CN115940364A - 高压变频脉动充电系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种高压变频脉动充电系统，包括：高压发生器、充电控制电路和主控制器；高压发生器将电源的输入电能转换为高压电能后输出至充电控制电路；充电控制电路用于将高压电能转换为高压脉冲，充电控制电路的输出端向待充电的电池充电；主控制器用于控制充电控制电路的输出参数；输出参数包括：高压脉冲的功率、电压和/或占空比。本申请的方案采用高压脉冲的方式对电池进行充电，在实现快速充电的同时能够减少电池发热，提高电能利用效率，减少储能系统投资。利用高电压小电流技术对电池进行脉动充电，显著减少电池发热，充电电压、频率和占空比均可根据实际情况实时调整，让电池能够在最佳受电条件下进行充电。

Description

高压变频脉动充电系统

技术领域

本申请涉及充电储能技术领域，具体涉及一种高压变频脉动充电系统。

背景技术

当代各类型大功率充电器都为恒流、恒压类型充电器，对于电动车或储能电站来讲一般都采用先恒流再恒压的直流充电方法。这种方法对于大电池组来讲完成快速充电会产生极大的电流，而大电流会导致电池发热，影响充电效率，浪费电能。为了能够让电池组与充电系统能够承受电池快速发热，一般会采用电池组风冷或水冷系统，并且使用很粗的充电电线来承受大电流。但是这样做，在一定程度上都会造成资源浪费。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的恒流恒压充电会导致电池发热、降低充电效率的问题，本申请提供一种高压变频脉动充电系统。

根据本申请实施例的第一方面，提供一种高压变频脉动充电系统，包括：高压发生器、充电控制电路和主控制器；

所述高压发生器的输入端连接电源，输出端连接所述充电控制电路的输入端；所述高压发生器将电源的输入电能转换为高压电能后输出至所述充电控制电路；所述充电控制电路用于将高压电能转换为高压脉冲，所述充电控制电路的输出端向待充电的电池充电；

所述主控制器与所述充电控制电路连接，所述主控制器用于控制所述充电控制电路的输出参数；所述输出参数包括：高压脉冲的功率、电压和/或占空比。

进一步地，还包括电池检测电路；所述电池检测电路的一端与待充电的电池连接，另一端与所述主控制器连接；

所述电池检测电路用于检测电池的状态参数，并将状态参数输出至所述主控制器；所述状态参数包括：电池的总容量、剩余容量、当前电压和/或当前电量。

进一步地，所述主控制器与所述高压发生器连接，所述主控制器用于采集高压参数；所述高压参数包括：所述高压发生器的输出功率和/或输出电压。

进一步地，所述主控制器用于：根据状态参数和高压参数确定输出参数。

进一步地，所述主控制器根据状态参数和高压参数确定输出参数，具体包括：

根据电池的剩余容量确定高压脉冲的电压；

根据电池的当前电量确定高压脉冲的占空比；和/或，

根据电池的总容量确定高压脉冲的功率。

进一步地，所述根据电池的当前电量确定高压脉冲的占空比，具体包括：占空比=100% －当前电量百分比。

进一步地，根据电池的剩余容量确定高压脉冲的电压，具体包括：

获取预设的电压对照表；

在电压对照表中查询，确定与剩余容量对应的电压值。

进一步地，根据电池的总容量确定高压脉冲的功率，具体包括：充电电流= 电池总容量/ 预设系数；其中预设系数为5安培。

进一步地，所述高压发生器包括线圈控制器和线圈；所述线圈控制器的输入端连接电源；所述线圈的一端连接所述线圈控制器的输出端，另一端连接所述充电控制电路的输入端。

进一步地，所述充电控制电路采用半导体开关器件，所述主控制器采用单片机；

所述单片机与所述线圈控制器连接，通过控制所述线圈控制器调整输出参数。

本申请的实施例提供的技术方案具备以下有益效果：

本申请的方案采用高压脉冲的方式对电池进行充电，在实现快速充电的同时能够减少电池发热，提高电能利用效率，减少储能系统投资。利用高电压小电流技术对电池进行脉动充电，显著减少电池发热，充电电压、频率和占空比均可根据实际情况实时调整，让电池能够在最佳受电条件下进行充电。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是本发明实施例示出的一种高压变频脉动充电系统的框图。

图2是本发明另一实施例示出的一种高压变频脉动充电系统的框图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统的例子。

图1是根据一示例性实施例示出的一种高压变频脉动充电系统的框图。该系统可以包括：高压发生器、充电控制电路和主控制器。

所述高压发生器的输入端连接电源，输出端连接所述充电控制电路的输入端；所述高压发生器将电源的输入电能转换为高压电能后输出至所述充电控制电路；所述充电控制电路用于将高压电能转换为高压脉冲，所述充电控制电路的输出端向待充电的电池充电。

所述主控制器与所述充电控制电路连接，所述主控制器用于控制所述充电控制电路的输出参数；所述输出参数包括：高压脉冲的功率、电压和/或占空比。

本申请的方案采用高压脉冲的方式对电池进行充电，在实现快速充电的同时能够减少电池发热，提高电能利用效率，减少储能系统投资。利用高电压小电流技术对电池进行脉动充电，显著减少电池发热，充电电压、频率和占空比均可根据实际情况实时调整，让电池能够在最佳受电条件下进行充电。

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

参照图1，在一些实施例中，本发明的高压变频脉动充电系统还包括电池检测电路；所述电池检测电路的一端与待充电的电池连接，另一端与所述主控制器连接。所述电池检测电路用于检测电池的状态参数，并将状态参数输出至所述主控制器；所述状态参数包括：电池的总容量、剩余容量、当前电压和/或当前电量。

相关电池检测电路可以与电池管理系统进行通信，或进行自主检测，然后通过通信将电池电压、充电电流、电池内阻、电池充入电量信息馈到主控制器。主控制器根据电池电池电压、内阻来对充电做出调整（充电器会对照存入内存的关系表来进行调整），在合适条件下启动或关闭对电池的充电。

本申请的方案利用已有市电，接入高压发生器中产生高压，高压发生器与控制电路可以任意选择类型，其设备可以带有通信接口将功率与电压等相关信息反馈到主控制器当中，主控制器可以对高压发生器的功率与产生的电压，结合电池检测电路反馈的电池电压与电量信息通过计算，对充电功率、充电电压与占空比做出调整。

一些实施例中，所述主控制器与所述高压发生器连接，所述主控制器用于采集高压参数；所述高压参数包括：所述高压发生器的输出功率和/或输出电压。基于上述实施例的状态参数和高压参数，所述主控制器用于：根据状态参数和高压参数确定输出参数。

具体控制过程是：用户输入电池容量与电池类型，充电器通过内置电压与容量对照表找出电池在接入充电器时开始充电前的剩余电量；之后充电器对照电池剩余电量、电池总容量与电池允许充电功率关系表对充电脉冲占空比与电压进行控制，并开始充电。

一些实施例中，所述主控制器根据状态参数和高压参数确定输出参数，具体包括：根据电池的剩余容量确定高压脉冲的电压；根据电池的当前电量确定高压脉冲的占空比；和/或，根据电池的总容量确定高压脉冲的功率。

在实际应用中，所述根据电池的当前电量确定高压脉冲的占空比，具体包括：占空比= 100% －当前电量百分比。

本发明的技术方案中，具体控制策略如下：在电池初期（在电量小于电池容量50%的时候开始充电，在开始时可以实现快速充电）为了实现对电池的快速充电可将电压调低（需要根据电池类型与电池总容量与剩余容量来确定，充电器内部储存器会储存有相关对照表来控制充电电压与功率），占空比调高（充电器占空比与电池电量的一般关系是：占空比= 100% - 电池电量百分比），功率调高（一般关系是：电池充电电流= 电池总容量（AH）/5A），在电池接近预定停止电压时（对于单体铅酸电池是2.45V，对于单体锂电池是4.2V）可以将电压调高，占空比调低，功率调低（充电器会对照存入内存的关系表来进行调整）。

一些实施例中，根据电池的剩余容量确定高压脉冲的电压，具体包括：获取预设的电压对照表；在电压对照表中查询，确定与剩余容量对应的电压值。

在实际应用中，根据电池的总容量确定高压脉冲的功率，具体包括：充电电流= 电池总容量/ 预设系数；其中预设系数为5安培。

本发明的技术方案中，控制策略所遵循的原则是：在充电初期，电池电压低且受电能力较强，能够支持大电流充电，主控制器能控制高压发生器控制电路高充电电压，与控制充电控制电路来调整充电占空比的比值，以让较大的电流通过电池以减小充电时间。在检测到电池电压接近某个阈值时用，主控制器通过控制高压发生器控制电路与充电控制电路，让较小的电压与占空比来控制电流，以防止电池温度过高。

如图2所示，一些实施例中，所述高压发生器包括线圈控制器和线圈；所述线圈控制器的输入端连接电源；所述线圈的一端连接所述线圈控制器的输出端，另一端连接所述充电控制电路的输入端。

在实际应用中，所述充电控制电路采用半导体开关器件，所述主控制器采用单片机。所述单片机与所述线圈控制器连接，通过控制所述线圈控制器调整输出参数。参照图2，半导体开关器件可以采用IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）器件。

目前的充电器技术领域，没有利用线圈断电时产生的脉冲对电池进行充电的方案。本发明的技术方案，主要创新点在于利用线圈产生的高脉冲对电池进行脉冲充电，并且可以通过IGBT控制脉冲对电池充电的波形，来达到用最少的电能让电池获得最多的电量以实现最佳充电效果。

本专利提出一种高效充电系统，能够利用高压变频的方式让各种类型的电池快速充电的同时减少电池发热，提高电能利用效率，减少储能系统投资。利用高电压小电流技术对电池进行脉动充电，显著减少电池发热，充电电压与频率还有占空比皆可控制，让电池能够在最佳受电条件下进行充电。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种高压变频脉动充电系统，其特征在于，包括：高压发生器、充电控制电路和主控制器；

所述高压发生器的输入端连接电源，输出端连接所述充电控制电路的输入端；所述高压发生器将电源的输入电能转换为高压电能后输出至所述充电控制电路；所述充电控制电路用于将高压电能转换为高压脉冲，所述充电控制电路的输出端向待充电的电池充电；

所述主控制器与所述充电控制电路连接，所述主控制器用于控制所述充电控制电路的输出参数；所述输出参数包括：高压脉冲的功率、电压和/或占空比。

2.根据权利要求1所述的高压变频脉动充电系统，其特征在于，还包括电池检测电路；所述电池检测电路的一端与待充电的电池连接，另一端与所述主控制器连接；

所述电池检测电路用于检测电池的状态参数，并将状态参数输出至所述主控制器；所述状态参数包括：电池的总容量、剩余容量、当前电压和/或当前电量。

3.根据权利要求2所述的高压变频脉动充电系统，其特征在于，所述主控制器与所述高压发生器连接，所述主控制器用于采集高压参数；所述高压参数包括：所述高压发生器的输出功率和/或输出电压。

4.根据权利要求3所述的高压变频脉动充电系统，其特征在于，所述主控制器用于：根据状态参数和高压参数确定输出参数。

5.根据权利要求4所述的高压变频脉动充电系统，其特征在于，所述主控制器根据状态参数和高压参数确定输出参数，具体包括：

根据电池的剩余容量确定高压脉冲的电压；

根据电池的当前电量确定高压脉冲的占空比；和/或，

根据电池的总容量确定高压脉冲的功率。

6.根据权利要求5所述的高压变频脉动充电系统，其特征在于，所述根据电池的当前电量确定高压脉冲的占空比，具体包括：占空比 = 100% － 当前电量百分比。

7.根据权利要求5所述的高压变频脉动充电系统，其特征在于，根据电池的剩余容量确定高压脉冲的电压，具体包括：

获取预设的电压对照表；

在电压对照表中查询，确定与剩余容量对应的电压值。

8.根据权利要求7所述的高压变频脉动充电系统，其特征在于，根据电池的总容量确定高压脉冲的功率，具体包括：充电电流 = 电池总容量 / 预设系数；其中预设系数为5安培。

9.根据权利要求1-8任一项所述的高压变频脉动充电系统，其特征在于，所述高压发生器包括线圈控制器和线圈；所述线圈控制器的输入端连接电源；所述线圈的一端连接所述线圈控制器的输出端，另一端连接所述充电控制电路的输入端。

10.根据权利要求9所述的高压变频脉动充电系统，其特征在于，所述充电控制电路采用半导体开关器件，所述主控制器采用单片机；

所述单片机与所述线圈控制器连接，通过控制所述线圈控制器调整输出参数。

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