一種大功率動(dòng)力電池組的充電裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種大功率動(dòng)力電池組的充電裝置，包括三相變壓器、三相可控硅移相調(diào)壓整流電路、IGBT負(fù)脈沖放電電路、三相充電控制器、電池組管理系統(tǒng)；三相變壓器的初級(jí)通過(guò)接觸器與三相電源相連接、次級(jí)連接所述整流電路，在所述整流電路與電池組之間設(shè)置二次電流和電壓采樣電路；IGBT負(fù)脈沖放電電路并聯(lián)在電池組的正負(fù)極之間；電池組管理系統(tǒng)用于采集電池組中每個(gè)電池的電壓和溫度信號(hào)；三相充電控制器根據(jù)二次電流和電壓采樣電路采集的電流和電壓信號(hào)以及每個(gè)電池的電壓和溫度信號(hào)控制接觸器、所述整流電路和IGBT負(fù)脈沖放電電路對(duì)電池組進(jìn)行連續(xù)充電或間歇脈沖充電與負(fù)脈沖放電組合充電；本發(fā)明輸出功率大，充電快，且能延長(zhǎng)電池的壽命。
【專利說(shuō)明】—種大功率動(dòng)力電池組的充電裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及動(dòng)力電池組的充電裝置，尤其是一種大功率動(dòng)力電池組的充電裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]據(jù)中科院研究分析，去年霧霾天氣事件，來(lái)自燃油汽車尾氣排放的烴類有機(jī)顆粒物占比達(dá)到18%，治理霧霾已成為國(guó)家戰(zhàn)略和全社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題，汽車尾氣排放已成為城市污染物主要成因之一。而以動(dòng)力電池為新能源的電動(dòng)汽車開(kāi)辟了零排放的全新領(lǐng)域，動(dòng)力電池作為電動(dòng)汽車的核心能源，動(dòng)力電池的續(xù)航能力、充電速度和電池使用壽命，即充得多，充得快，壽命長(zhǎng)，已成為電動(dòng)汽車能否快速發(fā)展的重要技術(shù)指標(biāo)，這其中充電裝置起到關(guān)鍵性的作用。現(xiàn)有的充電裝置主要存在兩大問(wèn)題:
I)輸出功率較小，充電速度慢，無(wú)法滿足電動(dòng)汽車2C或者4C的快速充電要求，特別是長(zhǎng)途大巴，電池組能量超過(guò)lOOOAh，難以實(shí)現(xiàn)途中快速加電。目前市面上的充電裝置主要采用的是單相變壓器整流輸出對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行充電。一種是單相工頻，其基本原理是:單相變壓器輸出一整流成脈動(dòng)直流一加到電池組。這種充電裝置在充電過(guò)程中存在嚴(yán)重的不平衡用電，功率因數(shù)波動(dòng)大，會(huì)嚴(yán)重影響局部電網(wǎng)用電的穩(wěn)定性，且單機(jī)充電裝置的輸出功率普遍低于60kW ;另一種是單相高頻，其基本原理是:三相輸入整流成直流一通過(guò)IGBT逆變成交流一單相高頻變壓器一整流成脈動(dòng)直流一加到電池組。這種充電裝置雖解決了電網(wǎng)三相平衡輸入，但由于仍然采用單相高頻變壓器，在高頻工作狀態(tài)下，輸出功率也很受限制，普遍小于30kW，且存在不同程度的高頻輻射和電磁兼容問(wèn)題。
[0003]2)充電電流不科學(xué)，影響了動(dòng)力電池的使用壽命。理論和實(shí)踐證明電池組充放電是一個(gè)復(fù)雜的電化學(xué)過(guò)程，一般來(lái)說(shuō)充電電流在充電過(guò)程中隨時(shí)間呈指數(shù)規(guī)律下降，不可能自動(dòng)按恒流或者恒壓充電，而且充電過(guò)程中影響充電的因素很多，電池的析氣電壓、溫度、極板活性物等都會(huì)使充電產(chǎn)生很大差異。動(dòng)力電池組長(zhǎng)期工作在循環(huán)狀態(tài)下，質(zhì)量不高的充電裝置必然會(huì)大大縮短電池的壽命，眾多電池專家說(shuō):“電池不是用壞的，而是充壞的”。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種大功率動(dòng)力電池組的充電裝置，能夠三相交流平衡輸入，直流輸出功率大，充電速度快，且能延長(zhǎng)動(dòng)力電池的使用壽命。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種大功率動(dòng)力電池組的充電裝置，包括三相變壓器、三相可控硅移相調(diào)壓整流電路、IGBT負(fù)脈沖放電電路，還包括三相充電控制器、電池組管理系統(tǒng)；
三相變壓器的初級(jí)線圈通過(guò)接觸器與三相電源相連接，三相變壓器的次級(jí)線圈連接三相可控硅移相調(diào)壓整流電路輸入端，所述整流電路輸出端的正極連接一個(gè)單相導(dǎo)通二極管的正極，所述二極管的負(fù)極連接一電流采樣電阻前端，電流采樣電阻后端與電池組的正極連接，所述整流電路輸出端的負(fù)極連接電池組的負(fù)極； IGBT負(fù)脈沖放電電路并聯(lián)在電池組的正負(fù)極之間；
電池組的正極還連接第一電阻一端，電池組的負(fù)極還連接電壓采樣電阻一端，第一電阻與電壓采樣電阻相串聯(lián)；
電流米樣電阻的電流信號(hào)和電壓米樣電阻的電壓信號(hào)輸送給三相充電控制器；
所述電池組管理系統(tǒng)通過(guò)溫度傳感器和電壓采集電路采集電池組中每個(gè)電池的電壓和溫度并把每個(gè)電池的電壓和溫度信號(hào)通過(guò)RS485或CAN通訊接口傳輸給三相充電控制器；
所述三相充電控制器連接三相電源并根據(jù)電流采樣電阻的電流信號(hào)和電壓采樣電阻的電壓信號(hào)以及每個(gè)電池的電壓和溫度信號(hào)控制接觸器、三相可控硅移相調(diào)壓整流電路和IGBT負(fù)脈沖放電電路對(duì)電池組進(jìn)行連續(xù)充電或間歇脈沖充電與負(fù)脈沖放電組合充電。
[0006]優(yōu)選所述三相可控硅移相調(diào)壓整流電路包括六個(gè)可控硅，第一可控硅的正極與第四可控硅的負(fù)極連接并與三相變壓器次級(jí)的第一端連接，第一可控硅的負(fù)極連接所述二極管的正極，第四可控硅的正極連接電池組負(fù)極；第三可控硅的正極與第六可控硅的負(fù)極連接并與三相變壓器次級(jí)的第二端連接，第三可控硅的負(fù)極連接所述二極管的正極，第六可控硅的正極連接電池組負(fù)極；第五可控硅的正極與第二可控硅的負(fù)極連接并與三相變壓器次級(jí)的第三端連接，第五可控硅的負(fù)極連接所述二極管的正極，第二可控硅的正極連接電池組負(fù)極；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別與三相充電控制器的輸出端相連接。
[0007]優(yōu)選所述IGBT負(fù)脈沖放電電路包括IGBT開(kāi)關(guān)管、第二電阻和第三電阻，IGBT開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極連接第二電阻，第二電阻再連接電池組的負(fù)極，IGBT開(kāi)關(guān)管的集電極連接第三電阻，第三電阻再連接電池組的正極，IGBT開(kāi)關(guān)管的控制極連接所述三相充電控制器一個(gè)輸出端。
[0008]進(jìn)一步改進(jìn)，所述第三電阻為可變電阻。以方便調(diào)整放電速度。
[0009]進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一電阻由三個(gè)電阻串接構(gòu)成。擴(kuò)大第一電阻選擇范圍，以降低生產(chǎn)成本。
[0010]進(jìn)一步改進(jìn)，所述三相電源的引入端設(shè)置有斷路器。方便對(duì)輸入電源的控制。
[0011]進(jìn)一步改進(jìn)，還包括觸摸屏，所述觸摸屏通過(guò)RS485通訊接口連接三相充電控制器。三相充電控制器通過(guò)觸摸屏人機(jī)交互界面，根據(jù)電池組的額定容量，可以自主設(shè)定電池組額定電壓；可以自主設(shè)定充電時(shí)間、充電電量；自主設(shè)定快沖、中充、慢充方式。提供人性化的交互界面和充電方式選擇，解決了一臺(tái)充電裝置滿足多種動(dòng)力電池組的充電需求，克服了充電裝置與動(dòng)力電池組一對(duì)一的技術(shù)瓶頸。
[0012]本發(fā)明相比于傳統(tǒng)充電裝置具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、采用三相變壓器和三相可控硅移相調(diào)壓整流電路相配合進(jìn)行充電，保證局部電網(wǎng)用電的平衡和穩(wěn)定性，可以得到較大輸出功率，本發(fā)明最大充電電流可達(dá)到600A，最大輸出功率可達(dá)400kW ；
2、在三相可控硅移相調(diào)壓整流電路與電池組之間設(shè)置了二次電流取樣電路和二次電壓取樣電路，同時(shí)三相充電控制器設(shè)置了 CAN/RS485串行通訊接口，能通過(guò)電池組管理系統(tǒng)獲取每一塊單體電池的電壓、溫度信息；然后根據(jù)二次電流和電壓取樣信號(hào)，三相充電控制器自動(dòng)動(dòng)態(tài)跟蹤電池組所能接受的最大充電電流，提高了充電速度； 3、根據(jù)電池組管理系統(tǒng)通訊獲取的溫度信息，三相充電控制器自動(dòng)換算出電池組兩端當(dāng)前可能接受的最大析氣電壓，并通過(guò)可控硅移相調(diào)壓，設(shè)定最大輸出電壓，確保不產(chǎn)生過(guò)電壓充電；
4、根據(jù)電池組管理系統(tǒng)獲取單體電池的兩端電壓，可以準(zhǔn)確判斷單體電池阻抗的變化狀態(tài)，當(dāng)某一塊電池阻抗升高或兩端電壓提前超過(guò)設(shè)定值或溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，控制器自動(dòng)轉(zhuǎn)換成間歇脈沖充電與負(fù)脈沖放電組合充電模式，適時(shí)地對(duì)電池進(jìn)行反向大電流瞬間放電，能夠除去電池正極板上的氣體，并使氧氣在負(fù)極板上被吸收，從而解決了電池在快速充電過(guò)程中的極化問(wèn)題，這個(gè)過(guò)程還可以降低電池內(nèi)部的壓力、溫度、阻抗，減少能量的損耗，使電能更有效地轉(zhuǎn)化為化學(xué)能并存儲(chǔ)起來(lái)，提高了充電效率和電池的充電接受能力，從而大大提高充電速度，縮短充電時(shí)間；
5、當(dāng)快速充電量達(dá)到98%時(shí)，控制器還可以自動(dòng)轉(zhuǎn)換成涓流浮充，直到充電電流減小到接近零和完全充滿為止。
[0013]因此,本發(fā)明輸出功率大,充電速度快,且能延長(zhǎng)動(dòng)力電池的使用壽命。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0016]圖1所示，一種大功率動(dòng)力電池組的充電裝置，包括三相變壓器1、三相可控硅移相調(diào)壓整流電路2、IGBT負(fù)脈沖放電電路3、三相充電控制器4、觸摸屏5、電池組管理系統(tǒng)6，所述觸摸屏5通過(guò)RS485通訊接口連接三相充電控制器4 ；
三相變壓器I的初級(jí)線圈通過(guò)接觸器7與三相電源相連接，所述三相可控硅移相調(diào)壓整流電路2包括六個(gè)可控硅，第一可控硅Vl的正極與第四可控硅V4的負(fù)極連接并與三相變壓器I次級(jí)的第一端連接，第一可控硅Vl的負(fù)極連接一個(gè)單相導(dǎo)通二極管Dl的正極，第四可控硅V4的正極連接電池組8負(fù)極；第三可控硅V3的正極與第六可控硅V6的負(fù)極連接并與三相變壓器I次級(jí)的第二端連接，第三可控硅V3的負(fù)極連接所述二極管Dl的正極，第六可控硅V6的正極連接電池組8負(fù)極；第五可控硅V5的正極與第二可控硅V2的負(fù)極連接并與三相變壓器I次級(jí)的第三端連接，第五可控硅V5的負(fù)極連接所述二極管Dl的正極，第二可控硅V2的正極連接電池組8負(fù)極；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的控制端分別與三相充電控制器4的輸出端相連接；
所述二極管Dl的負(fù)極連接一電流采樣電阻Rsl前端，電流采樣電阻Rsl后端與電池組8的正極連接；
電池組8的正極還連接第一電阻9 一端，電池組8的負(fù)極還連接電壓采樣電阻R4—端，第一電阻9與電壓采樣電阻R4相串聯(lián)，所述第一電阻9由三個(gè)電阻Rl、R2、R3串接構(gòu)成；IGBT負(fù)脈沖放電電路3并聯(lián)在電池組8的正負(fù)極之間；所述IGBT負(fù)脈沖放電電路3包括IGBT開(kāi)關(guān)管31、第二電阻R5和第三電阻Rs2，IGBT開(kāi)關(guān)管31的發(fā)射極連接第二電阻R5，第二電阻R5再連接電池組8的負(fù)極，IGBT開(kāi)關(guān)管31的集電極連接第三電阻Rs2，第三電阻Rs2再連接電池組8的正極，IGBT開(kāi)關(guān)管31的控制極連接三相充電控制器4 一個(gè)輸出端；
所述第三電阻Rs2可選用可變電阻；
電流米樣電阻Rsl的電流信號(hào)和電壓米樣電阻R4的電壓信號(hào)輸送給三相充電控制器
4；
所述電池組管理系統(tǒng)6通過(guò)溫度傳感器和電壓采集電路采集電池組8中每個(gè)電池的電壓和溫度并把每個(gè)電池的電壓和溫度信號(hào)通過(guò)RS485或CAN通訊接口傳輸給三相充電控制器4;
所述三相充電控制器4連接三相電源并根據(jù)電流采樣電阻Rsl的電流信號(hào)和電壓采樣電阻R4的電壓信號(hào)以及每個(gè)電池的電壓和溫度信號(hào)控制接觸器7、三相可控硅移相調(diào)壓整流電路2和IGBT負(fù)脈沖放電電路3對(duì)電池組8進(jìn)行連續(xù)充電或間歇脈沖充電與負(fù)脈沖放電組合充電；
在三相電源的引入端還設(shè)置有斷路器10。
[0017]所述三相充電控制器4可以選用工業(yè)計(jì)算機(jī)或工業(yè)PC機(jī)等能夠執(zhí)行計(jì)算和控制程序的微機(jī)系統(tǒng)。
[0018]本實(shí)施例可實(shí)現(xiàn)以下設(shè)計(jì)參數(shù):
O交流輸入:輸入交流電壓:三相380VAC/50HZ，輸入線電流:175A，輸入視在功率:115kVA ；
2)直流輸出:輸出額定電壓:468VDC，輸出額定電流:206ADC，輸出額定功率:100kW，輸出波形脈動(dòng)頻率300HZ ；
3)負(fù)脈沖放電:放電脈沖電流:500ADC，脈寬:2mS(可調(diào))；負(fù)載電池組由120只(單體
3.3V/570A)組成或由2*120并聯(lián)的電池組，充電裝置一次充電，長(zhǎng)途大巴可續(xù)航350kM或700kM。
[0019]以上僅是本發(fā)明一個(gè)較佳的實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員按權(quán)利要求作等同的改變都落入本案的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種大功率動(dòng)力電池組的充電裝置，包括三相變壓器、三相可控硅移相調(diào)壓整流電路、IGBT負(fù)脈沖放電電路，其特征在于:還包括三相充電控制器、電池組管理系統(tǒng)； 三相變壓器的初級(jí)線圈通過(guò)接觸器與三相電源相連接，三相變壓器的次級(jí)線圈連接三相可控硅移相調(diào)壓整流電路輸入端，所述整流電路輸出端的正極連接一個(gè)單相導(dǎo)通二極管的正極，所述二極管的負(fù)極連接一電流采樣電阻前端，電流采樣電阻后端與電池組的正極連接，所述整流電路輸出端的負(fù)極連接電池組的負(fù)極； IGBT負(fù)脈沖放電電路并聯(lián)在電池組的正負(fù)極之間； 電池組的正極還連接第一電阻一端，電池組的負(fù)極還連接電壓采樣電阻一端，第一電阻與電壓采樣電阻相串聯(lián)； 電流米樣電阻的電流信號(hào)和電壓米樣電阻的電壓信號(hào)輸送給三相充電控制器； 所述電池組管理系統(tǒng)通過(guò)溫度傳感器和電壓采集電路采集電池組中每個(gè)電池的電壓和溫度并把每個(gè)電池的電壓和溫度信號(hào)通過(guò)RS485或CAN通訊接口傳輸給三相充電控制器； 所述三相充電控制器連接三相電源并根據(jù)電流采樣電阻的電流信號(hào)和電壓采樣電阻的電壓信號(hào)以及每個(gè)電池的電壓和溫度信號(hào)控制接觸器、三相可控硅移相調(diào)壓整流電路和IGBT負(fù)脈沖放電電路對(duì)電池組進(jìn)行連續(xù)充電或間歇脈沖充電與負(fù)脈沖放電組合充電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率動(dòng)力電池組的充電裝置，其特征在于:所述三相可控硅移相調(diào)壓整流電路包括六個(gè)可控硅，第一可控硅的正極與第四可控硅的負(fù)極連接并與三相變壓器次級(jí)的第一端連接，第一可控硅的負(fù)極連接所述二極管的正極，第四可控硅的正極連接電池組負(fù)極；第三可控硅的正極與第六可控硅的負(fù)極連接并與三相變壓器次級(jí)的第二端連接，第三可控硅的負(fù)極連接所述二極管的正極，第六可控硅的正極連接電池組負(fù)極；第五可控硅的正極與第二可控硅的負(fù)極連接并與三相變壓器次級(jí)的第三端連接，第五可控硅的負(fù)極連接所述二極管的正極，第二可控硅的正極連接電池組負(fù)極；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別與三相充電控制器的輸出端相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率動(dòng)力電池組的充電裝置，其特征在于:所述IGBT負(fù)脈沖放電電路包括IGBT開(kāi)關(guān)管、第二電阻和第三電阻，IGBT開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極連接第二電阻，第二電阻再連接電池組的負(fù)極，IGBT開(kāi)關(guān)管的集電極連接第三電阻，第三電阻再連接電池組的正極，IGBT開(kāi)關(guān)管的控制極連接所述三相充電控制器一個(gè)輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種大功率動(dòng)力電池組的充電裝置，其特征在于:所述第三電阻為可變電阻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率動(dòng)力電池組的充電裝置，其特征在于:所述第一電阻由三個(gè)電阻串接構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率動(dòng)力電池組的充電裝置，其特征在于:所述三相電源的引入端設(shè)置有斷路器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的一種大功率動(dòng)力電池組的充電裝置，其特征在于:還包括觸摸屏，所述觸摸屏通過(guò)RS485通訊接口連接三相充電控制器。
【文檔編號(hào)】H02J7/10GK103475078SQ201310465867
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月9日
【發(fā)明者】謝友金, 柯嵐, 謝捷傳, 陳清春, 謝友煌 申請(qǐng)人:廈門(mén)綠洋電氣有限公司