CN113241832A - 一种plc编程控制的高频脉冲直流振荡充电系统 - Google Patents

Abstract

一种PLC编程控制的高频脉冲直流振荡充电系统。它设置有高频脉冲控制输出模块、三相变压器、高频脉冲充电模块；三相变压器包括输入线圈、输出线圈；所述高频脉冲控制输出模块包括PS开关电源、PLC可编程控制器、脉冲升压变压器；所述高频脉冲直流充电模块包括两个脉冲直流振荡充电电路，单个所述脉冲直流振荡充电电路分别串接有一个三相变压器输出线圈、及一个充电电池组、及一个可控硅，且并联有一个第二脉冲直流控制电流；所述可控硅包括阳极、阴极、控制极。该充电系统采用PLC高频脉冲输出，并通过同步控制电路和可控硅，在充电电路制造间歇性高频高压脉冲振荡直流给电池组充电，从而大大提高电池充电电流接受率且能实现快速充电。

Description

一种PLC编程控制的高频脉冲直流振荡充电系统

技术领域

本发明涉及电气自动化技术领域，特别地涉及一种采用PLC高频脉冲输出电压并通过同步控制电路和可控硅、制造间歇性、锯齿状高频高压脉冲振荡直流给电池组充电、从而大大提高电池充电电流接受率且能实现快速充电的充电装置。

背景技术

电动车是目前广泛推行、节能环保的绿色出行交通工具，电动车配套的充电装置，一次充电经常需要7-8小时；充电时普遍采用 “安培小时规则”，充电电流安培数，不应超过待充电蓄电池的安时数，即不超过蓄电池存贮电量的能力。

充电方式有恒电流充电法、恒电压充电法、阶段充电法，目前，这三种充电方法都存在一定的不足：

1、恒电流充电法是通过调整充电装置输出电压或改变与蓄电池串联电阻的方式，从而保持充电电流强度不变的充电方法，其控制方法简单，但由于电池的可接受电流能力随着充电过程的进行而逐渐下降，到充电后期，充电电流多用于电解水，从而产生气体，使出气过甚，从而不能实现高效充电；

2、阶段充电法为采用恒电流和恒电压相结合的快速充电方法，首先，第一阶段以恒电流充电至预定的电压值，然后改为恒电压，进行第二阶段恒电压充电，一般两阶段之间的转换电压就是第二阶段的恒电压，当电流衰减到预定值时，由第二阶段转换到第三阶段，进行恒电流充电，这种方法可以将出气量减到最少，但该方法过程复杂且不易控制，不适用于快速充电；

3、恒电压充电法，充电电源的电压在全部充电时间里保持恒定的数值，随着蓄电池端电压的逐渐升高，电流逐渐减少，与恒电流充电法相比，其充电过程更接近于最佳充电曲线，用恒定电压快速充电，由于充电初期蓄电池电动势较低，充电电流很大，随着充电的进行，电流将逐渐减少，因此，只需简易控制系统，这种充电方法电解水很少，避免了蓄电池过充，但在充电初期电流过大，对蓄电池寿命造成很大影响，且容易使蓄电池极板弯曲，造成电池报废，鉴于这种缺点，恒压充电很少使用，只有在充电电源电压低而电流大时采用，例如，汽车运行过程中，蓄电池就是以恒压充电法充电。

发明内容

本发明的目的是针对现有电池充电方法的不足，提供一种PLC编程控制的间歇性、锯齿状高频脉冲直流振荡充电系统，该充电系统采用PLC编程控制器产生高频脉冲输出信号电流，并通过同步控制电路和可控硅，制造高频高压脉冲直流振荡电流给电池组充电，从而大大提高电池充电电流接受率且能实现快速充电。

为了解决上述现有技术问题,本发明的技术方案是:

本发明一种PLC编程控制的高频脉冲直流振荡充电系统，所述充电系统设置有高频脉冲控制输出模块、及用于交流升压的三相变压器、及高频脉冲充电模块；

所述三相变压器包括输入线圈、及两个输出线圈，所述三相变压器的输入线圈与380V交流输入电源电连接并形成电流回路；

所述高频脉冲控制输出模块包括PS开关电源、PLC可编程控制器、脉冲升压变压器，所述PS开关电源的输入端与220V交流输入电源电连接并形成电流回路，所述PS开关电源至少设置有整流器，用于输出24V直流电给PLC可编程控制器供电，所述PLC可编程控制器的电源输入端口与所述PS开关电源的输出端口电连接，220V交流电通过所述PS开关电源整流并输出24V直流电，然后输入PLC可编程控制器，所述PLC可编程控制器用于产生高频脉冲直流信号电流并具有两个高频脉冲直流信号电流输出接线端，所述PLC可编程控制器包括脉冲电流幅值设置、PWM信号频率设置、PWM占空比设置，所述充电系统通过PLC可编程控制器进行脉冲电流幅值设置、PWM信号频率设置、PWM占空比设置，输出两组初级脉冲直流信号电流，所述初级脉冲直流信号电流为20000赫兹、0~5V脉冲直流电，所述PLC可编程控制器的输出端与脉冲升压变压器输入线圈电连接，所述初级脉冲直流信号电流为脉冲升压变压器的输入电流，所述两组初级脉冲直流信号电流经脉冲升压变压器放大生成两组第二脉冲直流控制电流，所述第二脉冲直流控制电流为20000赫兹、0~30V脉冲直流电，所述脉冲升压变压器输出线圈正、负极分别与可控硅的G控制极和K阴极电连接构成同步控制电路，所述同步控制电路有控制接口与可控硅G极电连接，所述第二脉冲直流控制电压通过同步控制电路的控制接口接入可控硅G极，从而控制充电电路产生20000赫兹、0~1000V间歇性、锯齿状高频高压脉冲直流震荡充电电流；

所述高频脉冲直流充电模块包括两个脉冲直流振荡充电电路，单个所述脉冲直流振荡充电电路分别串接有一个三相变压器输出线圈、及一个充电电池组、及一个可控硅，且单个所述脉冲直流振荡充电电路还并联有一个第二脉冲直流控制电流，所述充电系统通过三相变压器和可控硅和第二脉冲直流控制电流，输出20000赫兹、0~1000V间歇性、尖脉冲直流充电电流；

所述可控硅包括A阳极、K阴极、G控制极，所述可控硅的A阳极、K阴极串联进脉冲直流振荡充电电路，所述可控硅G极与同步控制电路控制接口电连接，所述PLC可编程控制器用于产生输出0~5V高频脉冲信号电流，并与脉冲升压变压器输入线圈电连接；所述脉冲升压变压器其输入线圈与PLC可编程控制器电连接，其输出线圈正极与可控硅G控制极电连接、负极与可控硅K阴极电连接构成同步控制电路，用于将PLC可编程控制器输入的0~5V高频脉冲信号电流放大，给可控硅G控制极和K阴极之间输出0~30V高频脉冲同步控制电压，所述同步控制电路包括控制接口，所述可控硅的控制极与同步控制电路控制接口电连接，所述充电电路包括所述PLC可编程控制器输出0~5V高频脉冲信号电压，经过升压变压器放大，在同步控制电路中形成0~30V高频脉冲控制电压，并经同步控制电路控制接口与可控硅G控制极电连接，通过给可控硅的G控制极输入0~30V高频控制电压控制可控硅的通断，并在充电电路中生成20000赫兹、0~1000V间歇性、锯齿状尖脉冲直流震荡充电电流，可控硅的A阳极或G控制极为正电压时，高频高压脉冲直流振荡充电电路和同步控制电路处于导通状态，可控硅的A阳极或G控制极为负电压时，高频高压脉冲直流振荡充电电路和同步控制电路处于断开状态，同步控制电路给可控硅G极输入电压为0V时，高频高压脉冲直流振荡充电电路和同步控制电路都处于断开状态，当同步控制电路输出给G控制极的电压从0V开始升高，高频高压脉冲直流振荡充电电路的电压也随之同比升高，当同步控制电路输出给G极的电压升高到30V时，高频高压脉冲直流振荡充电电路的电压也随之同比升高到1000V，反之，当同步控制电路输出给G极的电压从30V开始下降，高频高压脉冲直流振荡充电电路的电压也随之从1000V同比下降，当同步控制电路输出给G极的电压下降到0V时，高频高压脉冲直流振荡充电电路电压也随之同比下降到0V，同步控制电路给可控硅G极输入电压为负值时，高频高压脉冲直流振荡充电电路和同步控制电路都处于断开状态，由于可控硅具有单向导电性，随着同步控制电路给可控硅G极输出高频脉冲控制电压的规律性重复变化，高频高压脉冲直流振荡充电电路产生20000赫兹、0~1000V间歇性、锯齿状尖脉冲直流震荡充电电流，不断循环给电池组充电，使蓄电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉，使浓差极化和欧姆极化自然而然地得到消除，从而减轻了蓄电池的内压，使下一轮的高频高压直流脉冲电流充电能够更加顺利地进行，使蓄电池可以吸收更多的电量。

进一步，所述下降沿为脉冲直流电流从最大值降到零的脉冲段；

进一步，所述PLC可编程控制器包括但不局限为：型号6ES7151-1BA02-0AB0、接口模块IM 151-1。

本发明一种PLC编程控制的高频脉冲直流振荡充电系统,其有益效果有：

1、该充电法遵循蓄电池固有的充电接受率，同时能够提高电动汽车蓄电池充电接受率，打破了蓄电池指数充电接受曲线的限制，采用不断循环的间歇性高频、变压脉冲直流对电池充电，使蓄电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉，进而使浓差极化和欧姆极化得到消除，从而减轻了蓄电池的内压，使下一轮的高频、高压直流脉冲电流充电能够更加顺利地进行，使蓄电池可以吸收更多的电量，由于充电时采用间歇脉冲方式，使得蓄电池有较充分的反应时间，减少了析气量，提高了蓄电池的充电电流接受率；

2、该高频、高压直流脉冲式充电法的电路控制中，脉冲电流幅值和PWM信号的频率、PWM占空比均可调节，同时运用间歇停充阶段，能够在较短的时间内充进更多的电量，实现快速充电，并提高蓄电池的充电接受能力；

3、采用不断循环的间歇性高频、变压脉冲直流振荡充电，能大幅加快充电速度、消除锂枝晶，同时促进形成Li4.Si4矩阵结构，大幅提高充电量。

附图说明

图 1， 为本发明一种PLC编程控制的高频脉冲直流振荡充电系统的电路结构图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

实施例：

如图1，本发明一种PLC编程控制的高频脉冲直流振荡充电系统，所述充电系统设置有高频脉冲控制输出模块、及用于交流升压的三相变压器T4、及高频脉冲充电模块；

所述三相变压器T4包括输入线圈、及两个输出线圈，所述三相变压器的输入线圈与 380V交流输入电源电连接并形成电流回路；

所述高频脉冲控制输出模块包括PS开关电源V5、可编程控制器PLC、脉冲升压变压器T1，所述PS开关电源的输入端与220V交流输入电源电连接并形成电流回路，所述PS开关电源至少设置有整流器，输出24V直流电给PLC可编程控制器供电，所述PLC可编程控制器的电源输入端口与所述PS开关电源的输出端口电连接，220V交流电通过所述PS开关电源整流并输出24V直流电，然后输入PLC可编程控制器，所述PLC可编程控制器用于产生高频脉冲直流信号电流，并具有两个高频脉冲直流信号电流输出接线端Q0.0、Q0.1，所述PLC可编程控制器包括脉冲电流幅值设置、PWM信号频率设置、PWM占空比设置，所述充电系统通过PLC可编程控制器进行脉冲电流幅值设置、PWM信号频率设置、PWM占空比设置，输出两组初级脉冲直流信号电流，所述初级脉冲直流信号电流为20000赫兹、0~5V脉冲直流电，所述初级脉冲直流信号电流为脉冲升压变压器的输入电流，所述两组初级脉冲直流信号电流经脉冲升压变压器放大生成两组第二脉冲直流控制电流，所述第二脉冲直流控制电流为20000赫兹、0~30V脉冲直流电；

所述高频脉冲充电模块包括两个脉冲直流振荡充电电路，单个所述脉冲直流振荡充电电路分别串接有一个三相变压器输出线圈、及一个充电电池组、及一个可控硅V1或V6，且单个所述脉冲直流振荡充电电路还并联有一个第二脉冲直流控制电流，所述充电系统通过三相变压器和可控硅和第二脉冲直流控制电流，输出20000赫兹、0~1000V间歇性、锯齿状尖脉冲直流震荡充电电流；

所述可控硅V1或V6分别包括A阳极、K阴极、G控制极，所述可控硅的A阳极、K阴极串联进脉冲直流振荡充电电路，所述可控硅G极与同步控制电路控制接口电连接，所述PLC可编程控制器用于产生输出0~5V高频脉冲信号电流，并与脉冲升压变压器输入线圈电连接；所述脉冲升压变压器其输入线圈与PLC可编程控制器电连接，其输出线圈正极与可控硅G控制极电连接、负极与可控硅K阴极电连接构成同步控制电路，用于将PLC可编程控制器输入的0~5V高频脉冲信号电流放大，给可控硅G控制极和K阴极之间输出0~30V高频脉冲同步控制电压，所述同步控制电路包括控制接口，所述可控硅的控制极与同步控制电路控制接口电连接，所述充电电路包括所述PLC可编程控制器输出0~5V高频脉冲信号电压，经过升压变压器放大，在同步控制电路中形成0~30V高频脉冲控制电压，并经同步控制电路控制接口与可控硅G控制极电连接，通过给可控硅的G控制极输入0~30V高频控制电压控制可控硅的通断，并在充电电路中生成20000赫兹、0~1000V间歇性、锯齿状尖脉冲直流震荡充电电流，可控硅的A阳极或G控制极为正电压时，高频高压脉冲直流振荡充电电路和同步控制电路处于导通状态，可控硅的A阳极或G控制极为负电压时，高频高压脉冲直流振荡充电电路和同步控制电路处于断开状态，同步控制电路给可控硅G极输入电压为0V时，高频高压脉冲直流振荡充电电路和同步控制电路都处于断开状态，当同步控制电路输出给G控制极的电压从0V开始升高，高频高压脉冲直流振荡充电电路的电压也随之同比升高，当同步控制电路输出给G极的电压升高到30V时，高频高压脉冲直流振荡充电电路的电压也随之同比升高到1000V，反之，当同步控制电路输出给G极的电压从30V开始下降，高频高压脉冲直流振荡充电电路的电压也随之从1000V同比下降，当同步控制电路输出给G极的电压下降到0V时，高频高压脉冲直流振荡充电电路电压也随之同比下降到0V，同步控制电路给可控硅G极输入电压为负值时，高频高压脉冲直流振荡充电电路和同步控制电路都处于断开状态，由于可控硅具有单向导电性，随着同步控制电路给可控硅G极输出高频脉冲控制电压的规律性重复变化，高频高压脉冲直流振荡充电电路产生20000赫兹、0~1000V间歇性、锯齿状尖脉冲直流震荡充电电流，不断循环给电池组充电，使蓄电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉，使浓差极化和欧姆极化自然而然地得到消除，从而减轻了蓄电池的内压，使下一轮的高频高压直流脉冲电流充电能够更加顺利地进行，使蓄电池可以吸收更多的电量。

所述PLC可编程控制器的型号为6ES7151-1BA02-0AB0、接口模块为IM 151-1。

以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作一般技术手段的增减或替换，皆应仍属本发明涵盖范围内。

Claims (4)

1.一种PLC编程控制的高频脉冲直流振荡充电系统，其特征在于：

所述充电系统设置有高频脉冲控制输出模块、及用于交流升压的三相变压器、及高频脉冲充电模块；

所述三相变压器包括输入线圈、及两个输出线圈，所述三相变压器的输入线圈与 380V交流输入电源电连接并形成电流回路；

所述高频脉冲控制输出模块包括PS开关电源、PLC可编程控制器、脉冲升压变压器，所述PS开关电源的输入端与220V交流输入电源电连接并形成电流回路，所述PS开关电源至少设置有整流器，用于输出24V直流电给PLC可编程控制器供电，所述PLC可编程控制器的电源输入端口与所述PS开关电源的输出端口电连接，220V交流电通过所述PS开关电源整流并输出24V直流电，然后输入PLC可编程控制器，所述PLC可编程控制器用于产生高频脉冲直流信号电流并具有两个高频脉冲直流信号电流输出接线端，所述PLC可编程控制器包括脉冲电流幅值设置、PWM信号频率设置、PWM占空比设置，所述充电系统通过PLC可编程控制器进行脉冲电流幅值设置、PWM信号频率设置、PWM占空比设置，输出两组初级脉冲直流信号电流，所述初级脉冲直流信号电流为20000赫兹、0~5V脉冲直流电，所述脉冲升压变压器设置于PLC可编程控制器的输出端，所述初级脉冲直流信号电流为脉冲升压变压器的输入电流，所述两组初级脉冲直流信号电流经脉冲升压变压器放大生成两组第二脉冲直流控制电流，所述第二脉冲直流控制电流为20000赫兹、0~30V脉冲直流电；

所述高频脉冲直流充电模块包括两个脉冲直流振荡充电电路，单个所述脉冲直流振荡充电电路分别串接有一个三相变压器输出线圈、及一个充电电池组、及一个可控硅，且单个所述脉冲直流振荡充电电路还并联有一个第二脉冲直流控制电流，所述充电系统通过三相变压器和可控硅和第二脉冲直流控制电流，输出20000赫兹、0~1000V间歇性、锯齿状尖脉冲直流震荡充电电流；

所述可控硅包括A阳极、K阴极、G控制极，所述可控硅的A阳极、K阴极串联进脉冲直流振荡充电电路，所述高频脉冲控制输出模块还包括同步控制电路，所述同步控制电路包括控制接口，所述可控硅G极与同步控制电路控制接口电连接，所述PLC可编程控制器用于产生并输出0~5V高频脉冲信号电流，并与脉冲升压变压器输入线圈电连接；所述脉冲升压变压器的输入线圈与PLC可编程控制器电连接，其输出线圈正极与可控硅G控制极电连接、负极与可控硅K阴极电连接构成同步控制电路，用于将PLC可编程控制器输入的0~5V高频脉冲信号电流放大，给可控硅G控制极和K阴极之间输出0~30V高频脉冲同步控制电压，所述可控硅的控制极与同步控制电路控制接口电连接，所述PLC可编程控制器输出0~5V高频脉冲信号电压，经过升压变压器放大，在同步控制电路中形成0~30V高频脉冲控制电压，并经同步控制电路控制接口与可控硅G控制极电连接，通过给可控硅的G控制极输入0~30V高频控制电压控制可控硅的通断，并在充电电路中生成20000赫兹、0~1000V间歇性、锯齿状尖脉冲直流震荡充电电流，可控硅的A阳极或G控制极为正电压时，高频高压脉冲直流振荡充电电路和同步控制电路处于导通状态，可控硅的A阳极或G控制极为负电压时，高频高压脉冲直流振荡充电电路和同步控制电路处于断开状态，同步控制电路给可控硅G极输入电压为0V时，高频高压脉冲直流振荡充电电路和同步控制电路都处于断开状态，当同步控制电路输出给G控制极的电压从0V开始升高，高频高压脉冲直流振荡充电电路的电压也随之同比升高，当同步控制电路输出给G极的电压升高到30V时，高频高压脉冲直流振荡充电电路的电压也随之同比升高到1000V，反之，当同步控制电路输出给G极的电压从30V开始下降，高频高压脉冲直流振荡充电电路的电压也随之从1000V同比下降，当同步控制电路输出给G极的电压下降到0V时，高频高压脉冲直流振荡充电电路电压也随之同比下降到0V，同步控制电路给可控硅G极输入电压为负值时，高频高压脉冲直流振荡充电电路和同步控制电路都处于断开状态，由于可控硅具有单向导电性，随着同步控制电路给可控硅G极输出高频脉冲控制电压的规律性重复变化，高频高压脉冲直流振荡充电电路产生20000赫兹、0~1000V间歇性、锯齿状尖脉冲直流震荡充电电流，不断循环给电池组充电，使蓄电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉，使浓差极化和欧姆极化自然而然地得到消除，从而减轻了蓄电池的内压，使下一轮的高频高压直流脉冲电流充电能够更加顺利地进行，使蓄电池可以吸收更多的电量。

2.根据权利要求1所述的一种PLC编程控制的高频脉冲直流振荡充电系统，其特征在于，所述下降沿为脉冲直流电压从最大值降到零的脉冲段。

3.根据权利要求1所述的一种PLC编程控制的高频脉冲直流振荡充电系统，其特征在于，所述上升沿为脉冲直流电压从零上升到最大值的脉冲段。

4.根据权利要求1所述的一种PLC编程控制的高频脉冲直流振荡充电系统，其特征在于，所述PLC可编程控制器包括但不局限为：型号6ES7151-1BA02-0AB0、接口模块IM 151-1。

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