CN106972604A - 一种矿用铅酸蓄电池高频智能快充充电器 - 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器，包括总控制系统、第一控制系统、第二控制系统、第三控制系统、PWM整流器、双向DC/DC变流器、双向H桥逆变器Ⅰ、双向H桥逆变器Ⅱ和高频变压器。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器。
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器。
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器。
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器，包括总控制系统、第一控制系统、第二控制系统、第三控制系统、PWM整流器、双向DC/DC变流器、双向H桥逆变器Ⅰ、双向H桥逆变器Ⅱ和高频变压器，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。
优选地，所述PWM整流器包括输入电感L1、滤波模块、三相逆变桥和滤波支撑电容E1。
优选地，所述输入电感L1的一端接入三相电网，所述输入电感L1的另一端均接入三相逆变器桥的三相交流端连接，所述三相逆变器桥直流端连接滤波支撑电容E1。
优选地，所述滤波模块的一端分别接入三相逆变桥的三相交流端，所述滤波模块由滤波电感E2通过电容C1闭合串联。
优选地，所述双向DC/DC变流器包括绝缘栅双极型晶体管VT7、绝缘栅双极型晶体管VT8、第三电感和第二电容，所述绝缘栅双极型晶体管VT7的一端接入第一电容的一端，所述绝缘栅双极型晶体管VT7的另一端分别接入第三电感的一端和绝缘栅双极型晶体管VT8的一端，所述第三电感的另一端与绝缘栅双极型晶体管VT8的另一端之间连接第二电容。
优选地，所述双向H桥逆变器Ⅰ包括第四电感、单相逆变桥Ⅰ，所述第四电感的一端与第三电感的另一端连接，所述第四电感的另一端分别与单相逆变桥Ⅰ的正极端连接。
优选地，所述单相逆变桥Ⅰ端的负极端均与第二电容的另一端连接。
优选地，所述双向H桥逆变器Ⅱ包括单相逆变桥Ⅱ、第五电感、第三电容、接触器和蓄电池组。
优选地，所述单相逆变桥Ⅱ的正极端均与第五电感连接，所述单相逆变桥Ⅱ的正极端与第五电感之间并联有第三电容、接触器和蓄电池组。
优选地，所述三相逆变器桥由绝缘栅双极型晶体管VT1、绝缘栅双极型晶体管VT2、绝缘栅双极型晶体管VT3、绝缘栅双极型晶体管VT4、绝缘栅双极型晶体管VT5和绝缘栅双极型晶体管VT6组成；
所述单相逆变桥Ⅰ由绝缘栅双极型晶体管VT9、绝缘栅双极型晶体管VT10、绝缘栅双极型晶体管VT11和绝缘栅双极型晶体管VT12组成；所述单相逆变桥Ⅱ由绝缘栅双极型晶体管VT13、绝缘栅双极型晶体管VT14、绝缘栅双极型晶体管VT15和绝缘栅双极型晶体管VT16组成。
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是本发明的高频智能快充充电器原理图。
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所示，一种矿用铅酸蓄电池高频智能快充充电器，包括总控制系统、第一控制系统、第二控制系统、第三控制系统、PWM整流器、双向DC/DC变流器、双向H桥逆变器Ⅰ、双向H桥逆变器Ⅱ和高频变压器，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，所述PWM整流器包括第一电感组L1、第二电感组L2、三相逆变桥和第一电容E1。
进一步的，所述第一电感组L1的一端接入三相电网，所述第一电感组L1的另一端均接入三相逆变桥的三相输入端，所述三相逆变桥直流输出端连接到第一电容，所述滤波模块的一端分别接入相逆变桥的三相输入端，所述滤波模块由滤波电感E2通过电容C1闭合串联。
进一步的，所述双向DC/DC变流器包括绝缘栅双极型晶体管VT7、绝缘栅双极型晶体管VT8、第三电感L3和第二电容C2，所述VT7的一端接入第一电容的一端，所述VT7的另一端分别接入第三电感L3的一端和VT8的一端，所述第三电感L3的另一端与VT8的另一端之间连接第二电容E2,所述双向H桥逆变器Ⅰ包括第四电感L4、单相逆变桥Ⅰ，所述第四电感L4的一端与第三电感L3的另一端连接，所述第四电感L4的另一端分别与单相逆变桥Ⅰ的正极端连接,所述单相逆变桥Ⅰ端的负极端均与第二电容E2的另一端连接。
进一步的，所述双向H桥逆变器Ⅱ包括单相逆变桥Ⅱ、第五电感L5、第三电容E3、接触器J和蓄电池组V,所述单相逆变桥Ⅱ的正极端均与第五电感L5连接，所述单相逆变桥Ⅱ的正极端与第五电感L5之间并联有第三电容E3、接触器J和蓄电池组V。
进一步的，所述三相逆变器桥由绝缘栅双极型晶体管VT1、绝缘栅双极型晶体管VT2、绝缘栅双极型晶体管VT3、绝缘栅双极型晶体管VT4、绝缘栅双极型晶体管VT5和绝缘栅双极型晶体管VT6组成；所述单相逆变桥Ⅰ由绝缘栅双极型晶体管VT9、绝缘栅双极型晶体管VT10、绝缘栅双极型晶体管VT11和绝缘栅双极型晶体管VT12组成；所述单相逆变桥Ⅱ由绝缘栅双极型晶体管VT13、绝缘栅双极型晶体管VT14、绝缘栅双极型晶体管VT15和绝缘栅双极型晶体管VT16组成。
本高频智能充电器在充电状态时：通过第三控制系统的控制功能使“双向H桥逆变器Ⅰ”工作在H桥逆变器状态，即高频逆变状态，而“双向H桥逆变器Ⅱ”工作在快速整流状态；当高频智能充电器在放电状态时：通过第三控制系统的控制功能使“双向H桥逆变器Ⅰ”工作在快速整流状态，而“双向H桥逆变器Ⅱ”工作H桥逆变器状态，即高频逆变状态。
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。
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充电器，其特征在于：包括总控制系统、第一控制系统、第二控制系统、第三控制系统、PWM整流器、双向DC/DC变流器、双向H桥逆变器Ⅰ、双向H桥逆变器Ⅱ和高频变压器，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；所述双向DC/DC变流器包括两个绝缘栅双极型晶体管VT7、绝缘栅双极型晶体管VT8、第三电感和第二电容，所述绝缘栅双极型晶体管VT7的一端接入第一电容的一端，所述绝缘栅双极型晶体管VT7的另一端分别接入第三电感的一端和绝缘栅双极型晶体管VT8的一端，所述第三电感的另一端与绝缘栅双极型晶体管VT8的另一端之间连接第二电容；所述双向H桥逆变器Ⅰ包括第四电感、单相逆变桥Ⅰ，所述第四电感的一端与第三电感的另一端连接，所述第四电感的另一端分别与单相逆变桥Ⅰ的正极端连接；
所述双向H桥逆变器Ⅱ包括单相逆变桥Ⅱ、第五电感、第三电容、接触器和蓄电池组；所述单相逆变桥Ⅱ的正极端均与第五电感连接，所述单相逆变桥Ⅱ的正极端与第五电感之间并联有第三电容、接触器和蓄电池组；所述三相逆变器桥由绝缘栅双极型晶体管VT1、绝缘栅双极型晶体管VT2、绝缘栅双极型晶体管VT3、绝缘栅双极型晶体管VT4、绝缘栅双极型晶体管VT5和绝缘栅双极型晶体管VT6组成；所述单相逆变桥Ⅰ由绝缘栅双极型晶体管VT9、绝缘栅双极型晶体管VT10、绝缘栅双极型晶体管VT11和绝缘栅双极型晶体管VT12组成；所述单相逆变桥Ⅱ由绝缘栅双极型晶体管VT13、绝缘栅双极型晶体管VT14、绝缘栅双极型晶体管VT15和绝缘栅双极型晶体管VT16组成。
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充电器，其特征在于：所述PWM整流器包括输入电感L1、滤波模块、三相逆变桥和滤波支撑电容E1。
3.如权利要求2述的一种矿用铅酸蓄电池高频智能快充充电器，其特征在于：所述输入电感L1的一端接入三相电网，所述输入电感L1的另一端均接入三相逆变器桥的三相交流端连接，所述三相逆变器桥直流端连接滤波支撑电容E1。
4.如权利要求2述的一种矿用铅酸蓄电池高频智能快充充电器，其特征在于：所述滤波模块的一端分别接入三相逆变桥的三相交流端，所述滤波模块由滤波电感E2通过电容C1闭合串联。
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充电器，其特征在于：所述单相逆变桥Ⅰ端的负极端均与第二电容的另一端连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Deng Yonghong Inventor after: Chen Haiyu Inventor after: Li Yuanhong Inventor after: Zhang Quanzhu Inventor after: Ma Hongmei Inventor after: Pan Yumin Inventor after: Sun Yingjuan Inventor after: Zhao Liyong Inventor after: Huang Chengyu Inventor before: Deng Yonghong Inventor before: Zhang Wenshan Inventor before: Qian Huifa |