CN107508332A - 一种蓄电池脉冲化成充电机及工作方法 - Google Patents

一种蓄电池脉冲化成充电机及工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例涉及蓄电池化成技术领域，公开了一种蓄电池脉冲化成充电机及工作方法。本发明中，一种蓄电池脉冲化成充电机，包括：控制装置，功率变换电源，充放电电路；功率变换电源与充放电电路连接，用于为充放电电路提供电压；充放电电路包括N个DC/DC电路，N为大于1的自然数；其中，各DC/DC电路的第一端并联，各DC/DC电路的第二端均与蓄电池连接；控制装置分别与功率变换电源和充放电电路连接，用于控制功率变换电源输出的电压，以及处于工作状态的DC/DC电路的数量。本发明提供的蓄电池脉冲化成充电机及工作方法，通过控制处于工作状态的DC/DC电路的数量，能够输出不同的电流大小范围，从而使一台设备能够实现不同规格蓄电池的化成需求。

Description

一种蓄电池脉冲化成充电机及工作方法
技术领域
本发明实施例涉及蓄电池化成技术领域，特别涉及一种蓄电池脉冲化成充电机及工作方法。
背景技术
目前，铅酸蓄电池由于其优良的性价比，早已成为社会生产和生活所不可或缺，特别是在倡导绿色发展的今天，铅酸蓄电池作为低成本可再生利用的资源循环型产品，其地位与作用越来越重要，这直接导致其需求量大幅提升。其中，电池化成是指对电池制造后，通过一定的充放电方式将其内部正负极物质激活，改善电池的充放电性能及自放电、储存等综合性能的过程，是电池出厂之前的最后一道工序，也是非常重要的一个环节，直接影响到电池的质量，由于其化成工艺长达几十个小时，故也是影响电池产量的重要因素。
发明人发现现有技术中至少存在如下问题：目前市面上的化成设备多采用多路集成、独立工作的方式，此种方式虽然在一定程度上可以提高产量，但同时也使得同一化成设备只能输出固定的电流大小范围，不能够满足一台设备实现不同规格蓄电池的化成需求。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种蓄电池脉冲化成充电机及工作方法，使得充电机能够输出不同的电流大小范围，从而使一台设备能够实现不同规格蓄电池的化成需求。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种蓄电池脉冲化成充电机，包括：控制装置，功率变换电源，充放电电路；功率变换电源与充放电电路连接，用于为充放电电路提供电压；充放电电路包括N个DC/DC电路，N为大于1的自然数；其中，各DC/DC电路的第一端并联，各DC/DC电路的第二端均与蓄电池连接；控制装置分别与功率变换电源和充放电电路连接，用于控制功率变换电源输出的电压，以及处于工作状态的DC/DC电路的数量。
本发明的实施方式还提供了一种蓄电池脉冲化成充电机的工作方法，包括：应用于上述任意一项的蓄电池脉冲化成充电机，包括：控制装置获取输出至蓄电池的电流值；控制装置根据电流值控制功率变换电源输出的电压，并控制充放电电路中处于工作状态的DC/DC电路的数量。
本发明实施方式相对于现有技术而言，通过将功率变换电源与充放电电路连接，为充放电电路提供电压；充放电电路包括多个DC/DC电路，其中，各DC/DC电路的第一端并联，各DC/DC电路的第二端均与蓄电池连接；控制装置分别与功率变换电源和充放电电路连接，控制功率变换电源输出的电压，以及处于工作状态的DC/DC电路的数量，可以实现DC/DC电路直接的两路并联、三路并联等等，从而能够输出不同的电流大小范围，使一台设备能够实现不同规格蓄电池的化成需求。
另外，控制装置还与蓄电池连接；控制装置还用于采集充放电电路的电压和电流，以及蓄电池的温度。通过对每路DC/DC电路中电压、电流、温度的数据进行实时采集，能够确定蓄电池脉冲化成所处状态，从而实现了通过温度变化精确控制化成电流大小，使得在保证化成质量的条件下化成过程高效运行。
另外，控制装置具体包括：主控制器和与主控制器连接的从控制器；其中，主控制器分别与功率变换电源和充放电电路连接，用于控制功率变换电源输出的电压，以及处于工作状态的DC/DC电路的数量；从控制器与蓄电池和充放电电路连接，用于采集充放电电路的电压和电流，以及蓄电池的温度，并将采集的电压、电流和温度反馈至主控制器。通过采用控制装置的主控制器和从控制器的双控制器设计，使得主控制器和从控制器分功能运行，不仅能加快蓄电池脉冲化成充电机的反应速度，还能增强***的稳定性和可靠性，有利于实现对电路的精确控制。
另外，充放电电路还包括N-1个接触器；每相邻的两个DC/DC电路的第二端分别与同一接触器连接，并且，不相邻的两个DC/DC电路的第二端连接至不同的接触器。提供了蓄电池脉冲化成充电机中充放电电路的一种具体的实现方式。
另外，DC/DC电路依次由第一接触器、第一滤波电容、开关电路、电流传感器、电感、第二滤波电容以及第二接触器连接而成；其中，第一接触器与功率变换电源连接，第二接触器与蓄电池连接。第一接触器既能实现对DC/DC电路的保护，同时还可实现各路DC/DC电路之间的解耦，第二接触器与蓄电池连接，实现了与蓄电池的隔离。
另外，开关电路具体包括：第一功率开关器件和第二功率开关器件，第一功率开关器件和第二功率开关器件串联，第一功率开关器件与第一滤波电容并联，且第一功率开关器件与电流传感器、电感、第二滤波电容串联，第二功率开关器件与电流传感器、电感、第二滤波电容并联；其中，第一功率开关器件和第二功率开关器件以一定的周期分时开通与关断，有利于实现升压与降压。
另外，蓄电池脉冲化成充电机，还包括保险丝，保险丝的一端接功率变换电源，保险丝的另一端连接充放电电路，有利于进一步对电路起到保护作用。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是根据本发明第一实施方式中的一种蓄电池脉冲化成充电机的整体结构图；
图2是根据本发明第二实施方式中的一种蓄电池脉冲化成充电机的整体结构图；
图3是根据本发明第三实施方式中的一种蓄电池脉冲化成充电机的整体结构图；
图4是根据本发明第三实施方式中的DC/DC电路并联结构图；
图5是根据本发明第三实施方式中的DC/DC电路结构图；
图6是根据本发明第四实施方式中的一种蓄电池脉冲化成充电机的工作方法的流程图；
图7是根据本发明第五实施方式中的一种蓄电池脉冲化成充电机的工作方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
本发明的第一实施方式涉及一种蓄电池脉冲化成充电机。本实施方式中以充电机所需功率电压为400V为例进行说明。如图1所示，包括：控制装置101，功率变换电源102，充放电电路103。
功率变换电源102与充放电电路103连接，用于为充放电电路103提供电压；充放电电路103包括N个DC/DC电路，N为大于1的自然数；其中，各DC/DC电路的第一端并联，各DC/DC电路的第二端均与蓄电池连接；控制装置101分别与功率变换电源102和充放电电路103连接，用于控制功率变换电源102输出的电压，以及处于工作状态的DC/DC电路的数量。通过采用N路DC/DC电路之间的并联结构，既能实现独立输出，又能实现并联输出，从而能够输出不同的电流大小范围，从而使一台设备能够实现不同规格蓄电池的化成需求。
具体而言，采用的功率变换电源102可以根据充电机所需功率电压的不同进行选择，只要是能实现输入三相交流电，输出电压和功率能满足本发明需求的电源模块都可以。如果本实施方式中充电机所需功率电压为400V，则可以选用输入为380V三相交流电，输出直流电压范围为300V-750V的华为R75020G1电源模块，但是考虑到后续可能的需求变化，因此在实际应用中，优选电压输出范围尽可能宽的电源模块。
需要说明的是，目前市面上大多化成设备都使用大型变压器进行功率的变换，是因为，为了提高化成产量，现今的化成设备普遍采用多个DC/DC电路集成(输入并联，输出独立)的方式，因此需要较大的化成功率，所以采用大型变压器。而在本实施方式中，是通过采用N路DC/DC电路之间的并联结构(输入并联，输出并联)方式，无需较大的化成功率。因此，可采用功率变换电源102以代替大型变压器，输出直流电压，从而使得充电机体积更小，控制更加简单和安全。
另外，控制装置101与功率变换电源102建立通信连接，控制功率变换电源102的启动、停止以及输出电压值；控制装置101还与充放电电路103连接，以便控制处于工作状态的DC/DC电路的数量。比如说，控制装置101通过控制处于工作状态的DC/DC电路的数量，可以实现DC/DC电路直接的两路并联、三路并联或四路并联等等，从而能够输出不同的电流范围，实现一台设备适用于不同规格蓄电池的化成需求。
通过上述内容，不难发现，本实施方式通过控制装置获取输出至蓄电池的电流值，再根据电流值控制功率变换电源输出的电压，并控制充放电电路中处于工作状态的DC/DC电路的数量，可以实现DC/DC电路直接的两路并联、三路并联等等，从而能够输出不同的电流大小范围，使一台设备能够实现不同规格蓄电池的化成需求。
本发明的第二实施方式涉及一种蓄电池脉冲化成充电机。本实施方式是在第一实施方式的基础上做了进一步改进，具体改进之处在于：本实施方式中，通过对每路DC/DC电路中电压、电流以及蓄电池的温度进行实时采集，能够确定蓄电池脉冲化成所处状态，从而实现了通过温度变化精确控制化成电流大小，使得在保证化成质量的条件下化成过程高效运行。
本实施方式提供的一种蓄电池脉冲化成充电机，控制装置101还与蓄电池连接；控制装置101还用于采集充放电电路103的电压和电流，以及蓄电池的温度。
具体地说，控制装置101具体包括：主控制器201和与主控制器201连接的从控制器202；其中，主控制器201分别与功率变换电源102和充放电电路103连接，用于控制功率变换电源102输出的电压，以及处于工作状态的DC/DC电路的数量；从控制器21与蓄电池和充放电电路103连接，用于采集充放电电路103的电压和电流，以及蓄电池的温度，并将采集的电压、电流和温度反馈至主控制器201。比如说，主控制器201的型号可以为DSP28335，从控制器202的型号可以为DSP2802，主控制器201主要实现对充放电电路103的控制，从控制器202主要实现电路相关参数的检测。
需要说明的是，控制装置101具体可以通过CAN通信协议、RS232通信协议或RS485的通信协议，与功率变换电源102和充放电电路103通信连接，即由主控制器201通过CAN、RS232、RS485中的任一种的通信协议，与功率变换电源102和充放电电路103通信连接，由从控制器202通过CAN、RS232、RS485中的任一种的通信协议，与蓄电池和充放电电路103通信连接。其中，主控制器201与从控制器202直接也可以通过CAN通信协议、RS232通信协议或RS485的通信协议通信进行实时交互，以保证电路的正常运行。由于本实施方式中充电机为并联型结构，每路DC/DC电路均要进行充放电控制以及电路参数的采集，因此，控制装置101采用主控制器201和从控制器202分功能运行的双控制器设计，不仅能加快蓄电池脉冲化成充电机的反应速度，还能增强***的稳定性和可靠性，有利于实现对电路的精确控制。
另外，为了使本发明中蓄电池脉冲化成充电机更为完善，可以根据实际需求，安装显示屏203，用以显示电路中相关参数以及运行状态，控制蓄电池脉冲化成充电机的启动、暂停和停止，如图2所示。该显示屏203可以为触摸显示屏，也可以为按钮显示屏，还可以根据实际情况拓展为上位机，通过上位机做详细的控制，此处不作具体限制。
通过上述内容，不难发现，本实施方式中，从控制器设置有每路DC/DC电路的电压采集电路、电流采集电路、温度采集电路，通过对每路DC/DC电路中电压、电流以及蓄电池的温度进行实时采集，能够确定蓄电池脉冲化成所处状态，从而实现了通过温度变化精确控制化成电流大小，使得在保证化成质量的条件下化成过程高效运行。
本发明第三实施方式涉及一种蓄电池脉冲化成充电机，本实施方式提供了一种优选的实施方式的具体实现形式。由于蓄电池化成电流大小一般没有超过20A，而本实施方式中DC/DC电路每路输出电流大小限制为5A，而采用四路并联即可满足市面上绝大部分蓄电池化成需求。因此，本实施方式采用以充放电电路103包括四路DC/DC电路为例进行说明，其蓄电池脉冲化成充电机的整体结构图如图3所示。
充放电电路103还包括N-1个接触器；每相邻的两个DC/DC电路的第二端分别与同一接触器连接，并且，不相邻的两个DC/DC电路的第二端连接至不同的接触器。也就是说，当充放电电路103包括四路DC/DC电路时，充放电电路103还包括3个接触器，图4为本实施方式中的DC/DC电路并联结构图。
另外，DC/DC电路依次由第一接触器305、第一滤波电容306、开关电路307、电流传感器308、电感309、第二滤波电容310以及第二接触器311连接而成；其中，第一接触器305与功率变换电源102连接，第二接触器311与蓄电池连接。第一接触器305既能实现对DC/DC电路的保护，同时还可实现各路DC/DC电路之间的解耦，第二接触器311与蓄电池连接，实现与蓄电池的隔离，本实施方式中的DC/DC电路结构如图5所示。
结合图4来说，DC/DC电路1的输出端和DC/DC电路2的输出端分别与接触器301的两端连接，DC/DC电路2的输出端和DC/DC电路3的输出端分别与接触器302的两端连接，DC/DC电路3的输出端和DC/DC电路4的输出端分别与接触器303的两端连接，对于每一路DC/DC电路通过调节开关电路中的绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称“IGBT”)的占空比可以调节其输出电压和电流大小，每路DC/DC电路输出电流最大为5A，因此，通过实现通过接触器301、接触器302和接触器303的开通和关断既可以实现四路DC/DC电路的独立输出，也可实现四路DC/DC电路输出之间的两路并联、三路并联和四路并联，能够输出(0,5A]、(5A,10A]、(10A,15A]、(15A,20A]四种不同的电流范围，实现一台设备适用于不同规格蓄电池的化成需求。
开关电路307具体包括：第一功率开关器件和第二功率开关器件，第一功率开关器件和第二功率开关器件串联，第一功率开关器件与第一滤波电容306并联，且第一功率开关器件与电流传感器308、电感309、第二滤波电容310串联，第二功率开关器件与电流传感器308、电感309、第二滤波电容310并联；其中，第一功率开关器件和第二功率开关器件以一定的周期分时开通与关断。
其中，开关电路307的两个功率开关器件可以由IGBT串联而成，有利于实现升压与降压。结合图5来说，开关电路307中上面的IGBT称为“上管”，下面的IGBT称为“下
管”，IGBT可以通过脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，简称PWM)信号控制其开通与关断，其中，PWM是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。当下管始终关断，上管周期性的开通和关断时，整个图5即为降压电路；当上管始终关断，下管周期性的开通与关断时，整个图5即为升压电路。当然，升压与降压是对电路的输入与输出而言的，当图5为降压电路时，图5电路的左边为输入，右边为输出，对应本充电机给电池充电的情形；当图5为升压电路时，图5电路的左边为输出，右边为输入，对应本充电机中电池放电的情形。
蓄电池脉冲化成充电机还可以包括保险丝304，保险丝304的一端接功率变换电源102，保险丝304的另一端连接充放电电路103。当电路发生故障或异常时，伴随着电流不断升高，并且升高的电流有可能损坏电路中的某些重要器件或贵重器件，也有可能烧毁电路甚至造成火灾。若电路中正确地安置了保险丝304，那么，保险丝304就会在电流异常升高到一定的高度和热度的时候，自身熔断切断电流，从而起到保护电路安全运行的作用。
值得一提的是，由于主控制器201主要控制功率变换电源102的启动、停止和输出电压值大小，控制所有接触器的开关从而控制***是否工作，主控制器201还可以设有PWM驱动电路，从而有利于实现对开关电路307的驱动控制。
通过上述内容，不难发现，本实施方式提供了一种优选的实施例的具体实现形式，通过采用四路DC/DC电路之间的并联结构既能实现独立输出，又能实现并联输出，从而能够输出不同的电流大小范围，从而使一台设备能够实现不同规格蓄电池的化成需求。
本发明第四实施方式涉及一种蓄电池脉冲化成充电机的工作方法，应用于上述任意实施方式的蓄电池脉冲化成充电机，具体流程如图6所示，包括：
步骤401，控制装置获取输出至蓄电池的电流值；
步骤402，控制装置根据电流值控制功率变换电源输出的电压，并控制充放电电路中处于工作状态的DC/DC电路的数量。
本实施方式仍采用以充放电电路103包括四路DC/DC电路为例进行说明，结合图4来说，当充电机启动工作，对化成工艺中电流参数I大小进行判断，如果I≤5A，则接触器301、302、303均关断，各路DC/DC电路独立工作；如果I>5A且I≤10A，则接触器301闭合，DC/DC电路1和DC/DC电路2并联工作；如果I>10A且I≤15A，则接触器301和接触器302闭合，DC/DC电路1、2、3并联工作；如果I>15A且I≤20A，则接触器301、302、303均闭合，DC/DC电路1、2、3、4并联工作。
与现有技术相比，本实施方式提供的一种蓄电池脉冲化成充电机的工作方法，通过控制装置获取输出至蓄电池的电流值，再根据电流值控制功率变换电源输出的电压，并控制充放电电路中处于工作状态的DC/DC电路的数量，可以实现DC/DC电路直接的两路并联、三路并联等等，从而能够输出不同的电流大小范围，使一台设备能够实现不同规格蓄电池的化成需求。
不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的方法实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。
本发明第五实施方式涉及一种蓄电池脉冲化成充电机的工作方法，本实施方式是在第四实施方式的基础上做了进一步改进，具体改进之处为：本实施方式中，通过对每路DC/DC电路中电压、电流以及蓄电池的温度进行实时采集，用于确定蓄电池的化成所处状态，从而实现通过温度变化精确控制化成电流大小，在保证化成质量的条件下使得化成过程高效运行。如图7所示，包括：
步骤501，控制装置获取输出至蓄电池的电流值。
步骤502，控制装置根据电流值控制功率变换电源输出的电压。
步骤503，在DC/DC电路的工作过程中，控制装置采集充放电电路的电压和电流，以及蓄电池的温度。
步骤504，基于采集的电压、电流和温度，调节功率变换电源输出的电压和处于工作状态的DC/DC电路的数量。
具体的说，在充电机运行过程中，从控制器202中的采集电路会实时采集电路中电压、电流、温度信息，并与主控制器201进行交互，从而确定***工作状态以及蓄电池的化成所处状态，当蓄电池温度超出正常范围时(比如35℃-50℃)，主控制器201会调整化成电流大小，从而保证化成质量。当化成过程中出现异常时，主控制器201根据异常类型进行各级安全控制，防止电流过大对电池组造成损伤，同时还可以设有过压、欠压、断流、欠流、过温等故障保护功能，保障化成过程中的安全性。
与现有技术相比，本实施方式提供的一种蓄电池脉冲化成充电机的工作方法，通过对每路DC/DC电路中电压、电流以及蓄电池的温度进行实时采集，能够确定蓄电池脉冲化成所处状态，从而实现了通过温度变化精确控制化成电流大小，使得在保证化成质量的条件下化成过程高效运行。
由于第二实施方式与本实施方式相互对应，因此本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，在第二实施方式中所能达到的技术效果在本实施方式中也同样可以实现，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种蓄电池脉冲化成充电机，其特征在于，包括：控制装置，功率变换电源，充放电电路；
所述功率变换电源与所述充放电电路连接，用于为所述充放电电路提供电压；
所述充放电电路包括N个DC/DC电路，N为大于1的自然数；其中，各所述DC/DC电路的第一端并联，各所述DC/DC电路的第二端均与蓄电池连接；
所述控制装置分别与所述功率变换电源和所述充放电电路连接，用于控制所述功率变换电源输出的电压，以及处于工作状态的DC/DC电路的数量。
2.根据权利要求1所述的蓄电池脉冲化成充电机，其特征在于，所述控制装置还与蓄电池连接；
所述控制装置还用于采集所述充放电电路的电压和电流，以及所述蓄电池的温度。
3.根据权利要求2所述的蓄电池脉冲化成充电机，其特征在于，所述控制装置具体包括：主控制器和与所述主控制器连接的从控制器；
其中，所述主控制器分别与所述功率变换电源和所述充放电电路连接，用于控制所述功率变换电源输出的电压，以及处于工作状态的DC/DC电路的数量；
所述从控制器与所述蓄电池和所述充放电电路连接，用于采集所述充放电电路的电压和电流，以及所述蓄电池的温度，并将采集的所述电压、所述电流和所述温度反馈至所述主控制器。
4.根据权利要求1所述的蓄电池脉冲化成充电机，其特征在于，所述充放电电路还包括N-1个接触器；
每相邻的两个所述DC/DC电路的所述第二端分别与同一所述接触器连接，并且，不相邻的两个所述DC/DC电路的所述第二端连接至不同的接触器。
5.根据权利要求1所述的蓄电池脉冲化成充电机，其特征在于，所述DC/DC电路依次由第一接触器、第一滤波电容、开关电路、电流传感器、电感、第二滤波电容以及第二接触器连接而成；其中，所述第一接触器与所述功率变换电源连接，所述第二接触器与所述蓄电池连接。
6.根据权利要求5中所述的蓄电池脉冲化成充电机，其特征在于，所述开关电路具体包括：第一功率开关器件和第二功率开关器件，所述第一功率开关器件和所述第二功率开关器件串联，所述第一功率开关器件与所述第一滤波电容并联，且所述第一功率开关器件与所述电流传感器、所述电感、所述第二滤波电容串联，所述第二功率开关器件与所述电流传感器、所述电感、所述第二滤波电容并联；
其中，所述第一功率开关器件和所述第二功率开关器件以一定的周期分时开通与关断。
7.根据权利要求6所述的蓄电池脉冲化成充电机，其特征在于，还包括保险丝，所述保险丝的一端接所述功率变换电源，所述保险丝的另一端连接所述充放电电路。
8.根据权利要求1所述的蓄电池脉冲化成充电机，其特征在于，所述控制装置具体通过CAN通信协议、RS232通信协议或RS485的通信协议，与所述功率变换电源和所述充放电电路通信连接。
9.一种蓄电池脉冲化成充电机的工作方法，其特征在于，应用于如权利要求1至8中任意一项所述的蓄电池脉冲化成充电机，包括：
所述控制装置获取输出至所述蓄电池的电流值；
所述控制装置根据所述电流值控制所述功率变换电源输出的电压，并控制所述充放电电路中处于工作状态的DC/DC电路的数量。
10.根据权利要求9所述的一种蓄电池脉冲化成充电机的工作方法，其特征在于，还包括：
在所述DC/DC电路的工作过程中，所述控制装置采集所述充放电电路的电压和电流，以及所述蓄电池的温度，并基于采集的所述电压、所述电流和所述温度，调节所述功率变换电源输出的电压和处于工作状态的DC/DC电路的数量。
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