CN203553965U

CN203553965U - 矿用隔爆兼本质安全型充电机

Info

Publication number: CN203553965U
Application number: CN201320340073.6U
Authority: CN
Inventors: 郑昌陆; 郑益飞; 张敬伟
Original assignee: SHANGHAI SH-DRIVER ELECTRIC Ltd Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI SH-DRIVER ELECTRIC Ltd Co Ltd
Priority date: 2013-06-14
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2023-06-14

Abstract

本实用新型属于电力电子与控制技术领域，具体涉及一种矿用隔爆兼本质安全型充电机，适用于煤矿领域的矿用锂离子蓄电池电源装置，该充电机由660VAC交流电源直接供电，经过三相整流电路、BUCK变换电路、H桥变换电路以及高频整流电路，产生用于锂离子蓄电池充电的电流和电压，同时采用智能充电工艺控制单元用于实现锂离子蓄电池充电过程的智能化控制和监测，并通过CAN中继器与外部通信连接，以实现充电的网络化、远程化。

Description

矿用隔爆兼本质安全型充电机

技术领域

本实用新型属于电力电子与控制技术领域，具体涉及一种矿用隔爆兼本质安全型充电机，适用于煤矿领域的矿用锂离子蓄电池电源装置。

背景技术

目前我国煤矿中所使用的矿用充电机，大多都是工频整流技术、单一工作无网络化。这种充电工艺存在很多弊端，如：

（1）耗电量大，传统的充电机采用工频整流技术，功率因数低；

（2）对环境和资源造成的污染，原有的充电机采用大量的钢铁材料和稀有金属，以及由于充电工艺落后对电池造成的损害，而蓄电池对环境将产生巨大的污染；

（3）充电需要人工看守，传统充电无通信技术，充电工艺落后，充电过程中需要人工看守，进行充电工艺操作；

（4）缺乏向锂电池等新兴材料电源装置充电工艺；锂电池电源装置对充电工艺要求较高，传统的充电机无法满足锂电池蓄电池的充电工艺。

发明内容

本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种矿用兼本质安全型充电机，该充电机由660VAC交流电源直接供电，经过三相整流电路、BUCK变换电路、H桥变换电路以及高频整流电路，产生用于锂离子蓄电池充电的电流和电压，同时采用智能充电工艺控制单元用于实现锂离子蓄电池充电过程的智能化控制和监测，并通过CAN中继器与外部通信连接，以实现充电的网络化、远程化。

本实用新型目的实现由以下技术方案完成：

一种矿用隔爆兼本质安全型充电机，包括功率变换电路和充电控制电路，其特征在于所述功率变换电路由顺次连接的三相整流电路、BUCK变换电路、H桥变换电路以及高频整流电路组成，其中三相660VAC交流电压经过三相整流电路得到891VDC~933VDC的直流电压，再经BUCK变换电路将该直流电压变换为600VDC稳定的直流电压，H桥变换电路再将600VDC电压转换为0-400VDC的可控直流电压，高频整流电路将电流变换为0-100A连续可调的直流电流，再输出到外部，完成蓄电池充电。

所述BUCK变换电路由IGBT模块(VT1)、二极管（VD6）、滤波电感（L1）、滤波电容C4、C5以及均压电阻R5、R6构成，所述IGBT模块（VT1）的发射极与所述滤波电感（L1）相连，所述IGBT模块(VT1) 的集电极连接所述三相整流电路、所述滤波电感（L1）连接所述H桥变换电路。

所述高频整流电路由高频整流管VD8、VD9、VD10、VD11、VD12、VD13、VD14、VD15、滤波电感（L2）以及滤波电容（C6）构成。

所述三相整流电路由输入开关（Q1）、功率整流模块VD1、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6、上电接触器（Q2）、预充电电阻（R1）、滤波电容C1、C2、C3以及均压电阻R2、R3、R4构成；所述H桥变换电路由IGBT模块QT1、QT2、QT3、QT4、高频变压器（TR1）构成；所述三相整流电路整流后的正极与所述BUCK变换电路中的IGBT模块（VT1）的集电极连接，滤波电感（L1）的输出端与所述H桥变换电路中的IGBT模块QT1、QT2集电极相连，IGBT模块（QT1）的发射极与IGBT模块（QT3）的集电极的连接点与高频变压器（TR1）的A点相连，IGBT模块（QT2）的发射极与IGBT模块（QT4）的集电极的连接点与高频变压器（TR1）的B点相连。

所述充电控制电路包括智能充电工艺控制单元、与所述智能充电工艺控制单元相连的BUCK变换控制单元以及与所述智能充电工艺控制单元相连的H桥变换控制单元，其中所述智能充电工艺控制单元与所述CAN中继器连接，所述CAN中继器由本安电源供电。

本实用新型的优点是，（1）输出功率大，矿用隔爆兼本质安全型充电机额定输出功率达40KW，可满足矿用锂离子蓄电池电源装置的充电要求容量；（2）具有本质安全型CAN通信方式，根据电源管理系统对充电工艺的要求进行充电，保证锂电池充电的安全性、科学性；（3）节能，本实用新型采用高频、软开关技术，可以大幅减低充电机本身的能耗，相比传统的充电机能减低20%以上的功耗；（4）使用寿命长，新技术能使充电装置的重量降低10-20倍，与此同时将延长蓄电池的使用寿命，将直接减少电池材料对环境的巨大污染；（5）降低人力成本，新充电工艺技术通过现代化检测手段和智能化控制技术，基本不需要操作人员监护，起到减员增效的效果。

附图说明

图1为本实用新型的结构原理图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本实用新型的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

实施例：本实施例具体涉及一种矿用锂离子蓄电池电源装置充电的隔爆兼本质安全型充电机，采用了高频技术、软开关技术和数字控制技术，取代了传统所采用的笨重的工频变压器以及维修量大、耗电量大的工频变压型充电机。

该充电机主要由功率变换电路和充电控制电路这两部分构成。

如图1所示，功率变换电路由660VAC交流电源直接供电，该功率变换电路具体包括顺次连接的三相整流电路、BUCK变换电路、H桥变换电路以及高频整流电路，具体如下：

①三相整流电路由输入开关（Q1）、功率整流模块VD1、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6、上电接触器（Q2）、预充电电阻（R1）、滤波电容C1、C2、C3以及均压电阻R2、R3、R4构成；功率整流模块VD1、VD2、VD3的正极经过上电接触器（Q2）和预充电电阻（R1）后连接滤波电容C1、C2、C3的正极，滤波电容C1、C2、C3的正极连接IGBT模块（VT1）的集电极；功率整流模块VD1、VD2、VD3的负极连接滤波电容C1、C2、C3的负极；

②BUCK变换电路由IGBT模块(VT1)、功率二极管（VD6）、滤波电感（L1）、滤波电容C4、C5以及均压电阻R5、R6构成；IGBT模块(VT1)的发射极连接功率二极管（VD6）的负极，再经过滤波电感（L1）连接滤波电容C4、C5的正极；功率二极管（VD6）的正极连接滤波电容C4、C5的负极；

③H桥变换电路由IGBT模块QT1、QT2、QT3、QT4、电容Cp1、Cp2、Cp3、Cp4以及高频变压器（TR1）构成；QT1的发射极与 QT3的集电极连接高频变压器（TR1）的A极，QT2的发射极与 QT4的集电极连接高频变压器（TR1）的B极，电容Cp1、Cp2、Cp3、Cp4分别连接IGBT模块QT1、QT2、QT3、QT4的集电极与发射极；

④高频整流电路由高频整流管VD8、VD9、VD10、VD11、VD12、VD13、VD14、VD15、滤波电感（L2）以及滤波电容（C6）构成；高频整流管VD8、VD9正极、VD10、VD11正极、VD12、VD13正极、VD14、VD15正极分别连接高频变压器的P1、P2、P3、P4；高频整流管VD8、VD9负极、VD10、VD11负极、VD12、VD13负极、VD14、VD15负极连接滤波电感（L2）的输入侧，滤波电感（L2）的输出侧连接波电容（C6）的正极；连接滤波电容（C6）的负极连接高频变压器（TR1）的N1、N2。

三相整流电路经三相整流后的正极与BUCK变换电路中的IGBT模块VT1的集电极连接，IGBT模块VT1的发射极与滤波电感L1相连，滤波电感L1的输出端与H桥变换电路中的IGBT模块（即功率开关管）QT1、QT2的集电极相连，IGBT模块QT1的发射极与IGBT模块QT3的集电极的连接点与高频变压器TR1的A点相连，IGBT模块QT2的发射极与IGBT模块QT4的集电极的连接点与高频变压器TR1的B点相连。其中功率开关管采用PWM控制技术。

上述功率变换电路的具体工作步骤为：三相交流660VAC电压经过输入开关Q1,再经过由功率整流模块VD1-VD6、上电接触器Q2、预充电电阻R1、滤波电容C1-C3以及均压电阻R2-R4构成的三相整流电路得到891VDC~933VDC的直流电压，再经过由IGBT模块VT1、二极管VD6、滤波电感L1、滤波电容C4、C5以及均压电阻R5、R6构成的BUCK变换电路将该直流电压变换为600VDC的稳定直流电压，之后再经过由IGBT模块QT1-QT4、电容Cp1-Cp4以及高频变压器TR1构成的H桥变换电路将600VDC电压转换为0-400VDC的可控直流电压，最后经过由高频整流管VD8-VD15、滤波电感L2以及滤波电容C6构成的高频整流电路将电流变换为0-100A连续可调的直流电流，输出到外部，给锂离子蓄电池电源装置充电，输出功率大小可调，最高可达40Kw。

如图1所示，充电控制电路主要包括智能充电工艺控制单元和本安部分，智能充电工艺控制单元对其下设的BUCK变换控制单元和H桥变换控制单元实行集中控制，而本安部分则包括CAN中继器以及输出本质安全型电源，输出本质安全型电源将220VAC转换为12VDC以向CAN中继器供电，外部通信经过CAN中继器与智能充电工艺控制单元相连接，根据锂离子蓄电池电源装置的特征，由充电工艺智能控制单元对蓄电池进行智能充电，通过充电工艺智能控制单元内的数字信号处理器接收外部通信的控制指令并在在所编制的软件程序下实现，可以完成蓄电池初充电、多阶段充电以及多种快速充电等控制方式，使得充电机具有充电功率大、节能，充电网络化、远程化、智能化等特点；其中BUCK变换控制单元与BUCK变换电路连接，其对BUCK变换电路具有驱动和电压检测的功能；其中H桥变换控制单元与H桥变换电路连接，其对H桥变换电路具有模块驱动、温度检测、电流检测以及电压检测的功能。

本实施例采用高频技术、软开关技术和数字控制技术，实现充电机的智能化、网络化以及安全化的高质量充电，同时其额定输出功率可达到40Kw。

本实施例在我公司申请的开关式蓄电池充电机装置ZL 20061002378.7的基础上，进行了大幅的改进和优化：

增加了本安型通信功能，具备了向锂离子蓄电池电源装置的充电能力，可以实现多台充电设备的网络化和远程化；

输出功率提高到了40KW，具备了快速充电的能力，缩短了充电时间，提高设备的效率；优化了快速充电工艺，完全满足锂离子蓄电池的充电特性要求，提高了锂离子的使用寿命，增加了用户的经济效益。

Claims

1.一种矿用隔爆兼本质安全型充电机，包括功率变换电路和充电控制电路，其特征在于所述功率变换电路由顺次连接的三相整流电路、BUCK变换电路、H桥变换电路以及高频整流电路组成，其中三相660VAC交流电压经过三相整流电路得到891VDC~933VDC的直流电压，再经BUCK变换电路将该直流电压变换为600VDC稳定的直流电压，H桥变换电路再将600VDC电压转换为0-400VDC的可控直流电压，高频整流电路将电流变换为0-100A连续可调的直流电流，再输出到外部，完成蓄电池充电。

2.根据权利要求1所述的一种矿用隔爆兼本质安全型充电机，其特征在于所述BUCK变换电路由IGBT模块(VT1)、二极管（VD6）、滤波电感（L1）、滤波电容C4、C5以及均压电阻（R5、R6）构成，所述IGBT模块（VT1）的发射极与所述滤波电感（L1）相连，所述IGBT模块(VT1) 的集电极连接所述三相整流电路、所述滤波电感（L1）连接所述H桥变换电路。

3.根据权利要求1所述的一种矿用隔爆兼本质安全型充电机，其特征在于所述高频整流电路由高频整流管VD8、VD9、VD10、VD11、VD12、VD13、VD14、VD15、滤波电感（L2）以及滤波电容（C6）构成。

4.根据权利要求1所述的一种矿用隔爆兼本质安全型充电机，其特征在于所述充电控制电路包括智能充电工艺控制单元、与所述智能充电工艺控制单元相连的BUCK变换控制单元以及与所述智能充电工艺控制单元相连的H桥变换控制单元，其中所述智能充电工艺控制单元与CAN中继器连接，所述CAN中继器由本安电源供电。