频电压器来实现电压隔离。当然，在本发明的其他实施例中，电压隔离电路还可以采用其他合理的形式来实现电压隔离的效果，本发明不限于此。

如图2所示，本实施例中，功能电路201还包括预充电电路206、第一滤波电路207和第二滤波电路208。其中，预充电电路206连接在外部电源与第一整流电路之间，其用于对第一整流电路进行预充电，从而减小因电压变化而对第一整流电路造成的影响，这样有助于提高整个充电机的可靠性并延长充电机的使用寿命。

功能电路201还包括第一滤波电路207和第二滤波电路208，其中，第一滤波电路207的一端与第二整流电路205连接，另一端形成功能电路的输出端；第二滤波电路208连接在第一整流电路203与桥式逆变电路204a之间。本实施例所提供的充电机通过设置第一滤波电路207和第二滤波电路208来滤波电路中的杂波，这样便提高了输出电能的性能(例如输出电压的稳定性和准确性)。

本实施例中，充电机还包括检测电路209。检测电路209与控制电路202连接，其用于检测采集充电机运行数据，将采集到的充电机运行数据传输给控制电路。具体地，本实施例中，检测电路209采用霍尔传感器对充电机的输入电压、中间电压、输出电压、总电流、蓄电池充电电流、中间直流电流和蓄电池温度等参数进行检测，以便控制电路202根据这些参数进行相应地闭环就控制和故障保护。

检测电路209中的传感器(例如电压传感器和电流传感器等)能够检测输出电压、电流以及蓄电池电流，并将检测到的信号传输到控制电路202，从而实现输出电压啊、电流以及蓄电池充电电流的双闭环控制。同事，通过调节输出电压和蓄电池充电电流限值的给定值(该值与蓄电池的自身特性有关)，从而实现对蓄电池的充电管理。

本实施例所提供的充电机还能够通过温度传感器对蓄电池的温度进行检测，并根据检测到的蓄电池温度来设置电压环调节时的输出电压曲线(该曲线通常需要满足蓄电池厂家提供的蓄电池温度补偿曲线)，从而实现对蓄电池的温度补偿功能。该充电机能够最大限度地保护蓄电池，能够有效减少蓄电池的维护次数，从而延长蓄电池的使用寿命。

从图2中还可以看出，本实施例所提供的充电机还包括应急电源电路210，应急电源电路210连接在功能电路201的输入端与控制电路202之间，用于将外部电源提供的输入电能转换为满足要求的直流电来为控制电路202提供电能。正常情况下，控制电路202由充电机外部的110V直流电源供电；当充电机外部的110V直流电源无法正常供电时，应急电源电路210便将外部电源提供的380V交流电转换为110V直流电来为控制电路202供电，从而使得充电机能够正常启动，实现充电机的自举功能。

本实施例中，为了更好地保护控制电路202，应急电源电路在继电器K2与控制电路202的电源输入端正极之间还正接有二极管D1，同时，在110V直流电源与控制电路202的电源输入端正极之间还正接有二极管D2。

图3示出了本实施例所提供的应急电源电路210的电路结构图。

如图3所示，本实施例所提供的应急电源电路包括电压变换电路301、第三整流电路302和开关电路303。其中，电压变换电路301与用于提供380V交流电的外部电源连接，用于将外部电源提供的380V交流电进行电压变换并输出。第三整流电路302与电源变换电路301连接，用于将电源变换电路302输出的交流电转换为满足控制电路202要求的直流电。开关电路303连接在第三整理电路302与控制电路202之间，用于根据控制电路202的状态导通或断开第三整流电路与控制电路之间的连接。

本实施例中，开关电路303包括可控开关K1和继电器K2，其中，继电器K2的两个开关触点分别与第三整流的电路302的输出端正极和控制电路202的电源输入端正极连接，继电器K2的线圈正极与第三整流的电路302的输出端正极连接，负极通过可控开关K1与第三整流的电路302的输出端负极连接。

当充电机外部的110V直流电源无法正常供电时，可控开关K1闭合，继电器K2的线圈两端的电压变为110V，达到继电器的工作电压，从而使得两个开关触点导通，这样也就将第三整流电路302输出的110V直流电传输给控制电路202，以为控制电路202提供电能。

图4和图5分别示出了本实施例所提供的充电机的主视图和侧片剖视图。从图4和图5中可以看出，本实施所提供的充电机可以分为第一区域和第二区域，其中，控制电路202设置在第一区域，第二区域内设置有功能电路201。第二区域又由第一隔板分割为第三区域和第四区域。第一区域以及部分第三区域位于充电机的顶层，第四区域位于充电机的底层，剩余第三区域位于第一区域与第四区域之间的中间层。

从图4和图5中还可以看出，本实施例所提供的充电机在第一区域和第二区域的外部分别设有第一壳体和第二壳体，并且第一壳体和第二壳体上还设置有通孔，其中，第一壳体上通孔的孔径要小于第二壳体上通孔的孔径。由于第二区域内设置为功能电路201，而第一区域内设置的为控制电路202，充电机在运行时，功能电路201产生的热量要大于控制电路202。

所以通过将第二壳体上通孔的孔径设置为大于第一壳体上通孔的孔径，这样能够提高充电机的散热效率，从而保证充电机的正常工作。此外，通过将第一壳体上通孔的孔径设置为小于第二壳体上通孔的孔径，在保证控制电路壳体强度的同时，还能够使得控制电路不易积灰，从而提高整个充电机的可靠性和稳定性。

需要说明的是，在本发明的其他实施例中，第一区域、第三区域和第四区域的位置关系也可以根据实际需要而改变，本发明不限于此。

图6、图7和图8分别示出了顶层、中间层和底层的俯视图。从图6中可以看出，本实施例中，充电机的底层设置有控制电路202、第二滤波电路208和检测电路209。

从图7中可以看出，本实施例中，充电机的中间层设置有第一整流电路203、逆变电路204、第二整流电路205和第一滤波电路207。由此可知，充电机的功率器件主要集中在中间层，通过这样结构，可以集中地对中间层进行散热，这样可以提高充电机的散热效率，降低充电机的运行温度，从而保证充电机的正常运行。

从图8中可以看出，本实施例中，充电机的底层设置有预充电电路206和应急电源电路210。

从上述描述中可以能看出，本实施例所提供的充电机包括两个区域，即第一区域和第二区域。其中，第一区域内设置有控制电路，第二区域内设置有功能电路。这种结构能够有效地将充电机的强电部分和弱点进行分离，从而保证充电机的可靠性。同时，将控制部分设置在第一区域内，还能够使得在充电机故障时对电路的检修更加方便。充电机在工作的过程中，功能电路是主要的产热电路，所以将功能电路设置在第二区域内，还有利于对功能电路的散热，从而保证充电机正常工作。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

为了方便，在此使用的多个项目、结构单元、组成单元和/或材料可出现在共同列表中。然而，这些列表应解释为该列表中的每个元素分别识别为单独唯一的成员。因此，在没有反面说明的情况下，该列表中没有一个成员可仅基于它们出现在共同列表中便被解释为相同列表的任何其它成员的实际等同物。另外，在此还可以连同针对各元件的替代一起来参照本发明的各种实施例和示例。应当理解的是，这些实施例、示例和替代并不解释为彼此的等同物，而被认为是本发明的单独自主的代表。

此外，所描述的特征、结构或特性可以任何其他合适的方式结合到一个或多个实施例中然而，相关领域的技术人员将明白，本发明无需上述一个或多个具体的细节便可实现，或者也可采用其它方法、组件、材料等实现。在其它示例中，周知的结构、材料或操作并未详细示出或描述以免模糊本发明的各个方面。

虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。

Claims (10)

1.一种充电机，其特征在于，所述充电机包括第一区域和第二区域，其中，

所述第一区域内设置有控制电路，所述第二区域内设置有功能电路，所述控制电路与功能电路连接并且控制所述功能电路将接收到的输入电能转换为所需要的输出电能进行输出。

2.如权利要求1所述的充电机，其特征在于，所述第二区域包括第一隔板，所述第一隔板将所述第二区域分割为第三区域和第四区域。

3.如权利要求2所述的充电机，其特征在于，所述功能电路包括设置在所述第三区域内的第一整流电路、逆变电路和第二整流电路，其中，所述逆变电路连接在所述第一整流电路与第二整流电路之间。

4.如权利要求3所述的充电机，其特征在于，所述功能电路还包括设置在所述第三区域内的第一滤波电路，所述第一滤波电路的一端与所述第二整流电路连接，另一端形成所述功能电路的输出端。

5.如权利要求3或4所述的充电机，其特征在于，所述功能电路还包括设置在所述第四区域内的预充电电路，所述预充电电路的一端形成所述功能电路的输入端，另一端与所述第一整流电路连接。

6.如权利要求3～5中任一项所述的充电机，其特征在于，所述逆变电路包括桥式逆变电路、电压隔离电路和逆变驱动电路，其中，

所述逆变驱动电路连接在所述桥式逆变电路与控制电路之间，用于将控制电路发出的控制信号进行处理以提高所述控制信号的驱动能力，并将处理后的控制信号传输到所述桥式逆变电路；

所述电压隔离电路连接在所述桥式逆变电路与第二整流电路之间，用于实现所述桥式逆变电路的输出端与所述第二整流电路的输入端的电压隔离。

7.如权利要求3～6中任一项所述的充电机，其特征在于，所述功能电路还包括设置在所述第三区域内的检测电路和/或第一滤波电路，其中，

所述检测电路与所述控制电路连接，其用于采集充电机运行数据，并将所述充电机运行数据传输给所述控制电路；

所述第一滤波电路连接在所述第一整流电路与逆变电路之间，用于将所述第一滤波电路输出的直流电进行滤波后传输给所述逆变电路。

8.如权利要求2～7中任一项所述的充电机，其特征在于，所述充电机还包括设置在所述第四区域内的应急电源电路，所述应急电源电路连接在所述功能电路的输入端与控制电路之间，用于将所述输入电能转换为满足要求的直流电能来为所述控制电路提供电能。

9.如权利权利要求8所述的充电机，其特征在于，所述应急电源电路包括：

电压变换电路，其与所述外部电源连接，用于对接收到的输入电能进行转换并输出；

第三整流电路，其与所述电压变换电路连接，用于将所述电压变换电路输出的交流电转换为满足所述控制电路要求的直流电；

开关电路，其连接在所述第三整流电路与控制电路之间，用于根据充电机的外部负载的状态导通或断开所述第三整流电路与控制电路之间的连接。

10.如权利要求1～9中任一项所述的充电机，其特征在于，所述第一区域和第二区域的外部分别设置有第一壳体和第二壳体，所述第一壳体和第二壳体设置有通孔，其中，所述第一壳体上通孔的孔径小于所述第二壳体上通孔的孔径。