CN106849294A - 一种矿用铅酸蓄电池高频智能快充充电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及出充电器领域，尤其是一种矿用铅酸蓄电池高频智能快充充电方法，其充电方法为：PWM整流器；双向DC/DC变流器；双向H桥逆变器Ⅰ；高频变压器；双向H桥逆变器Ⅱ；蓄电池组。本发明有益效果：运用高频、全数字化技术，实现充电放电功能，充放电相结合能更加有效的实现各种充电方法，实现对铅酸蓄电池的快充快放，自动兼顾AC380/660V两种输入电压等级，能给所有规格的蓄电池智能化充电，延长了蓄电池的使用寿命和使用效率，具有的放电功能，避免了能源的浪费，实现节能环保，提高了整个产品的隔爆性能和使用安全性能，同时具有很强的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及出充电器领域，尤其是一种矿用铅酸蓄电池高频智能快充充电方法。
背景技术
在煤矿给铅酸蓄电池充电，需要根据铅酸蓄电池的电压等级、容量、电池本身状况（新旧程度），采取不同的充电方式；还需要提高煤矿铅酸蓄电池的使用寿命，提高煤矿充电作业效率以及采用快充技术。根据煤矿的实际应用背景，概括来说，矿用铅酸蓄电池高频智能充电器应该具有如下要求：(1)充电器的容量应不低于55kW，最大充电电流为120A，且0-120A连续可调输出；(2)要能给所有规格的蓄电池组充电，智能充电器输出的充电电压应该能够在DC 0V～DC550V之间连续可调节；(3)充电器要自动适应AC380V/AC660两种输入电压；(4)考虑到铅酸蓄电池组充电方式的要求，充电器既能恒压又能实现多段式恒流充电，既能自动又能手动充电。手动充电时，充电方式可选择，充电曲线可设定；自动充电时，自适应不能的铅酸蓄电组自动选择充电方式；（6）自动适应井下供电网电压波动的适应能力；（7）充电器具有快充和快放电功能；（8）充电器运行可靠，设备体积小，质量轻，便于移动,运输和维修。
目前煤矿井下充电器有二种充电方式。第一种充电方案，输入工频变压器加晶闸管相控调压充电器方案如图1所示，是一种典型的交-直（AC/DC）电压变换方式。该系统存在的突出问题是：第一、充电电压脉动较大，损伤蓄电池；第二、体积大和重量重，加隔爆外壳质量重（750 kg以上）；第三、充电模式粗犷、不能完全实现智能充电，容易导致充电电流过大、蓄电池过热严重、极板老化变形等，致使蓄电池的寿命大为缩短；第四、不能实现充电电流与蓄电池电压自适应的充电工况；第五、不能实现给蓄电池放电以及快充电技术；第6、不能自动适应AC380V/AC660两种输入电压，靠改变电源输入变压器原边绕组的接线方式来适应的。
第二种充电方法，如图2和图3所示，采用的是不可控整流——H桥逆变器——高频变压器——快速整流的铅酸蓄蓄电池高频智能充电系统或者不可控整流——斩波——H桥逆变器——高频变压器——快速整流的铅酸蓄电池高频智能充电系统，该系统存在的突出问题是：第一、智能充电器自动适应AC380/660V电压等级与智能充电器输出的充电电压应该能够在DC 0V～DC550V之间连续可调节不能兼顾；第二、当供电电网波动比较大的时候，输出充电电压在DC 0V～DC550V之间难以连续可调；第三、不能实现给蓄电池快速放电；第四、难以实现快速充电；因此研究矿用铅酸蓄电池高频智能快充充电器是非常有意义的期待。
因此，对于上述问题有必要提出一种矿用铅酸蓄电池高频智能快充充电方法。
发明内容
本发明目的是克服了现有技术中的不足，提供了一种矿用铅酸蓄电池高频智能快充充电方法。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现：
一种矿用铅酸蓄电池高频智能快充充电方法,其充电方法为： PWM整流器；双向DC/DC变流器；双向H桥逆变器Ⅰ；高频变压器；双向H桥逆变器Ⅱ；蓄电池组。
优选地，系统处于充电运行时，电流从电网流向蓄电池组：电网到PWM整流器；双向DC/DC变流器；双向H桥逆变器Ⅰ；高频变压器；双向H桥逆变器Ⅱ；蓄电池组。
优选地，系统处于放电运行时，电流从蓄电池组流向电网：蓄电池组；双向H桥逆变器Ⅰ；高频变压器；双向H桥逆变器Ⅱ；双向DC/DC变流器；PWM整流器到电网。
优选地，所述PWM整流器，在充电时工作在整流工况，可输出稳定的直流电压，能够适应波动范围较大的输入电源；在放电时工作在逆变工况，蓄电池能量能快速回馈电网。
优选地，充电状态时，PWM整流器输出稳定的直流电压，双向DC/DC变流器双向H桥逆变器Ⅰ块协调运行，通过控制双向DC/DC变流器的占空比和双向H桥逆变器Ⅰ的移相角，经过高频变压器的隔离以及双向H桥逆变器Ⅱ，实现输出DC0-550V的连续可调电压，实现给所有规格的矿用铅酸蓄电池充电。
优选地，放电状态时，蓄电池能量经过双向H桥逆变器Ⅱ，隔离变压器，双向H桥逆变器Ⅰ，双向DC/DC变流器，PWM整流器快速回馈电网，控制双向DC/DC变流器和双向H桥逆变器Ⅱ的协调控制，使双向DC/DC变流器输出稳定的直流电压，经过PWM整流器回馈电网，实现快速放电。充电时铅酸蓄电池可接受的较大充电电流来充电，并以一定频率对蓄电池停止充电同时快速释放一定量的极化电压提高蓄电池可以接受的充电电流。
优选地，所述电网电压为AC380V或AC660V。
优选地，还包括总控制系统、第一控制系统、第二控制系统和第三控制系统，所述总控制系统通过现场总线分别与第一控制系统、第二控制系统和第三控制系统互相连接，所述第一控制系统与PWM整流器相连，所述第二控制系统与双向DC/DC变流器相连，所述第三控制系统分别与双向H桥逆变器Ⅰ和双向H桥逆变器Ⅱ相连，所述双向H桥逆变器Ⅰ通过高频变压器与双向H桥逆变器Ⅱ相连；总控制系统与其它控制系统协调控制，作为人机界面，操作充电器并显示充电器的各种状态信息。
优选地，所述第一控制系统控制PWM整流器，完成整流稳压工作和能量回馈的工作，根据输入电压等级和整流直流电压的值，自动执行整流和回馈工作，并将工作状态发送其他控制系统，同时接收其它控制系统的信息；所述第二控制系统控制双向DC/DC变流器工作，基于充电放电指令，根据输入电压等级，PWM整流器的输出直流电压值，执行其控制算法，实现输出稳定的直流电压值。并将工作状态发送其他控制系统，同时接收其它控制系统的信息。
优选地，所述第三控制系统控制双向H桥逆变器Ⅰ和双向H桥逆变器Ⅱ；
充电中，双向H桥逆变器Ⅰ工作在高频逆变工况，而双向H桥逆变器Ⅱ工作在快速整流工况，对双向H桥逆变器Ⅰ块采用移相控制算法，依据铅酸蓄电池的电压等级、输入电压，结合双向DC/DC变流器输出的稳定直流电压值，调节移相角，实现恒流充电；在放电中，双向H桥逆变器Ⅱ工作在高频逆变工况，双向H桥逆变器Ⅰ工作在快速整流工况，对双向H桥逆变器Ⅱ采用移相控制算法，结合双向DC/DC变流器，调节移相角，往电网回馈蓄电池的电能，并将工作状态发送其他控制系统，同时接收其它控制系统的信息。
本发明有益效果：运用高频、全数字化技术，实现充电放电功能，充放电相结合能更加有效的实现各种充电方法，实现对铅酸蓄电池的快充快放，自动兼顾AC380/660V两种输入电压等级，能给所有规格的蓄电池智能化充电，延长了蓄电池的使用寿命和使用效率，具有的放电功能，避免了能源的浪费，实现节能环保，提高了整个产品的隔爆性能和使用安全性能，同时具有很强的实用性。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是现有技术晶闸管相控整流器智能充电器电气原理框图；
图2和图3现有技术的高频智能充电器电气原理框图；
图4是本发明的方法流程图；
图5是本发明的充电时状态流程图；
图6是本发明的放电时状态流程图；
图7是本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图4并结合图5至图7所示，一种矿用铅酸蓄电池高频智能快充充电方法,其充电方法为： PWM整流器；双向DC/DC变流器；双向H桥逆变器Ⅰ；高频变压器；双向H桥逆变器Ⅱ；蓄电池组。
进一步的，系统处于充电运行时，电流从电网流向蓄电池组：电网到PWM整流器；双向DC/DC变流器；双向H桥逆变器Ⅰ；高频变压器；双向H桥逆变器Ⅱ；蓄电池组。
进一步的，系统处于放电运行时，电流从蓄电池组流向电网：蓄电池组；双向H桥逆变器Ⅱ；高频变压器；双向H桥逆变器Ⅰ；双向DC/DC变流器；PWM整流器到电网。
进一步的，所述PWM整流器，在充电时工作在整流工况，可输出稳定的直流电压，能够适应波动范围较大的输入电源；在放电时工作在逆变工况，蓄电池能量能快速回馈电网。
实施案例一，充电状态时，PWM整流器输出稳定的直流电压，双向DC/DC变流器与双向H桥逆变器Ⅰ协调运行，通过控制双向DC/DC变流器的占空比和双向H桥逆变器Ⅰ的移相角，经过高频变压器的隔离以及双向H桥逆变器Ⅱ的快速整流，实现输出DC0-550V的连续可调电压，实现给所有规格的矿用铅酸蓄电池充电。
实施案例二，放电状态时，蓄电池能量经过双向H桥逆变器Ⅱ，隔离变压器，双向H桥逆变器Ⅰ，双向DC/DC变流器，PWM整流器快速回馈电网，通过控制双向DC/DC变流器和双向H桥逆变器Ⅱ的协调控制，使双向DC/DC变流器输出稳定的直流电压，经过PWM整流器回馈电网，实现快速放电，所述电网电压为AC380V或AC660V。
实施案例三，进一步的，还包括总控制系统、第一控制系统、第二控制系统和第三控制系统，所述总控制系统通过现场总线分别与第一控制系统、第二控制系统和第三控制系统互相连接，所述第一控制系统与PWM整流器相连，所述第二控制系统与双向DC/DC变流器相连，所述第三控制系统分别与双向H桥逆变器Ⅰ和双向H桥逆变器Ⅱ相连，所述双向H桥逆变器Ⅰ通过高频变压器与双向H桥逆变器Ⅱ相连。
各控制系统通过数据交换，合理控制充电放电，可以有效实现不同的充电方法、充电曲线，尤其是在充电的过程中，快速释放蓄电池的极化电压，从而实现快速充电，不会损害电池的质量，还提高了蓄电池的寿命。
实施案例四，所述第一控制系统控制PWM整流器，完成整流稳压工作和能量回馈的工作，根据输入电压等级和整流直流电压的值，自动执行整流和回馈工作，并将工作状态发送其他控制系统，同时接收其它控制系统的信息；所述第二控制系统控制双向DC/DC变流器工作，基于充电放电指令，根据输入电压等级，PWM整流器的输出直流电压值，执行其控制算法，实现输出稳定的直流电压值。并将工作状态发送其他控制系统，同时接收其它控制系统的信息。
第三控制系统控制双向H桥逆变器Ⅰ和双向H桥逆变器Ⅱ；充电中，双向H桥逆变器Ⅰ工作在高频逆变工况，而双向H桥逆变器Ⅱ工作在快速整流工况，对双向H桥逆变器Ⅰ采用移相控制算法，依据铅酸蓄电池的电压等级、输入电压，结合双向DC/DC变流器输出的稳定直流电压值，调节移相角，实现恒流充电；在放电中，双向H桥逆变器Ⅱ工作高频逆变工况，双向H桥逆变器Ⅰ工作在快速整流工况，对双向H桥逆变器Ⅱ采用移相控制算法，结合双向DC/DC变流器，调节移相角，往电网回馈蓄电池的电能，并将工作状态发送其他控制系统，同时接收其它控制系统的信息。
实施案例五：煤矿井下的机电运输车等大型煤矿运输设备所需要的动力来源一般都是铅酸蓄电池组，由多个单节蓄电池相串联再并联而组成。铅酸蓄电池组的容量从200Ah—1000Ah，串联后的电压规格为DC48V，60V，88V，90V，96V，110V，120V，132V，140V，144V，192V，550V等，这就导致铅酸蓄电池种类多，电压等级、容量、使用状况各不相同，还需要充电速度快，也需要放电以及还需要兼顾地面和井下都能使用，自适应输入电源，故充电的难度体现在以下几点：
（1）需要自适应供电电源AC380V/AC660这两种电源，以及能够连续输出DC0-550V的充电电压，解决的方法是：PWM整流器稳压输出，协调控制调节双向DC/DC的占空比和双向H桥逆变器Ⅰ的移相角，即自动适应两种供电电源AC380V/AC660V，同时能给所有规格的铅酸蓄电池充电；
（2）根据铅酸蓄电池的维护保养初充等要求，需要给铅酸蓄电池放电，尤其是井下，采用电阻放电，增加了隔爆壳的体积，同时隔爆性能、安全性能难以保证，解决的方法是，采用本发明的主电路拓扑结构，能量双向流动，将铅酸蓄电池组的电量快速回馈电网，节能环保；
（3）提高充电效率，提高铅酸蓄电池的使用寿命，按现有的方法，主要是采用大电流充电来提高充电效率，这样容易损坏铅酸蓄电池，解决的办法是采用本发明的主电路拓扑结构，能量双向流动，采用变电流瞬间放电充电的方法，即采用铅酸蓄电池可接受的较大充电电流来充电，并以一定频率对蓄电池停止充电同时快速释放一定量的极化电压提高蓄电池可以接受的充电电流，即瞬间反向放电，从而大大缩短充电时间。本发明采用的回馈放电的方法，速度快，效率高。采用这种充电瞬间放电相结合的充电方法，能够长时间大电流充电而不会产生副作用，在较短的时间充进足够多的电量，缩短充电时间，提高效率，还不损坏铅酸蓄电池，间接提高了铅酸蓄电池的使用寿命。
（4）煤矿充电操作复杂，解决的办法是：智能化充电，采用DSP控制技术，自适应所有规格的铅酸蓄电池，自动检测蓄电池的状态，一键完成充电。
本发明有益效果：运用高频、全数字化技术，实现充电放电功能，充放电相结合能更加有效的实现各种充电方法，实现对铅酸蓄电池的快充快放，自动兼顾AC380/660V两种输入电压等级，能给所有规格的蓄电池智能化充电，延长了蓄电池的使用寿命和使用效率，具有的放电功能，避免了能源的浪费，实现节能环保，提高了整个产品的隔爆性能和使用安全性能，同时具有很强的实用性。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (5)
1.一种矿用铅酸蓄电池高频智能快充的充放电方法,其特征在于：其方法为：
充电状态时，电流从电网流向PWM整流器，PWM整流器输出稳定的直流电压，双向DC/DC变流器和双向H桥逆变器Ⅰ协调运行，通过控制双向DC/DC变流器的占空比和双向H桥逆变器Ⅰ的移相角，经过高频变压器的隔离以及双向H桥逆变器Ⅰ快速整流输出，双向H桥逆变器Ⅰ和双向H桥逆变器Ⅱ实现输出DC0-550V的连续可调电压，实现给所有规格的矿用铅酸蓄电池充电；
放电状态时，蓄电池能量经过双向H桥逆变器Ⅱ的高频逆变，隔离变压器，双向H桥逆变器Ⅰ快速整流，双向DC/DC变流器，PWM整流器快速回馈电网，控制双向DC/DC变流器和双向H桥逆变器Ⅱ的协调控制，使双向DC/DC变流器输出稳定的直流电压，经过PWM整流器回馈电网，实现快速放电；
其还包括总控制系统、第一控制系统、第二控制系统和第三控制系统，所述总控制系统通过现场总线分别与第一控制系统、第二控制系统和第三控制系统互相连接，所述第一控制系统与PWM整流器相连，所述第二控制系统与双向DC/DC变流器相连，所述第三控制系统分别与双向H桥逆变器Ⅰ和双向H桥逆变器Ⅱ相连，所述双向H桥逆变器Ⅰ通过高频变压器与双向H桥逆变器Ⅱ相连，总控制系统与其它控制系统协调控制，作为人机界面，操作充电器并显示充电器的各种状态信息；
所述第一控制系统控制PWM整流器，完成整流稳压工作和能量回馈的工作，根据输入电压等级和整流直流电压的值，自动执行整流和回馈工作，并将工作状态发送其他控制系统，同时接收其它控制系统的信息；所述第二控制系统控制双向DC/DC变流器工作，基于充电放电指令，根据输入电压等级，PWM整流器的输出直流电压值，执行其控制算法，实现输出稳定的直流电压值，并将工作状态发送其他控制系统，同时接收其它控制系统的信息；
所述第三控制系统控制双向H桥逆变器Ⅰ和双向H桥逆变器Ⅱ；
充电中，双向H桥逆变器Ⅰ工作在高频逆变工况，而双向H桥逆变器Ⅱ工作在快速整流工况，对双向H桥逆变器Ⅰ采用移相控制算法，依据铅酸蓄电池的电压等级、输入电压，结合双向DC/DC变流器输出的稳定直流电压值，调节移相角，实现恒流充电；
在放电中，双向H桥逆变器Ⅱ工作高频逆变工况，双向H桥逆变器Ⅰ工作在快速整流工况，对双向H桥逆变器Ⅱ采用移相控制算法，结合双向DC/DC变流器，调节移相角，往电网回馈蓄电池的电能，并将工作状态发送其他控制系统，同时接收其它控制系统的信息。
2.如权利要求1所述的一种矿用铅酸蓄电池高频智能快充的充放电方法,其特征在于：系统处于充电运行时，电流从电网到蓄电池组：（1）电网；（2）双向DC/DC变流器；（3）双向H桥逆变器Ⅰ；（4）高频变压器；（5）双向H桥逆变器Ⅰ；（6）蓄电池组。
3.如权利要求1所述的一种矿用铅酸蓄电池高频智能快充的充放电方法,其特征在于：系统处于放电运行时，电流从蓄电池组流向电网：（1）蓄电池组；（2）双向H桥逆变器Ⅱ；（3）高频变压器；（4）双向H桥逆变器Ⅰ；（5）双向DC/DC变流器；（6）PWM整流器到电网。
4.如权利要求1所述的一种矿用铅酸蓄电池高频智能快充的充放电方法,其特征在于：所述PWM整流器在充电时工作在整流工况，可输出稳定的直流电压，能够适应波动范围较大的输入电源；在放电时工作在逆变工况，蓄电池能量能快速回馈电网。
5.如权利要求1所述的一种矿用铅酸蓄电池高频智能快充的充放电方法,其特征在于：所述电网电压为AC380V或AC660V。
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