CN113612279A - 一种梯度脉冲电流高效低温快充装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电器电子快速充电技术领域，具体是一种梯度脉冲电流高效低温快充装置，包括电源结构、充电电路、充电电路充电流程和充电装置外部结构及配套设备，电源结构包括整流滤波电路、开关电路、开关变压器、振荡电路、反馈电路、取样电路和保护电路，充电电路包括间歇脉冲充电电路和恒流充电电路，充电装置外部结构及配套设备包括控制电路、高压防护配件、外壳、内衬腔体、密封换气道和液氮降温装置。本发明使用梯度脉冲电流的高效低温快充方式，极大的提升了工业设备的充电效率，适用于工业、大型电气设备和储能站，同时降低了低温快充的成本。

Description

一种梯度脉冲电流高效低温快充装置

技术领域

本发明涉及电器电子快速充电技术领域，具体是一种梯度脉冲电流高效低温快充装置。

背景技术

随着科学技术的不断进步，锂电池已经成为目前市场占有量最大的二次电池，锂离子二次电池的容量不断提高，同样需要更快的充电速度来满足容量增长的需求；同时，锂离子二次电池的应用领域不断拓展，从原本的3C数码领域向大型机械电子设备延伸，逐渐开始应用在航空航天、储能储电、新能源汽车及高速铁路等方面，其中搭载的锂离子二次电池质量更重、容量更大。而如何提高其充电效率，令电气设备更快的进入工作状态成为了我们所必须考虑的问题；快速充电行业应运而生，普通的常温快充技术虽然能够极大地提高充电速度，但也仅仅能够应对3C产品的日常使用。

中国专利号CN1060294C公开了一种蓄电池快速充电方法和装置是一种用于对铅酸蓄电池快速充电设备。本充电设备采用先以直流大电流充电，然后再以脉冲电流充电的方法给蓄电池充电。在充电全部过程中，由单片机实时对充电电流和蓄电池电压进行检测、分析，并按被充蓄电池电化学反应需要的电流曲线精确的自动调整充电电流。在全部充电过程中蓄电池仅处于微量析气状态，确保蓄电池处于最佳充电状态。

中国专利号CN101635470B公开了一种节电型蓄电池快速充电器及智能化充电通过脉宽调制即PWM降压方式实现无脉冲变压器降压，使得充电器效率得到提高。而快速充电器为提高蓄电池的充电电流接受率，在脉冲充电过程中引入短时间放电脉冲，以去极化达到快速充电的目的；以往放电电流白白消耗，而本装置对于脉冲放电的能量，利用储能电容进行吸收并回馈到充电电路，以实现回充，提高了能量利用效率，实现了快充与节能的双重目标。

在工业电器使用领域，这样的快充速度显然不能满足工业或大型电气设备的整备需要；某些研究者使用石墨烯正极，以加强锂离子电池的快充速度，但其因成本过高，短期无法投入量产。因此亟需研发一种梯度脉冲电流高效低温快充装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种梯度脉冲电流高效低温快充装置，以解决上述背景技术中提出工业电器使用领域的快充速度显然不能满足工业或大型电气设备的整备需要，而使用石墨烯正极，以加强锂离子电池的快充速度，但其因成本过高，短期无法投入量产的问题。

本发明的技术方案是：一种梯度脉冲电流高效低温快充装置，包括电源结构、充电电路、充电电路充电流程和充电装置外部结构及配套设备，所述电源结构包括整流滤波电路、开关电路、开关变压器、振荡电路、反馈电路、取样电路和保护电路，所述充电电路包括间歇脉冲充电电路和恒流充电电路，所述充电装置外部结构及配套设备包括控制电路、高压防护配件、外壳、内衬腔体、密封换气道和液氮降温装置。

进一步地，所述开关电路采用UC3842电源芯片及大功率晶体管，且大功率晶体管为IRFR3710ZTRPBF、IRFR5305、IRFR1205和IRFR7440中一个或多个。

进一步地，所述反馈电路采用高精度运算放大器LM393。

进一步地，所述间歇脉冲充电电路采用555定时器配合TL314三端可编程并联稳压二极管。

进一步地，所述控制电路包括半导体电路板和金属基座，且控制电路输出高压线缆及接口均采用高压防护配件进行包裹。

进一步地，所述高压防护配件采用橡胶、陶瓷、石棉、绝缘胶中的一种或几种。

进一步地，所述外壳采用不锈钢或合金材料，所述内衬腔体采用耐低温压电陶瓷材料。

进一步地，所述密封换气道的内部通过螺栓安装有风扇和密封阀。

进一步地，所述液氮降温装置、充电装置和控制电路之间通过接线呈电性连接。

进一步地，所述充电电路充电流程具体包括以下步骤：

S1.开始判断电池是否正常连接，是，执行0.1C脉冲间歇式充电，间歇时长：2秒充，2秒停，充电时间≥2min；否，断开充电开关；

S2.判断充电时间是否≥2min，是，执行0.5C脉冲间歇式充电，间歇时长：2秒充，2秒停，充电时间≥3min，否，返回执行0.1C脉冲间歇式充电，间歇时长：2秒充，2秒停，充电时间≥2min；

S3.判断充电时间是否≥3min，是，执行1C脉冲间歇式充电，间歇时长：2秒充，2秒停，充电时间≥4min，否，返回执行0.5C脉冲间歇式充电，间歇时长：2秒充，2秒停，充电时间≥3min；

S4.判断充电时间是否≥4min，是，执行3C脉冲间歇式充电，间歇时长：2秒充，2秒停，充电时间充电时间≥5min，否，返回执行1C脉冲间歇式充电，间歇时长：2秒充，2秒停，充电时间≥4min；

S5.判断充电时间是否≥5min，是，执行6C稳定横流充电，SOC%≥99.9%，否，返回执行3C脉冲间歇式充电，间歇时长：2秒充，2秒停，充电时间充电时间≥5min；

S6.判断6C稳定横流充电，SOC%是否≥99.9%，是，断开充电开关结束充电，否，返回执行6C稳定横流充电，SOC%≥99.9%。

本发明通过改进在此提供一种梯度脉冲电流高效低温快充装置，与现有技术相比，具有如下改进及优点：

（1）本发明使用梯度脉冲电流的高效低温快充方式，极大的提升了工业设备的充电效率，适用于工业、大型电气设备和储能站，同时降低了低温快充的成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释:

图1是本发明的充电电路充电流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图1对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明通过改进在此提供一种梯度脉冲电流高效低温快充装置，如图1，包括电源结构、充电电路、充电电路充电流程和充电装置外部结构及配套设备，电源结构包括整流滤波电路、开关电路、开关变压器、振荡电路、反馈电路、取样电路和保护电路，充电电路包括间歇脉冲充电电路和恒流充电电路，充电装置外部结构及配套设备包括控制电路、高压防护配件、外壳、内衬腔体、密封换气道和液氮降温装置。

进一步地，开关电路采用UC3842电源芯片及大功率晶体管，且大功率晶体管为IRFR3710ZTRPBF、IRFR5305、IRFR1205和IRFR7440中一个或多个。

进一步地，反馈电路采用高精度运算放大器LM393。

进一步地，间歇脉冲充电电路采用555定时器配合TL314三端可编程并联稳压二极管，间歇脉冲充电电路使用555定时器配合TL314三端可编程并联稳压二极管实现间歇脉冲，可编程时间控制器进行充电时间的控制。

进一步地，控制电路包括半导体电路板和金属基座，且控制电路输出高压线缆及接口均采用高压防护配件进行包裹，半导体电路板被固定在金属基座上，其中输出高压线缆及接口均采用高压防护配件进行包裹。

进一步地，高压防护配件采用橡胶、陶瓷、石棉、绝缘胶中的一种或几种。

进一步地，外壳采用不锈钢或合金材料，内衬腔体采用耐低温压电陶瓷材料。

进一步地，密封换气道的内部通过螺栓安装有风扇和密封阀。

进一步地，液氮降温装置、充电装置和控制电路之间通过接线呈电性连接，液氮降温装置的温控系统与充电装置温度信号反馈模块及电子控制电路进行连接。从而获得腔体内的温度数据及执行充电装置传来的启动停止信号。

进一步地，充电电路充电流程具体包括以下步骤：

S1.开始判断电池是否正常连接，是，执行0.1C脉冲间歇式充电，间歇时长：2秒充，2秒停，充电时间≥2min；否，断开充电开关；

S2.判断充电时间是否≥2min，是，执行0.5C脉冲间歇式充电，间歇时长：2秒充，2秒停，充电时间≥3min，否，返回执行0.1C脉冲间歇式充电，间歇时长：2秒充，2秒停，充电时间≥2min；

S3.判断充电时间是否≥3min，是，执行1C脉冲间歇式充电，间歇时长：2秒充，2秒停，充电时间≥4min，否，返回执行0.5C脉冲间歇式充电，间歇时长：2秒充，2秒停，充电时间≥3min；

S4.判断充电时间是否≥4min，是，执行3C脉冲间歇式充电，间歇时长：2秒充，2秒停，充电时间充电时间≥5min，否，返回执行1C脉冲间歇式充电，间歇时长：2秒充，2秒停，充电时间≥4min；

S5.判断充电时间是否≥5min，是，执行6C稳定横流充电，SOC%≥99.9%，否，返回执行3C脉冲间歇式充电，间歇时长：2秒充，2秒停，充电时间充电时间≥5min；

S6.判断6C稳定横流充电，SOC%是否≥99.9%，是，断开充电开关结束充电，否，返回执行6C稳定横流充电，SOC%≥99.9%。

实施例一

对50kwh的工业用大容量二次电池进行充电：

打开梯度脉冲电流高效充电装置低温密封门，将电池放入充电装置并将充电电缆接驳至电池充电接口。确认连接无误并在显示屏上得到电池已接入的反馈信号后，将充电装置低温密封门关闭。

在充电装置参数设置页面，将电池容量设置为50kwh，此时充电装置微电脑返回充电数据参数：（0-2min5A脉冲电流充电→2-3min25A脉冲电流充电→3-4min50A脉冲电流充电→4-5min150A脉冲电流充电→5min-300A恒流充电）。此时设置低温温度为零下30度。待液氮制冷剂启动3min后，充电装置腔内温度到达-30摄氏度。

降温完成后，充电程序自动启动。在快充过程中，工作人员始终需要在快充设备装置15米外通过电子显示屏观察设备运行状态。由于充电装置为高压电器，务必在充电装置及供电设备处设置隔离网。

电池充电完成后程序自动断开电源，并开启腔体通风装置，空气进入设备使电池缓慢恢复至室温。待腔体温度高于15摄氏度时，可以开启密封舱门取出电池，充电完成。

若设备出现异常需立即切断电源，并待装置腔内温度回复至室温方可开启设备取出电池进行检修。

实施例二

对80kwh的工业用大容量二次电池进行充电：

打开梯度脉冲电流高效充电装置低温密封门，将电池放入充电装置并将充电电缆接驳至电池充电接口。确认连接无误并在显示屏上得到电池已接入的反馈信号后，将充电装置低温密封门关闭。

在充电装置参数设置页面，将电池容量设置为80kwh，此时充电装置微电脑返回充电数据参数：（0-2min8A脉冲电流充电→2-3min40A脉冲电流充电→3-4min80A脉冲电流充电→4-5min240A脉冲电流充电→5min-300A恒流充电）。此时设置低温温度为零下30度。待液氮制冷剂启动3min后，充电装置腔内温度到达-30摄氏度。

降温完成后，充电程序自动启动。在快充过程中，工作人员始终需要在快充设备装置15米外通过电子显示屏观察设备运行状态。由于充电装置为高压电器，务必在充电装置及供电设备处设置隔离网。

电池充电完成后程序自动断开电源，并开启腔体通风装置，空气进入设备使电池缓慢恢复至室温。待腔体温度高于15摄氏度时，可以开启密封舱门取出电池，充电完成。

若设备出现异常需立即切断电源，并待装置腔内温度回复至室温方可开启设备取出电池进行检修。

实施例三

对25kwh的工业用大容量二次电池进行充电：

打开梯度脉冲电流高效充电装置低温密封门，将电池放入充电装置并将充电电缆接驳至电池充电接口。确认连接无误并在显示屏上得到电池已接入的反馈信号后，将充电装置低温密封门关闭。

在充电装置参数设置页面，将电池容量设置为25kwh，此时充电装置微电脑返回充电数据参数：（0-2min2.5A脉冲电流充电→2-3min12.5A脉冲电流充电→3-4min25A脉冲电流充电→4-5min75A脉冲电流充电→5min-150A恒流充电）。此时设置低温温度为零下30度。待液氮制冷机启动3min后，充电装置腔内温度到达-30摄氏度。

降温完成后，充电程序自动启动。在快充过程中，工作人员始终需要在快充设备装置15米外通过电子显示屏观察设备运行状态。由于充电装置为高压电器，务必在充电装置及供电设备处设置隔离网。

电池充电完成后程序自动断开电源，并开启腔体通风装置，空气进入设备使电池缓慢恢复至室温。待腔体温度高于15摄氏度时，可以开启密封舱门取出电池，充电完成。

若设备出现异常需立即切断电源，并待装置腔内温度回复至室温方可开启设备取出电池进行检修。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种梯度脉冲电流高效低温快充装置，其特征在于：包括电源结构、充电电路、充电电路充电流程和充电装置外部结构及配套设备，所述电源结构包括整流滤波电路、开关电路、开关变压器、振荡电路、反馈电路、取样电路和保护电路，所述充电电路包括间歇脉冲充电电路和恒流充电电路，所述充电装置外部结构及配套设备包括控制电路、高压防护配件、外壳、内衬腔体、密封换气道和液氮降温装置。

2.根据权利要求1所述的一种梯度脉冲电流高效低温快充装置，其特征在于：所述开关电路采用UC3842电源芯片及大功率晶体管，且大功率晶体管为IRFR3710ZTRPBF、IRFR5305、IRFR1205和IRFR7440中一个或多个。

3.根据权利要求1所述的一种梯度脉冲电流高效低温快充装置，其特征在于：所述反馈电路采用高精度运算放大器LM393。

4.根据权利要求1所述的一种梯度脉冲电流高效低温快充装置，其特征在于：所述间歇脉冲充电电路采用555定时器配合TL314三端可编程并联稳压二极管。

5.根据权利要求1所述的一种梯度脉冲电流高效低温快充装置，其特征在于：所述控制电路包括半导体电路板和金属基座，且控制电路输出高压线缆及接口均采用高压防护配件进行包裹。

6.根据权利要求1所述的一种梯度脉冲电流高效低温快充装置，其特征在于：所述高压防护配件采用橡胶、陶瓷、石棉、绝缘胶中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的一种梯度脉冲电流高效低温快充装置，其特征在于：所述外壳采用不锈钢或合金材料，所述内衬腔体采用耐低温压电陶瓷材料。

8.根据权利要求1所述的一种梯度脉冲电流高效低温快充装置，其特征在于：所述密封换气道的内部通过螺栓安装有风扇和密封阀。

9.根据权利要求1所述的一种梯度脉冲电流高效低温快充装置，其特征在于：所述液氮降温装置、充电装置和控制电路之间通过接线呈电性连接。

10.根据权利要求1所述的一种梯度脉冲电流高效低温快充装置，其特征在于：所述充电电路充电流程具体包括以下步骤：

S1.开始判断电池是否正常连接，是，执行0.1C脉冲间歇式充电，间歇时长：2秒充，2秒停，充电时间≥2min；否，断开充电开关；

S2.判断充电时间是否≥2min，是，执行0.5C脉冲间歇式充电，间歇时长：2秒充，2秒停，充电时间≥3min，否，返回执行0.1C脉冲间歇式充电，间歇时长：2秒充，2秒停，充电时间≥2min；

S3.判断充电时间是否≥3min，是，执行1C脉冲间歇式充电，间歇时长：2秒充，2秒停，充电时间≥4min，否，返回执行0.5C脉冲间歇式充电，间歇时长：2秒充，2秒停，充电时间≥3min；

S4.判断充电时间是否≥4min，是，执行3C脉冲间歇式充电，间歇时长：2秒充，2秒停，充电时间充电时间≥5min，否，返回执行1C脉冲间歇式充电，间歇时长：2秒充，2秒停，充电时间≥4min；

S5.判断充电时间是否≥5min，是，执行6C稳定横流充电，SOC%≥99.9%，否，返回执行3C脉冲间歇式充电，间歇时长：2秒充，2秒停，充电时间充电时间≥5min；

S6.判断6C稳定横流充电，SOC%是否≥99.9%，是，断开充电开关结束充电，否，返回执行6C稳定横流充电，SOC%≥99.9%。

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