一種蓄電池充電系統的製作方法

2023-10-07 21:12:54

一種蓄電池充電系統的製作方法
【專利摘要】一種蓄電池充電系統，包括：第一整流電路；逆變電路，其與第一整流電路連接；電壓隔離電路，其與逆變電路連接；第二整流電路，其與電壓隔離電路連接；電量檢測電路，其與第一整流電路和逆變電路連接；控制電路，其與第一整流電路、電量檢測電路和逆變電路連接，用於根據第一整流電路輸入端和輸出端的電壓產生整流控制信號，以控制整流電路輸出相應的直流電，還根據逆變電路輸入端和輸出端的電流產生逆變控制信號，以控制逆變電路產生相應的交流電。該系統通過對第一整流電路和逆變電路的控制來的提升安全性和可靠性，噪聲小、體積小。
【專利說明】—種蓄電池充電系統

【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及電力電子領域，具體地說，涉及一種蓄電池充電系統。

【背景技術】
[0002]廣泛使用的一種蓄電池充電系統，採用簡單的相控直接整流形式，導致控制精度不高，輸出電壓波動大、紋波大，輸入電壓與輸出電壓沒有電氣隔離，安全性差。為了克服這些的問題，普遍採用變壓器先對工頻交流電進行降壓，再對降壓後的交流電進行整流，這樣雖然解決了電氣隔離問題，但變壓器具有體積大、比較重缺點導致整套充電系統集成度低，而且變壓器能產生較大的工頻噪音。另外的，某些領域對蓄電池充電系統的安全性和可靠性的要求也越來越高。


【發明內容】

[0003]針對上述問題，一種蓄電池充電系統，包括:
[0004]第一整流電路，其用於將輸入的第一交流電轉化成第一直流電並輸出；
[0005]逆變電路，其與所述第一整流電路連接，用於將所述第一直流電轉換成第二交流電並輸出；
[0006]電壓隔離電路，其與所述逆變電路連接，用於將所述第二交流電進行電壓隔離，得到第三交流電並輸出；
[0007]第二整流電路，其與所述電壓隔離電路連接，用於將所述第三交流電轉換成第二直流電，來為蓄電池充電；
[0008]電量檢測電路，其與所述第一整流電路和逆變電路連接，用於檢測所述第一整流電路輸入端和輸出端的電壓，以及所述逆變電路輸入端和輸出端的電流；
[0009]控制電路，其與所述第一整流電路、電量檢測電路和逆變電路連接，用於根據所述第一整流電路輸入端和輸出端的電壓產生整流控制信號，以控制所述第一整流電路輸出需要的第一直流電，還用於根據所述逆變電路輸入端和輸出端的電流產生逆變控制信號，以控制所述逆變電路產生需要的第二交流電。
[0010]在一個具體的實施例中，所述第一整流電路包括:
[0011]整流觸發電路，其與所述控制電路連接，用於根據所述整流控制信號中的整流觸發信號產生觸發脈衝，根據所述整流控制信號中的整流停止信號停止產生觸發脈衝；
[0012]半控橋式整流電路，其與所述整流觸發電路連接，用於根據所述觸發脈衝將所述第一交流電轉換為所述第一直流電；
[0013]緩衝電路，其並聯在所述半控橋式整流電路的輸出端的兩端，用於減小所述半控橋式整流電路的輸出端的電壓突變。
[0014]在一個具體的實施例中，所述半控橋式整流電路包括:
[0015]多個晶閘管，所述若干晶閘管的陰極作為所述半控橋式整流電路的輸出端正極，或所述若干晶閘管的陽極作為所述半控橋式整流電路的輸出端負極。
[0016]在一個具體的實施例中，所述第一整流電路還包括:
[0017]預充電電路，其連接於所述半控橋式整流電路的輸入端以及由所述若干晶閘管構成的輸出端正極或輸出端負極，用於對所述緩衝電路進行預充電。
[0018]預充電觸發電路，其與所述控制電路連接，用於根據所述整流控制信號中的預充電觸發信號，控制所述預充電電路對所述緩衝電路進行預充電，根據所述整流控制信號中的預充電停止信號，控制所述預充電電路停止預充電；
[0019]在一個具體的實施例中，當所述預充電觸發電路正常時，所述預充電觸發電路向所述控制電路發送預充電反饋信號；
[0020]當所述整流觸發電路正常時，所述整流觸發電路向所述控制電路發送整流反饋信號。
[0021]在一個具體的實施例中，所述控制電路判斷所述第一整流電路的輸入端電壓是否正常，如果正常，則向所述預充電觸發電路發出所述預充電觸發信號，否則發出預充電停止信號;
[0022]如果發出所述預充電觸發信號後，所述控制電路未接收到所述預充電反饋信號，則向所述預充電觸發電路發出預充電停止信號；
[0023]所述控制電路接收到預充電反饋信號並檢測到所述第一整流電路的輸出端電壓達到預設充電閾值後，向所述整流觸發電路發出整流觸發信號，以控制所述整流觸發電路進行整流；
[0024]如果發出整流觸發信號後，所述控制電路未接收到所述整流反饋信號，則向所述整流觸發電路發出整流停止信號。
[0025]在一個具體的實施例中，所述控制電路判斷所述逆變電路的輸入和/或輸出電量是否超過預設電量閾值，如果超過，則發出整流停止信號。
[0026]在一個具體的實施例中，所述逆變電路包括並聯在其輸入端兩端的串聯的第一換向電容和第二換向電容，其中，所述電量檢測電路與第一換向電容連接，以檢測所述第一換向電容兩端的電壓。
[0027]在一個具體的實施例中，所述控制電路判斷所述第一換向電容與第二換向電容的電壓值之和是否超過預設電壓範圍，如果超過，則發出整流停止信號，
[0028]在一個具體的實施例中，所述控制電路計算第一換向電容與第二換向電容的電壓的差值，並在所述差值的絕對值超出預設電壓差值後，向所述第一整流電路發出整流停止信號。
[0029]在一個具體的實施例中，所述逆變電路根據所述逆變控制信號中的逆變觸發信號，產生所述第二交流電，根據所述逆變控制信號中的逆變停止信號，停止產生所述第二交流電。
[0030]在一個具體的實施例中，所述逆變電路包括:
[0031 ] 逆變觸發電路，其與所述控制電路連接，用於根據逆變控制信號中的逆變觸發信號產生驅動信號，根據逆變控制信號中的逆變停止信號，停止產生驅動信號；
[0032]半橋逆變電路，其與所述第一整流電路和逆變觸發電路連接，用於根據所述驅動信號將所述第一直流電轉換為所述第二交流電。
[0033]在一個具體的實施例中，所述控制電路判斷所述逆變電路的輸入電流的兩倍與所述逆變電路輸出電流的差值的絕對值是否大於的預設電流差值，如果是，則發出逆變停止信號。
[0034]在一個具體的實施例中，所述控制電路判斷出所述逆變電路輸出電流值超過預設電流閾值後，向所述逆變電路發出逆變停止信號。
[0035]本發明的第一整流電路將將電網交流電源直接整流為較平滑的第一直流電，逆變電路將第一直流電逆變為頻率較高的第二交流電，因為第二交流電的頻率較高，所以既可以用體積較小的電壓隔離電路進行電氣隔離，還使得電壓隔離電路所產生的噪聲比較小。另外的，控制電路根據第一整流電路輸入端和輸出端的電壓以及逆變電路輸入端和輸出端的電流來分別調整第一直流電和第二交流電，使得該系統各部分承受的電流或電壓在安全的範圍，以提升該系統的安全性和可靠性。
[0036]本發明的其它特徵和優點將在隨後的說明書中闡述，並且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通過在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]在下文中將基於實施例並參考附圖來對本發明進行更詳細的描述。其中:
[0038]圖1是本發明的一種實施方式的蓄電池充電系統的電路示意圖。
[0039]圖2是本發明的一種實施方式的蓄電池充電系統的第一整流電路的示意圖。
[0040]在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標記。

【具體實施方式】
[0041]下面將結合附圖對本發明作進一步說明。圖1為本發明一種實施方式的蓄電池充電系統的電路連接示意圖。在本實施例中，蓄電池充電系統包括主電路以及控制電路。主電路包括用於將輸入的第一交流電轉化成第一直流電並輸出的第一整流電路，連接於第一整流電路且用於將第一直流電轉換成第二交流電的逆變電路，連接於逆變電路且用於將第二交流電經電氣隔離後並轉換成第三交流電的電壓隔離電路，連接於電壓隔離電路且用於將第三交流電轉換第二直流電輸出的第二整流電路，連接於第二整流電路且用於將第二直流電進行濾波並輸出到蓄電池的濾波電路。具體連接方式如下:
[0042]圖2示意性的表示了第一整流電路。對應於圖1可以看出，端子U1、V1、W1分別為對應於限流電阻R3、R2、Rl的輸入端，觸發端子U2、V2、W2分別對應於繼電器26、27、28的常開觸點，充電端子21對應於繼電器29的常開觸點，控制及反饋端22對應於預充電控制端401、預充電反饋接收端402、整流觸發控制端403、整流觸發反饋接收端404。在本實施例中，第一整流電路包括半控橋式整流電路I。半控橋式整流電路I包括3個晶閘管11?13，3個二極體14?16，晶閘管11?13的陰極連接在一起構成半控橋式整流電路I的輸出陽極D1，二極體14?16的陽極連接在一起構成半控橋式整流電路I的輸出陰極D2。各個晶閘管的陽極與各個二極體的陰極對應相連，即附圖標記中的11與14，12與15，13與16相互連接。二極體與晶閘管相連處分別為蓄電池充電系統的三相輸入埠 U、V、W，輸入埠 U、V、W外接三相供電電網。晶閘管11?13的門極分別連接於第一觸發電路2的觸發端子U2、V2、W2。二極體和晶閘管的單向導通特性限定三相電網輸送的電流只能流向陽極D1，所以半控橋式整流電路I能將輸入蓄電池充電系統的三相交流電轉化成直流輸出。第一觸發電路2在觸發埠 U2與限流整流埠 Ul之間加超過晶閘管閥值的正向電壓，則晶閘管11導通，否則晶閘管11斷開。同理，晶閘管12、13的導通與斷開也是受第一觸發電路2控制。晶閘管的可控導通特性決定了半控橋式整流電路I的導通和斷開是可控的。
[0043]在本實施例中，第一整流電流還包括第一觸發電路2。第一觸發電路2包括分別連接於三相輸入埠 W、V、U的限流電阻Rl?R3，陽極分別對應連接於限流電阻Rl?R3另一端的二極體23?25，動觸點分別連接於二極體23?25陰極的繼電器28?26，以及動觸點連接於繼電器28?26的常閉觸點且常開觸點連接於半控橋式整流電路I的輸出陽極Dl繼電器29。繼電器29的線圈一端接地GND、另一端連接控制電路4的預充電控制端401，繼電器29的線圈的常閉反饋信號輸出端連接控制電路4的預充電反饋接收端402。繼電器26?28的線圈一端接地GND、另一端連接控制電路4的整流觸發控制端403，繼電器26?28的線圈的常閉反饋信號輸出端連接控制電路4的整流觸發反饋接收端404，繼電器26?28的常開觸點分別連接於晶閘管11?13的門極。
[0044]控制電路4從預充電控制端401發送一個電流到繼電器29，繼電器29的常開觸點與動觸點閉合，外接三相交流電經過Rl?R3限流和二極體23?25、14?15整流後，向支撐電容36中進行預充電。繼電器29的常開觸點與動觸點正常閉合後，向預充電反饋接收端402發送常閉觸點反饋信號，即向控制電路4反饋預充電反饋信號。控制電路4從整流觸發控制端403發出一個電流到繼電器26?28，繼電器26?28的常開觸點與動觸點閉合，停止預充電，並向半控橋式整流電路2的晶閘管11?13發出觸發脈衝，半控橋式整流電路2開始將輸入的三相交流電整流。繼電器26?28的常開觸點與動觸點正常閉合後，向預充電反饋接收端404發送常閉觸點反饋信號，即向控制電路4反饋整流反饋信號。對支撐電容36預充電可以避免晶閘管和二極體因晶閘管開啟導致的電流突變使得晶閘管和二極體損壞。支撐電容36作為半橋逆變電路3和半控橋式整流電路I的緩衝電路。
[0045]在本實施例中，逆變電路包括半橋逆變電路3。半橋逆變電路3包括兩端分別連接陽極D1、陰極D2端的支撐電容36，兩個串聯後與支撐電容36並聯的兩個換向電容37、38，集電極與陽極Dl端相接的IGBT 32(IGBT為絕緣柵雙極型電晶體的簡稱)，發射極與陰極D2端相接且集電極與IGBT 32的發射極相連的IGBT 33，陰極與IGBT 32的集電極相接且陽極與IGBT 32發射極相接的二極體34，陰極與IGBT 33的集電極相接且陽極與IGBT33發射極相接的二極體35，以及第一驅動脈衝輸出接口的第一端子和第二端子分別連接IGBT 32的門極和發射極且第二驅動脈衝輸出接口的第一端子和第二端子分別連接IGBT33的門極和發射極的門極觸發電路31。兩個電容37、38相連端、兩個IGBT 32、33相連端構成逆變電路3的兩個輸出端子，這兩個輸出端子分別連接到變壓器Tl的高壓側的兩個端子。
[0046]門極觸發電路31可以從第一驅動脈衝輸出接口的第一端子與第二端子之間輸出一個周期性正負間隔變換的第一驅動脈衝，該驅動脈衝的電壓的數值A超過IGBT 32的閥值的數值B。第一驅動脈衝輸出接口在一個周期內輸出正電壓的時間小於或等於輸出負電壓的時間，輸出為正電壓是則導通IGBT 32，輸出為負電壓時則截止IGBT 32，一個周期內導通時間小於或等於截止時間。第二驅動脈衝輸出接口的第一輸出端子和第二輸出端子之間輸出一個與第一驅動脈衝形狀相同但時間上相差半個周期的第二驅動脈衝，第二驅動脈衝為正電壓時導通IGBT33。這樣驅動脈衝輪流導通兩個IGBT，且在導通一個IGBT時截止另一個IGBT，使得兩個轉向電容37、38輪流地一個充電一個放電，同時每個換向電容37、38兩端的電壓不斷變化，從而使逆變電路3的輸出埠輸出單相交變電流。優選地，該驅動脈衝為矩形波，B大於1.5倍至3倍的A，這樣選取的好處在於驅動脈衝能迅速導通IGBT，使變壓器高壓側的輸入電壓趨向矩形波。調整兩個驅動脈衝的佔空比可以調整一個周期內IGBT的導通時間，進而調整變壓器Tl高壓側的輸入電壓。
[0047]在本實施例中，變壓器Tl將逆變電路3的輸出的單相交流電的電壓降壓。若電壓器Tl的輸入電壓越高，則其輸出的單相交流電的電壓越高。
[0048]在本實施例中，第二整流電路包括單相橋式整流電路5。單相橋式整流電路5包括4個二極體51?54，4個二極體51?54分成兩組，第一組二極體51、53的陰極連接在一起構成單相整流電路5的輸出高壓端子，第二組二極體52、54的陽極連接在一起構成單相整流電路5的輸出低壓端子，第一組的各個二極體的陽極一一與第二組的二極體的陰極對應相連，即附圖標記中的51與52、53與54對應相連，第一組二極體與第二組二極體相連處分別與變壓器Tl低壓端的兩個埠相接。二級管單向導通的特性限定了變壓器Tl的輸出的電流只能流向高壓端子，所以單相橋式整流電路5能將輸入的單相交流電轉換成直流電輸出。
[0049]在本實施例中，濾波電路6為倒L型濾波電路。在單相整流電路5的輸出高壓端串聯一個電感61構成該蓄電池充電系統的輸出陽極DC1。單相整流電路5的低壓輸出端構成該蓄電池充電系統的輸出陰極DC2。輸出陽極DCl與輸出陰極DC2之間連接一個電容62。當流過電感L2的電流變化時，電感線圈中產生的感生電動勢將阻止電流的變化。當通過電感線圈的電流增大時，電感線圈產生的自感電動勢與電流方向相反，阻止電流的增加，同時將一部分電能轉化成磁場能存儲於電感之中。當通過電感線圈的電流減小時，自感電動勢與電流方向相同，阻止電流的減小，同時釋放出存儲的能量，以補償電流的減小。因此經電感濾波後，不但負載電流及電壓的脈動減小，波形變得平滑，而且單相整流電路5中二極體51?54的導通角增大，殘餘的少量交流成分再經過後面的電容濾波，進一步被削弱。
[0050]蓄電池充電系統的陽極DCl連接蓄電池組7的正極，蓄電池充電系統的陰極DC2連接蓄電池組7的負極。
[0051]本實施例中，控制電路4包括邏輯控制器41、PWM脈衝產生器42、電壓採集器電路43。
[0052]電壓採集電路43對半控橋式整流電路I的輸入電壓、換向電容37的電壓、換向電容38的電壓進行電壓值信息採集，並將電壓值信息輸入到邏輯控制器41。具體地，電壓採集電路43對被採集的電路的進行高壓隔離，再經電壓變換後將取得記載了該電路電壓信息的模擬信號，最後將該模擬信號轉換為數位訊號傳送到邏輯控制器41。採集到的半控橋式整流電路I的輸入電壓a，換向電容37的電壓b，換向電容38的電壓C。
[0053]PWM脈衝產生器42產生觸發信號控制門極觸發電路31。當PWM脈衝產生器42接收到邏輯控制器41發出的逆變觸發信號後，向門極觸發電路31發出持續的脈衝信號。當PWM脈衝產生器42接收到邏輯控制器41發出的逆變停止信號後停止產生脈衝信號。門極觸發電路31接收到該脈衝信號的同時，產生第一驅動脈衝和第二驅動脈衝來驅動半橋逆變電路33工作。門極觸發電路31沒有接收到脈衝信號後則不產生第一驅動脈衝和第二驅動脈衝，使得半橋逆變電路33的兩個IGBT停止導通，限制IGBT集電極與發射極之間的電流值，從而保護IGBT不至於因通過的電流過大而損毀。
[0054]邏輯控制器41連接於設置在半橋逆變電路3輸入端用於檢測半橋逆變電路3的輸入電流c的第一電流採集元件SCl，設置在半橋逆變電路3輸出端用於檢測半橋逆變電路3輸出端的電流值d的第二電流採集元件TA。優選地，第二電流採集元件TA是快速響應互感器，檢測變壓器高壓側平均電流的響應時間小於1y S。邏輯控制器41用於接收電壓採集電路42、第一電流採集元件SCl和第二電流採集元件TA採集到的各類電量信息，並按照預定的控制程序對執行電路直接或間接地進行控制。控制流程如下:
[0055]三相輸入埠 U、V、W接入三相電網後，電壓採集電路43向邏輯控制器41傳送半控橋式整流電路的輸入電壓值a。邏輯控制器41判斷該電壓不在正常範圍則不進行進一步動作。邏輯控制器41判斷該電壓在正常範圍內則向開關及反饋電路發出預充電觸發信號。第一觸發電路2接收到預充電觸發信號後向支撐電容36充電並向邏輯控制器41發出預充電反饋信號。
[0056]邏輯控制器41根據預充電反饋信號判斷第一觸發電路2中的繼電器29的常開觸點與動觸點是否閉合。若繼電器29的常開觸點與動觸點未閉合則向開關及反饋電路發出預充電停止信號。若繼電器29的常開觸點與動觸點閉合則檢測半控橋式整流電路I的輸出電壓的值(即支撐電容36兩端的值)是否達到預設值。若支撐電容36的電壓，達到預設值則發出預充電停止信號、整流觸發信號以及逆變觸發信號。若支撐電容36的沒有達到預設值，則向第一觸發電路2發出預充電停止信號。
[0057]當邏輯控制器41判斷半控橋式整流電路I的輸入電壓值不在正常範圍內則不進行充電，這樣可以避免蓄電池充電系統被過高的電壓擊穿。當邏輯控制器41判斷結果為繼電器29的常開觸點與動觸點未閉合時,第一觸發電路2損壞,必須終止充電以保護蓄電池。當邏輯控制器41判斷支撐電容36的電壓達不到預設值時，則半控橋式整流電路I或者逆變電路3損壞，終止充電以保護蓄電池。
[0058]對於該發明的進一步改進，電壓採集電路43採集到的半控橋式整流電路I的輸入電壓a，換向電容37的電壓b，換向電容38的電壓為C，控制電路41判斷所述換向電容的電壓值之和是否超過預設電壓範圍，如果超過，則發出整流停止信號，預設電壓範圍包括[(1-A).B.Uin, (1+Α).Β.Uin]，其中A和B表示係數，Uin表示第一整流電路輸入電壓的有效值。其中A和B表示正係數，其中AS l，Uin表示第一整流電路輸入電壓的有效值。A的取值範圍為[0，0.3]，B的取值範圍為[1.2，1.5]。本領域的技術人員可以根據組成該系統的元件的承壓能力來選取A的具體數值，A表示該系統對電壓的承載能力。B表示第一整流電路測得輸入電壓的有效值轉換為輸入電壓的峰值電壓的誤差。
[0059]理論上，半控橋式整流電路I的輸入電壓值的1.4倍等於兩個換向電容37、38的電壓值之和，但是實際應用中會有一定的偏差。兩個換電容電壓之和超出或小於第一整流電路輸入電壓的預設值，則晶閘管11?13工作故障或第一觸發電路2故障異常，邏輯控制器41向第一觸發電路2發出整流停止信號並向PWM脈衝產生器42發出逆變停止信號，使得主電路停止工作，起到保護作用。
[0060]對於該發明的進一步改進，邏輯控制器41比較兩個換向電容37、38上的電壓值，之差的絕對值超出預設電壓差值後，邏輯控制器41向第一觸發電路2發出整流停止信號並向PWM脈衝產生器42發出逆變停止信號，使得主電路停止工作，預設電壓差值的範圍為5 ?30V。
[0061]AC200V/30Hz?AC500V/90Hz輸入電壓轉變為DC74V輸出的應用中，兩個換向電容37、38上的電壓差的絕對值小於某一值時則系統正常，本領域的技術人員可以根據實際應用在5V?30V範圍內選定預設電壓差值。兩個換向電容37、38電壓之差的絕對值超出預設電壓差值後，兩個換向電容37、38或兩個IGBT 32,33或門極觸發電路中的元件損壞，這時邏輯控制器41向第一觸發電路2發出整流停止信號並向PWM脈衝產生器42發出逆變停止信號，使得主電路停止工作，起到保護作用。
[0062]對於該發明的進一步改進，邏輯控制器41比較半橋逆變電路33的輸入平均電流值c與半橋逆變電路33的輸出的平均電流d，半橋逆變電路33的輸入電流的兩倍與所述逆變電路輸出電流的差值的絕對值大於的預設值，邏輯控制器41向第一觸發電路2發出整流停止信號並向PWM脈衝產生器42發出逆變停止信號，使得主電路停止工作。其中逆變電路輸出電流的預設值由可以由式(I)計算出，
[0063]I1 = EX1ut (I)
[0064]式⑴中:
[0065]I1為半橋逆變電路輸出電流的預設值，單位為安培；
[0066]E為常數,所選範圍為0.1?0.3 ;
[0067]1ut為逆變電路輸出電流值，單位為安培。
[0068]理論上，半橋逆變電路33的輸入平均電流值c是半橋逆變電路33的輸出平均電流d的兩倍，但是實際應用中會有一定的偏差。半橋逆變電路33的輸入電流的兩倍超出或小於半橋逆變電路輸出電流的預設值後，很可能會擊穿IGBT 32、33，這時需要在經過IGBT的電流的擊穿峰值到來之前增加IGBT的阻抗。本領域的技術員可以根據實際應用選定E為10%?30%範圍內的某個數值。所以向PWM脈衝產生器42發出逆變停止信號，禁止PWM脈衝42產生器產生觸發信號給門極觸發電路31，避免IGBT損壞。另外的，檢測半橋逆變電路33的輸出電流d的響應時間小於10 μ s，直接通過邏輯控制器、PWM脈衝產生器42、門極觸發電路31的通道來完成，比採用軟體進行檢測和保護縮短了響應時間，使得IGBT得到有效的保護。
[0069]對於該發明的進一步改進，在觸發階段，邏輯控制器41對半橋逆變電路33的輸出電流d與預設閾值進行比較，若超過其預設閾值，則向第一觸發電路2發出整流停止信號並向PWM脈衝產生器發出逆變停止信號。
[0070]IGBT常常因電流過大而被擊穿，需要限制IGBT的電流值，即需要限定半橋逆變電路33的輸出電流d，使其小於IGBT的擊穿電流值。這時設置一個小於IGBT的擊穿電流值的預設閾值，給蓄電池充電系統留下冗餘量，當半橋逆變電路33的輸出電流d超過其限定值時，邏輯控制器41向PWM脈衝產生器發出逆變停止信號，增加IGBT的阻抗，從而保護IGBT不被擊穿。
[0071]在本實施例中，控制電路4還包括閉環優先級PID控制器44。PWM脈衝產生器42還接收閉環優先級PID控制器44發出的逆變調壓信號，逆變調壓信號用來調整PWM脈衝產生器42發出的脈衝信號的寬度來控制門極觸發電路31發出的第一驅動脈衝和第二驅動脈衝的佔空比，從而調節半橋逆變電路3的輸出電壓，進而調整第二整流電路5的輸出電壓，進而調整濾波電路6的輸出電流、輸出電壓。
[0072]在本實施例中，閉環優先級PID控制器44連接於電量檢測電路、PWM脈衝產生器42以及邏輯控制器41。電量檢測電路包括設置在在濾波電路6的輸出端用於檢測濾波電路6輸出電流的第三電流採集元件SC2，以及連接於濾波電路6輸出端用於檢測濾波電路6輸出電壓的檢測電路。
[0073]閉環優先級PID控制器44用於預設濾波電路6的輸出電壓、輸出電流這兩個參數的預設目標值，周期性比較這兩個參數與其預設目標值。若均未超出其預設目標值則不進入修正環節，否則選擇其中一個在上周期未進行修正且超出其預設目標值的數值最大的參數進入本周期的修正環節。修正環節為閉環優先級PID控制器44根據進入修正環節的參數超出其預設目標值的程度向PWM脈衝產生器42發出調壓信號。PWM脈衝產生器42根據調壓信號減小或增加脈衝信號的寬度，從而減小或增加門極觸發電路31發出的第一驅動脈衝和第二驅動脈衝的的佔空比，進而減小或增加逆變電路3的輸出電壓，使得超出或小於預設目標值的參數減小或增加到預設目標值。
[0074]作為本發明的進一步改進，該系統還包括連接於閉環優先級PID控制器44的剩餘容量檢測器件和溫度檢測電路。剩餘容量檢測電路可以檢測蓄電池7的剩餘容量值，並將其傳輸到閉環優先級PID控制器44。溫度檢測電路可以檢測到蓄電池7的溫度值，並將其傳輸到閉環優先級PID控制器44。閉環優先級PID控制器44可以根據蓄電池7的剩餘容量值自動計算濾波電路6的輸出電流的預設目標值。閉環優先級PID控制器44可以根據蓄電池7的溫度值自動計算濾波電路6的輸出電壓的預設目標值。具體如下:
[0075]閉環優先級PID控制器44接收到剩餘容量檢測電路發送的剩餘容量數據後，將剩餘容量與額定容量相除，得到剩餘容量佔額定容量的百分比。然後，根據百分比值來決定濾波電路6的輸出電流的預設目標值，濾波電路6的輸出電流的預設目標值隨著百分比值減小而減小。例如:當該百分比大於50%時，閉環優先級PID控制器44則將濾波電路6的輸出電流的預設目標值調至一個較大的值，從而對蓄電池7進行大電流快速充電，防止蓄電池7因虧電時間過長而降低蓄電池7的性能；當該百分比值小於50%且大於5%時，閉環優先級PID控制器44則把濾波電路6的輸出電流的預設目標值調至一個較小的值，從而防止長時間大電流充電損壞蓄電池7 ;當該百分比小於5%時，將濾波電路6的輸出電流的預設目標值減小到零，從而防止對蓄電池7過量充電造成蓄電池7損壞或性能下降。
[0076]對本發明的進一步改進，閉環優先級PID控制器44上可以基於以蓄電池7的剩餘電容和濾波電路6的輸出電流為變量最佳充電曲線方程、剩餘容量檢測電路檢測到的蓄電池7的剩餘電容計算出濾波電路6的輸出電流的預設目標值。發明人發現，蓄電池7具有以蓄電池7的剩餘容量為自變量、以濾波電路6的輸出電流為因變量且濾波電路6的輸出電流隨著蓄電池7的剩餘容量減小而減小且連續變化的最佳充電曲線。如果濾波電路6的輸出電流按這條曲線變化，就可以大大縮短充電時間，並且對電池的容量和壽命也沒有影響。本領域的技術員可以對蓄電池7進行試驗，擬合出該最佳充電曲線方程。
[0077]當閉環優先級PID控制器44檢測到蓄電池7的溫度低於預設溫度時，閉環優先級PID控制器44提高濾波電路6的輸出電壓的預設目標值。當閉環優先級PID控制器44檢測到蓄電池7的溫度高於預設溫度時，閉環優先級PID控制器44降低濾波電路6的輸出電壓的預設目標值。閉環優先級PID控制器44對濾波電路6的輸出電壓的預設目標值設置安全上限，即當蓄電池7的溫度下降到一定程度時不再提高濾波電路6的輸出電壓的預設目標值，以避免該系統其他元器件損毀。
[0078]該預設溫度一般為額定溫度。例如，該預設溫度值為25°C時。隨著環境溫度降低，蓄電池7的電解液流動性降低，化合反應放緩，當環境溫度低於25°C時，使蓄電池7容量難以達到額定容量。當環境溫度高於25°C時，蓄電池7容量高壓額定容量，對蓄電池7進行充電時，相當一部分充電電流轉化為熱能，使蓄電池7內部溫度加劇，造成惡性循環，致使蓄電池7損壞。過高的溫度會導致充電流增加，由於過充電量的累積，從而使得蓄電池7循環壽命縮短。已被證明，當環境溫度在25°C時，溫度每升高6?10°C，蓄電池7壽命縮短一半。隨著蓄電池7的溫度變化調整蓄電池7的充電電壓(即濾波電路6的輸出電壓)，可以避免電池的過充電和欠充電，延長蓄電池7壽命。本領域的技術人員可以測得預設溫度下單個蓄電池7的最佳充電壓電值。
[0079]作為本發明的進一步改進，閉環優先級PID控制器44設定濾波電路6的輸出電流、輸出電壓以及濾波電路6的輸出電流的預設閾值，閉環優先級PID控制器44周期性的比較定濾波電路6的輸出電流、輸出電壓以及濾波電路6的輸出電流與其閾值，當其中任一項超過其預設閾值則向邏輯控制器41發出停止信號，邏輯控制器41根據停止信號向第一觸發電路2發出整流停止信號並向PWM脈衝產生器42發出逆變停止信號，使得主電路停止工作，從而蓄電池充電系統和蓄電池7得到保護。
[0080]雖然已經參考優選實施例對本發明進行了描述，但在不脫離本發明的範圍的情況下，可以對其進行各種改進並且可以用等效物替換其中的元件。尤其是，只要不存在衝突，實施例中所提到的各項技術特徵均可以任意方式組合起來。本發明並不局限於文中公開的特定實施例，而是包括落入權利要求的範圍內的所有技術方案。
【權利要求】
1.一種蓄電池充電系統，包括: 第一整流電路，其用於將輸入的第一交流電轉化成第一直流電並輸出； 逆變電路，其與所述第一整流電路連接，用於將所述第一直流電轉換成第二交流電並輸出； 電壓隔離電路，其與所述逆變電路連接，用於將所述第二交流電進行電壓隔離，得到第三交流電並輸出； 第二整流電路，其與所述電壓隔離電路連接，用於將所述第三交流電轉換成第二直流電，來為蓄電池充電； 電量檢測電路，其與所述第一整流電路和逆變電路連接，用於檢測所述第一整流電路輸入端和輸出端的電壓，以及所述逆變電路輸入端和輸出端的電流； 控制電路，其與所述第一整流電路、電量檢測電路和逆變電路連接，用於根據所述第一整流電路輸入端和輸出端的電壓產生整流控制信號，以控制所述第一整流電路輸出需要的第一直流電，還用於根據所述逆變電路輸入端和輸出端的電流產生逆變控制信號，以控制所述逆變電路產生需要的第二交流電。
2.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述第一整流電路包括: 整流觸發電路，其與所述控制電路連接，用於根據所述整流控制信號中的整流觸發信號產生觸發脈衝，根據所述整流控制信號中的整流停止信號停止產生觸發脈衝； 半控橋式整流電路，其與所述整流觸發電路連接，用於根據所述觸發脈衝將所述第一交流電轉換為所述第一直流電； 緩衝電路，其並聯在所述半控橋式整流電路的輸出端的兩端，用於減小所述半控橋式整流電路的輸出端的電壓突變。
3.如權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述半控橋式整流電路包括: 多個晶閘管，所述若干晶閘管的陰極作為所述半控橋式整流電路的輸出端正極，或所述若干晶閘管的陽極作為所述半控橋式整流電路的輸出端負極。
4.如權利要求3所述的系統，其特徵在於，所述第一整流電路還包括: 預充電電路，其連接於所述半控橋式整流電路的輸入端以及由所述若干晶閘管構成的輸出端正極或輸出端負極，用於對所述緩衝電路進行預充電； 預充電觸發電路，其與所述控制電路連接，用於根據所述整流控制信號中的預充電觸發信號，控制所述預充電電路對所述緩衝電路進行預充電，根據所述整流控制信號中的預充電停止信號，控制所述預充電電路停止預充電。
5.如權利要求4所述的系統，其特徵在於， 當所述預充電觸發電路正常工作時，所述預充電觸發電路向所述控制電路發送預充電反饋信號； 當所述整流觸發電路正常工作時，所述整流觸發電路向所述控制電路發送整流反饋信號。
6.如權利要求5所述的系統，其特徵在於， 所述控制電路判斷所述第一整流電路的輸入端電壓是否在預設的正常範圍內，如果在預設的正常範圍內，則向所述預充電觸發電路發出所述預充電觸發信號，否則發出預充電停止信號； 如果發出所述預充電觸發信號後，所述控制電路未接收到所述預充電反饋信號，則向所述預充電觸發電路發出預充電停止信號； 所述控制電路接收到預充電反饋信號並檢測到所述第一整流電路的輸出端電壓達到預設充電閾值後，向所述整流觸發電路發出整流觸發信號，以控制所述整流觸發電路進行整流； 如果發出整流觸發信號後，所述控制電路未接收到所述整流反饋信號，則向所述整流觸發電路發出整流停止信號。
7.如權利要求1?6中任一項所述的系統，其特徵在於，所述控制電路判斷所述逆變電路的輸入和/或輸出電量是否超過預設電量閾值，如果超過，則發出整流停止信號。
8.如權利要求1?7中任一項所述的系統，其特徵在於，所述逆變電路包括並聯在其輸入端兩端的串聯的第一換向電容和第二換向電容，其中，所述電量檢測電路與第一換向電容、第二換向電容連接，以分別檢測所述第一換向電容、所述第二換向電容的電壓。
9.如權利要求8所述的系統，其特徵在於，所述控制電路判斷所述第一換向電容與第二換向電容的電壓值之和是否超過預設電壓範圍，如果超過，則發出整流停止信號。
10.如權利要求8或9所述的系統，其特徵在於，所述控制電路計算第一換向電容與第二換向電容的電壓的差值，並在所述差值的絕對值超出預設電壓差值後，向所述第一整流電路發出整流停止信號。
11.如權利要求1?10中任一項所述的系統，其特徵在於，所述逆變電路根據所述逆變控制信號中的逆變觸發信號，產生所述第二交流電，根據所述逆變控制信號中的逆變停止信號，停止產生所述第二交流電。
12.如權利要求11所述的系統，其特徵在於，所述逆變電路包括: 逆變觸發電路，其與所述控制電路連接，用於根據逆變控制信號中的逆變觸發信號產生驅動信號，根據逆變控制信號中的逆變停止信號，停止產生驅動信號； 半橋逆變電路，其與所述第一整流電路和逆變觸發電路連接，用於根據所述驅動信號將所述第一直流電轉換為所述第二交流電。
13.如權利要求11或12中所述的系統，其特徵在於，所述控制電路判斷所述逆變電路的輸入電流的兩倍與所述逆變電路輸出電流的差值的絕對值是否大於的預設電流差值，如果是，則發出逆變停止信號。
14.如權利要求12或13所述的系統，其特徵在於，所述控制電路判斷出所述逆變電路輸出電流值超過預設電流閾值後，向所述逆變電路發出逆變停止信號。
【文檔編號】H02J7/10GK104362720SQ201410513271
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年9月29日 優先權日:2014年9月29日
【發明者】魏培華, 楊奎, 魏文海, 楊格, 肖功彬, 劉長清, 趙清良, 李小平, 榮智林 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司