CN203707860U - 一种三相高频逆变脉冲式动力电池组的充电装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种三相高频逆变脉冲式动力电池组的充电装置，包括三相可控硅线性调压整流电路、高频逆变电路、高频变压器、高频整流电路、IGBT负脉冲放电电路、高频充电控制器、电池组管理***，三相可控硅线性调压整流电路的输入端连接三相电源、输出端通过滤波电路连接高频逆变电路输入端，高频逆变电路输出端连接高频变压器初级，高频变压器次级连接高频整流电路，高频整流电路的输出正极通过电流采样电阻连接电池组正极，高频整流电路的输出负极连接电池组负极；IGBT负脉冲放电电路并联电池组的正负极；通过高频充电控制器的控制对电池组进行连续脉冲充电或间歇脉冲充电与负脉冲放电组合充电；本实用新型充电兼容性高，充电速度快，输出功率大。
Description
技术领域
本实用新型涉及动力电池组的充电装置，尤其是一种三相高频逆变脉冲式动力电池组的充电装置。
背景技术
据中科院研究分析，雾霾天气事件，来自燃油汽车尾气排放的烃类有机颗粒物占比达到18%，治理雾霾已成为国家战略和全社会热点问题，汽车尾气排放已成为城市污染物主要成因之一。以动力电池为新能源的电动汽车开辟了零排放的全新领域，动力电池作为电动汽车的核心能源，动力电池的续航能力、充电速度和电池使用寿命，即充得多，充得快，寿命长，已成为电动汽车能否快速发展的重要技术指标，这其中充电装置的兼容性和通用充电站建设问题起到关键性的作用。现有的充电装置主要存在三大问题：
1）充电装置不兼容。现有充电装置的输出充电电压是根据动力电池组电压值定向设计的，基本是不可变的，只能匹配特定的动力电池组。无法满足不同电压等级和不同特性动力电池组的兼容充电要求。严重影响了充电站的普及和电动汽车的购买热情，直接影响了电动汽车产业的快速发展；
2）充电模块容量小、充电速度慢。在北京***、上海世博会和一些专用公交线路的大功率充电装置，都是采用10kW、20kW、30kW的小功率充电模块并联构成的大功率充电装置，为了保证各个模块的动态平衡，输出的电压/电流基本上都采用纯直流方式，只有常规的恒流+恒压充电模式，难以实现灵活的组合脉冲充电波形，影响电池组的充电速度；
3）充电电流不科学。理论和实践证明电池组充放电是一个复杂的电化学过程，一般来说充电电流在充电过程中随时间呈指数规律下降，不可能是简单的恒流或者恒压充电。而且充电过程中影响充电的因素很多，不同材料的电池具有不同的析气电压、温度、极板活性物等都会使充电产生很大差异。动力电池组长期工作在循环状态下，质量不高的充电装置必然会大大缩短电池的寿命，因此众多电池专家说：“电池不是用坏的，而是充坏的”。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种三相高频逆变脉冲式动力电池组的充电装置，其充电兼容性高，充电速度快，输出功率大，且能较好保护电池组。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：一种三相高频逆变脉冲式动力电池组的充电装置，包括三相可控硅线性调压整流电路、IGBT负脉冲放电电路、高频充电控制器、电池组管理***、高频逆变电路、高频变压器、高频整流电路，三相可控硅线性调压整流电路的输入端连接外部三相电源；
所述高频逆变电路包括第一、第二、第三和第四IGBT开关管，第一IGBT开关管的发射极与第二IGBT开关管的集电极连接并与高频变压器初级一端连接，第三IGBT开关管的发射极与第四IGBT开关管的集电极连接并与高频变压器初级另一端连接，第一IGBT开关管的集电极和第三IGBT开关管的集电极相连接并连接三相可控硅线性调压整流电路的输出端正极，第二IGBT开关管的发射极和第四IGBT开关管的发射极相连接并连接三相可控硅线性调压整流电路的输出端负极，第一、第二、第三和第四IGBT开关管的控制门极连接高频充电控制器的四个输出端；
所述高频整流电路包括第一、第二、第三和第四二极管，第一二极管的正极连接第二二极管的负极并与高频变压器次级的一端连接，第三二极管的正极连接第四二极管的负极并与高频变压器次级的另一端连接，第一二极管的负极连接第三二极管的负极并连接一电流采样电阻前端，电流采样电阻后端与电池组的正极连接，第二二极管的正极连接第四二极管的正极并与电池组的负极连接；
IGBT负脉冲放电电路并联在电池组的正负极之间；
电池组的正极还连接第一电阻一端，电池组的负极还连接电压采样电阻一端，第一电阻与电压采样电阻相串联；
电流采样电阻的电流信号和电压采样电阻的电压信号输送给高频充电控制器；
所述电池组管理***通过温度传感器和电压采集电路采集电池组中每个单体电池的电压和温度并把每个单体电池的电压和温度信号通过RS485或CAN通讯接口传输给高频充电控制器；
所述高频充电控制器连接三相电源并根据电流采样电阻的电流信号和电压采样电阻的电压信号以及电池组中每个单体电池的电压和温度信号控制三相可控硅线性调压整流电路、高频逆变电路和IGBT负脉冲放电电路对电池组进行连续脉冲充电或间歇脉冲充电与负脉冲放电组合充电。
进一步改进，所述三相可控硅线性调压整流电路和高频逆变电路之间还设有滤波电路，所述滤波电路包括串连在三相可控硅线性调压整流电路输出端正极与第一IGBT开关管集电极之间的电感器、并接在第一IGBT开关管集电极和第二IGBT开关管的发射极之间的电容器。以改善电压的输出质量。
优选所述三相可控硅线性调压整流电路包括六个可控硅，第一可控硅的正极与第二可控硅的负极连接并与三相电源A相连接；第三可控硅的正极与第四可控硅的负极连接并与三相电源C相连接；第五可控硅的正极与第六可控硅的负极连接并与三相电源B相连接；第一可控硅的负极、第三可控硅的负极和第五可控硅的负极相连接并成为整流电路输出端的正极，第二可控硅的正极、第四可控硅的正极和第六可控硅的正极相连接并成为整流电路输出端负极；第一可控硅、第二可控硅、第三可控硅、第四可控硅、第五可控硅、第六可控硅的控制端分别与高频充电控制器的一个输出端相连接。实现与三相电源的连接，提供线性可调的输出电压。
优选所述IGBT负脉冲放电电路包括IGBT开关管、第二电阻和第三电阻，IGBT开关管的发射极连接第二电阻，第二电阻再连接电池组的负极，IGBT开关管的集电极连接第三电阻，第三电阻再连接电池组的正极，IGBT开关管的控制门极连接所述高频充电控制器一个输出端。
进一步优选，所述第三电阻为可变电阻。以方便调整放电速度。
进一步改进，所述第一电阻由三个电阻串接构成。扩大第一电阻选择范围，以降低生产成本。
进一步改进，所述三相可控硅线性调压整流电路的输入端通过接触器连接外部三相电源。方便对输入电源的控制。
进一步改进，所述三相电源的引入端设置有断路器。方便对输入电源的控制。
进一步改进，还包括触摸屏，所述触摸屏通过RS485通讯接口连接高频充电控制器。高频充电控制器通过触摸屏人机交互界面，进一步提高充电装置使用的灵活性。高频充电控制器通过触摸屏进行人机数据交换，根据电池组的额定容量，可以自主设定电池组充电电压等级；可以自主设定充电时间、充电电量；自主设定快冲、中充、慢充方式。提供人性化的交互界面和充电方式选择，进一步解决了一台充电装置满足多种不同规格动力电池组的充电需求，解决了充电装置的兼容性，克服了动力电池组一对一的技术瓶颈。
本实用新型具有以下有益性能：
1、充电电压线性可调：通过三相可控硅线性调压整流电路与三相电源的连接，在正常情况下，输出电压在1000V范围内，可根据动力电池组电压等级自由设定，只要充电接口一致，一台充电装置可满足各种不同电动车型的充电要求，解决了充电装置兼容性问题，容易实现充电站建设的通用性和普及化；
2、单体输出功率大、充电速度快：单台充电装置最大输出功率可达150kW，无需模块并联使用，对于200-300Ah的电池组可实现2C以上充电速度；
3、充电精度高：能线性自动跟踪电池组所能接受最大充电电流和电压，采用脉冲充电方式比起纯直流充电方式，能给电池内部电解液提供“呼吸”机会，能有效防止电极极化发生，提高电池充电精度；
4、具有自修复功能，较好保护电池组：通过电池组管理***联合控制，通过实现任意间歇脉冲和负脉冲放电组合充电，有效降低电池内部的压力、温度和阻抗，自动修复快速充电过程中极化问题；
5、电能转换效率高：高频逆变电路的母线电压幅值在0-530V范围内线性可调，无需通过变频调节输出电压，可使高频逆变器始终工作在高频开关状态，保持最高的电能转换效率；
6、控制灵活，充电智能化程度高：本发明在高频整流电路与电池组之间，设置了二次电流取样电路和二次电压取样电路，同时高频充电控制器提供了CAN/RS485串行通讯接口，能通过电池组管理***获取电池组的规格和电压等级，自动设置最佳充电电压值；能通过电池组管理***获取每一块单体电池的电压、温度信息；根据二次电流取样信号，控制器能自动动态跟踪电池组所能接受的最大充电电流，提高充电速度；根据电池组管理***通讯功能获取单体电池的两端电压，可以准确判断单体电池阻抗的变化状态，当某一块电池阻抗升高或两端电压提前超过设定值或温度超过设定值时，通过高频充电控制器控制充电装置自动转换成间歇脉冲充电与负脉冲放电组合充电模式，适时地对电池进行反向大电流瞬间放电，能够除去正极板上的气体，并使氧气在负极板上被吸收，从而解决了电池在快速充电过程中的极化问题，这个过程还可以降低电池内部的压力、温度、阻抗，减少能量的损耗，使电能更有效地转化为化学能并存储起来，提高了充电效率和电池的充电接受能力，从而大大提高充电速度，缩短充电时间；当快速充电量达到98%（可设定）时，间歇脉冲充电波形仍可保持较高的高峰值电流和小平均电流的涓流浮充模式，直到充电电流减小到接近零和完全充满为止。
附图说明
图1是本实用新型原理电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
图1所示，一种三相高频逆变脉冲式动力电池组的充电装置，包括三相可控硅线性调压整流电路1、IGBT负脉冲放电电路2、高频充电控制器3、电池组管理***4、高频逆变电路5、高频变压器6、高频整流电路7，三相可控硅线性调压整流电路1的输入端连接外部三相电源；
所述三相可控硅线性调压整流电路1包括六个可控硅，第一可控硅V1的正极与第二可控硅V2的负极连接并与三相电源A相连接；
第三可控硅V3的正极与第四可控硅V4的负极连接并与三相电源C相连接；
第五可控硅V5的正极与第六可控硅V6的负极连接并与三相电源B相连接；
第一可控硅V1的负极、第三可控硅V3的负极和第五可控硅V5的负极相连接并成为整流电路输出端的正极，第二可控硅V2的正极、第四可控硅V4的正极和第六可控硅V6的正极相连接并成为整流电路输出端负极；
第一可控硅V1、第二可控硅V2、第三可控硅V3、第四可控硅V4、第五可控硅V5、第六可控硅V6的控制端分别与高频充电控制器3的一个输出端相连接。
所述高频逆变电路5包括第一、第二、第三和第四IGBT开关管IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4，第一IGBT开关管IGBT1的发射极与第二IGBT开关管IGBT2的集电极连接并与高频变压器6初级一端连接，第三IGBT开关管IGBT3的发射极与第四IGBT开关管IGBT4的集电极连接并与高频变压器6初级另一端连接，第一IGBT开关管IGBT1的集电极和第三IGBT开关管IGBT3的集电极相连接并连接三相可控硅线性调压整流电路1的输出端正极，第二IGBT开关管IGBT2的发射极和第四IGBT开关管IGBT4的发射极相连接并连接三相可控硅线性调压整流电路1的输出端负极，第一、第二、第三和第四IGBT开关管IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4的控制门极分别与高频充电控制器3的一个输出端相连接；
在三相可控硅线性调压整流电路1和高频逆变电路5之间还设有滤波电路8，所述滤波电路8包括串连在三相可控硅线性调压整流电路1输出端正极与第一IGBT开关管IGBT1集电极之间的电感器L1、并接在第一IGBT开关管IGBT1集电极和第二IGBT开关管IGBT2的发射极之间的电容器C1；
所述高频整流电路7包括第一、第二、第三和第四二极管D1、D2、D3、D4，第一二极管D1的正极连接第二二极管D2的负极并与高频变压器6次级的一端连接，第三二极管D3的正极连接第四二极管D4的负极并与高频变压器6次级的另一端连接，第一二极管D1的负极连接第三二极管D3的负极并连接一电流采样电阻Rs1前端，电流采样电阻Rs1后端与电池组9的正极连接，第二二极管D2的正极连接第四二极管D4的正极并与电池组9的负极连接；
IGBT负脉冲放电电路2并联在电池组9的正负极之间，所述IGBT负脉冲放电电路2包括IGBT开关管IGBT5、第二电阻R5和第三电阻Rs2，IGBT开关管IGBT5的发射极连接第二电阻R5，第二电阻R5再连接电池组9的负极，IGBT开关管R5的集电极连接第三电阻Rs2，第三电阻Rs2再连接电池组9的正极，IGBT开关管IGBT5的控制门极连接所述高频充电控制器3一个输出端；所述第三电阻Rs2可选用可变电阻；
电池组9的正极还连接第一电阻10一端，电池组9的负极还连接电压采样电阻R4一端，第一电阻10与电压采样电阻R4相串联；所述第一电阻10由三个电阻R1、R2、R3串接构成；
电流采样电阻Rs1的电流信号和电压采样电阻R4的电压信号输送给高频充电控制器3；
所述电池组管理***4通过温度传感器和电压采集电路采集电池组9中每个单体电池的电压和温度并把每个单体电池的电压和温度信号通过RS485或CAN通讯接口传输给高频充电控制器3；
所述高频充电控制器3连接三相电源并根据电流采样电阻Rs1的电流信号和电压采样电阻R4的电压信号以及电池组9中每个单体电池的电压和温度信号控制三相可控硅线性调压整流电路1、高频逆变电路5和IGBT负脉冲放电电路2对电池组9进行连续脉冲充电或间歇脉冲充电与负脉冲放电组合充电；
本充电装置还包括触摸屏10，所述触摸屏10通过RS485通讯接口连接高频充电控制器3；
所述三相可控硅线性调压整流电路1的输入端还通过接触器11连接外部三相电源。
所述三相电源的引入端设置有断路器12。
以上的三相可控硅线性调压整流电路1，具有三相同步移相线性调压整流的性能，经滤波电路8滤波后，能为高频逆变电路5提供0-530V线性可调的母线直流电压幅值；高频逆变电路5、高频变压器6和高频整流电路7，能提供灵活的高频脉冲组合充电波形的性能；并联在电池组9两端的IGBT负脉冲放电电路2，提供了间歇充电过程深度负脉冲放电的性能。
以上仅是本实用新型一个较佳的实施例，本领域的技术人员按权利要求作等同的改变都落入本案的保护范围。
Claims (9)
1.一种三相高频逆变脉冲式动力电池组的充电装置，包括三相可控硅线性调压整流电路、IGBT负脉冲放电电路、高频充电控制器、电池组管理***；其特征在于：还包括高频逆变电路、高频变压器、高频整流电路，三相可控硅线性调压整流电路的输入端连接外部三相电源；
所述高频逆变电路包括第一、第二、第三和第四IGBT开关管，第一IGBT开关管的发射极与第二IGBT开关管的集电极连接并与高频变压器初级一端连接，第三IGBT开关管的发射极与第四IGBT开关管的集电极连接并与高频变压器初级另一端连接，第一IGBT开关管的集电极和第三IGBT开关管的集电极相连接并连接三相可控硅线性调压整流电路的输出端正极，第二IGBT开关管的发射极和第四IGBT开关管的发射极相连接并连接三相可控硅线性调压整流电路的输出端负极，第一、第二、第三和第四IGBT开关管的控制门极连接高频充电控制器的四个输出端；
所述高频整流电路包括第一、第二、第三和第四二极管，第一二极管的正极连接第二二极管的负极并与高频变压器次级的一端连接，第三二极管的正极连接第四二极管的负极并与高频变压器次级的另一端连接，第一二极管的负极连接第三二极管的负极并连接一电流采样电阻前端，电流采样电阻后端与电池组的正极连接，第二二极管的正极连接第四二极管的正极并与电池组的负极连接；
IGBT负脉冲放电电路并联在电池组的正负极之间；
电池组的正极还连接第一电阻一端，电池组的负极还连接电压采样电阻一端，第一电阻与电压采样电阻相串联；
电流采样电阻的电流信号和电压采样电阻的电压信号输送给高频充电控制器；
所述电池组管理***通过温度传感器和电压采集电路采集电池组中每个单体电池的电压和温度并把每个单体电池的电压和温度信号通过RS485或CAN通讯接口传输给高频充电控制器；
所述高频充电控制器连接三相电源并根据电流采样电阻的电流信号和电压采样电阻的电压信号以及电池组中每个单体电池的电压和温度信号控制三相可控硅线性调压整流电路、高频逆变电路和IGBT负脉冲放电电路对电池组进行连续脉冲充电或间歇脉冲充电与负脉冲放电组合充电。
2.根据权利要求1所述的一种三相高频逆变脉冲式动力电池组的充电装置，其特征在于：所述三相可控硅线性调压整流电路和高频逆变电路之间还设有滤波电路，所述滤波电路包括串连在三相可控硅线性调压整流电路输出端正极与第一IGBT开关管集电极之间的电感器、并接在第一IGBT开关管集电极和第二IGBT开关管的发射极之间的电容器。
3.根据权利要求1所述的一种三相高频逆变脉冲式动力电池组的充电装置，其特征在于：所述三相可控硅线性调压整流电路包括六个可控硅，第一可控硅的正极与第二可控硅的负极连接并与三相电源A相连接；第三可控硅的正极与第四可控硅的负极连接并与三相电源C相连接；第五可控硅的正极与第六可控硅的负极连接并与三相电源B相连接；第一可控硅的负极、第三可控硅的负极和第五可控硅的负极相连接并成为整流电路输出端的正极，第二可控硅的正极、第四可控硅的正极和第六可控硅的正极相连接并成为整流电路输出端负极；第一可控硅、第二可控硅、第三可控硅、第四可控硅、第五可控硅、第六可控硅的控制端分别与高频充电控制器的一个输出端相连接。
4.根据权利要求1所述的一种三相高频逆变脉冲式动力电池组的充电装置，其特征在于：所述IGBT负脉冲放电电路包括IGBT开关管、第二电阻和第三电阻，IGBT开关管的发射极连接第二电阻，第二电阻再连接电池组的负极，IGBT开关管的集电极连接第三电阻，第三电阻再连接电池组的正极，IGBT开关管的控制门极连接所述高频充电控制器一个输出端。
5.根据权利要求4所述的一种三相高频逆变脉冲式动力电池组的充电装置，其特征在于：所述第三电阻为可变电阻。
6.根据权利要求1所述的一种三相高频逆变脉冲式动力电池组的充电装置，其特征在于：所述第一电阻由三个电阻串接构成。
7.根据权利要求1所述的一种三相高频逆变脉冲式动力电池组的充电装置，其特征在于：所述三相可控硅线性调压整流电路的输入端通过接触器连接外部三相电源。
8.根据权利要求1所述的一种三相高频逆变脉冲式动力电池组的充电装置，其特征在于：所述三相电源的引入端设置有断路器。
9.根据权利要求1至8任一项所述的一种三相高频逆变脉冲式动力电池组的充电装置，其特征在于：还包括触摸屏，所述触摸屏通过RS485通讯接口连接高频充电控制器。
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| CN110450655A (zh) * | 2018-05-02 | 2019-11-15 | 哈尔滨工业大学 | 一种应用于电动汽车动态无线供电的三相发射导轨 |
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2014
- 2014-02-24 CN CN201420077681.7U patent/CN203707860U/zh not_active Expired - Lifetime
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