一種電池快速充電系統的製作方法
2023-07-24 02:27:56
本發明涉及電池領域，尤其是一種電池快速充電系統。
背景技術：
電池（Battery）指盛有電解質溶液和金屬電極以產生電流的杯、槽或其他容器或複合容器的部分空間，能將化學能轉化成電能的裝置。具有正極、負極之分。隨著科技的進步，電池泛指能產生電能的小型裝置。如太陽能電池。電池的性能參數主要有電動勢、容量、比能量和電阻。利用電池作為能量來源，可以得到具有穩定電壓，穩定電流，長時間穩定供電，受外界影響很小的電流，並且電池結構簡單，攜帶方便，充放電操作簡便易行，不受外界氣候和溫度的影響，性能穩定可靠，在現代社會生活中的各個方面發揮有很大作用。
面對傳統燃油汽車尾氣排放造成的汙染及其對石油資源的過度消耗所引發的環境與能源問題， 電動汽車以其良好的環保、節能特性， 成為當今國際汽車發展的潮流和熱點。目前世界上許多發達國家的政府、著名汽車廠商及相關行業科研機構都在致力於電動汽車技術的研究開發與應用推廣。
技術實現要素：
本發明的發明目的在於：針對上述存在的問題，提供一種電池快速充電系統，它具有體積小、重量輕、效率高、調節範圍大以及適用範圍廣等優點。
本發明採用的技術方案如下：
一種電池快速充電系統，其特徵在於，所述系統包括：用於濾除電磁幹擾的電磁幹擾濾波模塊；所述電磁幹擾濾波模塊信號連接於用於整流濾波的第一整流濾波模塊；所述第一整流濾波模塊分別信號連接於輔助電源和用於進行功率因數校正的校正電路；所述校正電路信號連接於高頻逆變半橋；所述高頻逆變半橋分別信號連接於用於生成驅動波形的驅動波形電路和、用於對系統進行控制和保護的控制及保護電路以及用於進行高頻變壓的高頻變壓器；所述高頻變壓器信號連接於第二整流濾波電路；所述第二整流濾波電路信號連接於蓄電池組；所述蓄電池組信號連接於用於對蓄電池組輸出參數進行採樣的輸出參數採樣電路；所述輸出參數採樣電路分別信號連接於雙路脈衝寬度調製波生成電路和用於檢測電池組電壓、電壓和溫度數據信息的檢測模塊；所述檢測模塊信號連接於控制及保護電路；所述控制及保護電路信號連接於顯示模塊；所述雙路脈衝寬度調製波生成電路信號連接於驅動波形電路；所述驅動波形電路信號連接於輔助電源。
進一步的，所述檢測模塊包括：電壓檢測裝置、電流檢測裝置、溫度檢測裝置和微控制器；所述微控制器分別信號連接於電壓檢測裝置、電流檢測裝置和溫度檢測裝置；所述微控制器分別信號連接於輸出參數採樣電路和控制及保護電路。
進一步的，所述高頻逆變半橋電路由兩隻數值相等、容量大於1F的高壓電容器組成的一個分壓電路，通過控制一個橋臂上兩個開關管交替導通和截止，在變壓器原邊產生高壓開關脈衝，從而在副邊感應出交變的方波，進而實現功率轉換。
進一步的，所述控制及保護電路能夠按照設定的輸出電壓電流值產生佔空比可變的脈衝寬度調製波，進而對開關管進行驅動，實現功率變換；當出現過壓、欠壓、過流、過溫等故障時， 控制充電電源的主迴路停止工作，從而控制電源損壞的程度。
進一步的，所述驅動波形電路將電阻分壓獲取的輸出電壓信號以及電流霍爾傳感器採集的輸出電流信號送至雙路脈衝寬度調製波生成電路的誤差放大器的反相輸入端，由其產生兩路脈衝寬度調製方波信號。
進一步的，所述高頻變壓器的繞組匝數的確定方法包括以下步驟：
步驟1：確定變壓器的初級繞組匝數，通過如下公式計算得到：
；
；
其中，D為變壓器最大佔空比；f為開關頻率；N為初級繞組匝數；U為變壓器初級輸入電壓幅值；T為初級輸入脈衝電壓寬度;
步驟2：確定變壓器的次級繞組匝數，通過如下公式計算得到：
；
;
其中，n為初級繞組與次級繞組的匝數比； 為變壓器副邊輸出電壓；為計算所得次級繞組匝數。
進一步的，所述變壓器中心抽頭型。
進一步的，所述高頻逆變半橋的轉換功率的確定方法包括以下步驟：
步驟1：逆變半橋中的兩個開關管的電壓即為變換器的輸入電壓，得到上限電壓為： ;
步驟2：計算得到上限電流為： ；
步驟3：根據上限電壓和上限電流得到上限功率為： ；
其中，為負載電流；為變壓器原邊漏感。
綜上所述，由於採用了上述技術方案，本發明的有益效果是：用了電壓迴路和電流迴路的雙閉環控制，可以提供恆流充電、恆壓充電、慢脈衝快速充電以及它們之間的自動轉換等功能，能夠實現鉛酸蓄電池快速無損傷充電的需求。充電電源作為車載變流器，採用功率因數校正以及隔離變壓調製的方式，具有體積小、重量輕、可靠性高、整機變換效率高、對供電電網幹擾小等特點。同時整個系統還增加了多種保護電路和改善電源動態特性的措施， 安全性符合車用設備的通用規範。
附圖說明
本發明將通過例子並參照附圖的方式說明，其中：
圖1是本發明的一種電池快速充電系統的系統結構示意圖。
圖2是本發明的一種電池快速充電系統的矯正電路結構示意圖。
具體實施方式
本說明書中公開的所有特徵，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特徵和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
本說明書（包括任何附加權利要求、摘要）中公開的任一特徵，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特徵加以替換。即，除非特別敘述，每個特徵只是一系列等效或類似特徵中的一個例子而已。
本發明實施例1中提供了一種電池快速充電系統，系統結構如圖1所示，矯正電路結構示意圖如圖2所示：
一種電池快速充電系統，其特徵在於，所述系統包括：用於濾除電磁幹擾的電磁幹擾濾波模塊；所述電磁幹擾濾波模塊信號連接於用於整流濾波的第一整流濾波模塊；所述第一整流濾波模塊分別信號連接於輔助電源和用於進行功率因數校正的校正電路；所述校正電路信號連接於高頻逆變半橋；所述高頻逆變半橋分別信號連接於用於生成驅動波形的驅動波形電路和、用於對系統進行控制和保護的控制及保護電路以及用於進行高頻變壓的高頻變壓器；所述高頻變壓器信號連接於第二整流濾波電路；所述第二整流濾波電路信號連接於蓄電池組；所述蓄電池組信號連接於用於對蓄電池組輸出參數進行採樣的輸出參數採樣電路；所述輸出參數採樣電路分別信號連接於雙路脈衝寬度調製波生成電路和用於檢測電池組電壓、電壓和溫度數據信息的檢測模塊；所述檢測模塊信號連接於控制及保護電路；所述控制及保護電路信號連接於顯示模塊；所述雙路脈衝寬度調製波生成電路信號連接於驅動波形電路；所述驅動波形電路信號連接於輔助電源。
進一步的，所述檢測模塊包括：電壓檢測裝置、電流檢測裝置、溫度檢測裝置和微控制器；所述微控制器分別信號連接於電壓檢測裝置、電流檢測裝置和溫度檢測裝置；所述微控制器分別信號連接於輸出參數採樣電路和控制及保護電路。
進一步的，所述高頻逆變半橋電路由兩隻數值相等、容量大於1F的高壓電容器組成的一個分壓電路，通過控制一個橋臂上兩個開關管交替導通和截止，在變壓器原邊產生高壓開關脈衝，從而在副邊感應出交變的方波，進而實現功率轉換。
進一步的，所述控制及保護電路能夠按照設定的輸出電壓電流值產生佔空比可變的脈衝寬度調製波，進而對開關管進行驅動，實現功率變換；當出現過壓、欠壓、過流、過溫等故障時， 控制充電電源的主迴路停止工作，從而控制電源損壞的程度。
進一步的，所述驅動波形電路將電阻分壓獲取的輸出電壓信號以及電流霍爾傳感器採集的輸出電流信號送至雙路脈衝寬度調製波生成電路的誤差放大器的反相輸入端，由其產生兩路脈衝寬度調製方波信號。
本發明實施例2中提供了一種電池快速充電系統的方法，系統結構如圖1所示，矯正電路結構示意圖如圖2所示：
一種電池快速充電系統，其特徵在於，所述系統包括：用於濾除電磁幹擾的電磁幹擾濾波模塊；所述電磁幹擾濾波模塊信號連接於用於整流濾波的第一整流濾波模塊；所述第一整流濾波模塊分別信號連接於輔助電源和用於進行功率因數校正的校正電路；所述校正電路信號連接於高頻逆變半橋；所述高頻逆變半橋分別信號連接於用於生成驅動波形的驅動波形電路和、用於對系統進行控制和保護的控制及保護電路以及用於進行高頻變壓的高頻變壓器；所述高頻變壓器信號連接於第二整流濾波電路；所述第二整流濾波電路信號連接於蓄電池組；所述蓄電池組信號連接於用於對蓄電池組輸出參數進行採樣的輸出參數採樣電路；所述輸出參數採樣電路分別信號連接於雙路脈衝寬度調製波生成電路和用於檢測電池組電壓、電壓和溫度數據信息的檢測模塊；所述檢測模塊信號連接於控制及保護電路；所述控制及保護電路信號連接於顯示模塊；所述雙路脈衝寬度調製波生成電路信號連接於驅動波形電路；所述驅動波形電路信號連接於輔助電源。
進一步的，所述檢測模塊包括：電壓檢測裝置、電流檢測裝置、溫度檢測裝置和微控制器；所述微控制器分別信號連接於電壓檢測裝置、電流檢測裝置和溫度檢測裝置；所述微控制器分別信號連接於輸出參數採樣電路和控制及保護電路。
進一步的，所述高頻逆變半橋電路由兩隻數值相等、容量大於1F的高壓電容器組成的一個分壓電路，通過控制一個橋臂上兩個開關管交替導通和截止，在變壓器原邊產生高壓開關脈衝，從而在副邊感應出交變的方波，進而實現功率轉換。
進一步的，所述控制及保護電路能夠按照設定的輸出電壓電流值產生佔空比可變的脈衝寬度調製波，進而對開關管進行驅動，實現功率變換；當出現過壓、欠壓、過流、過溫等故障時， 控制充電電源的主迴路停止工作，從而控制電源損壞的程度。
進一步的，所述驅動波形電路將電阻分壓獲取的輸出電壓信號以及電流霍爾傳感器採集的輸出電流信號送至雙路脈衝寬度調製波生成電路的誤差放大器的反相輸入端，由其產生兩路脈衝寬度調製方波信號。
進一步的，所述高頻變壓器的繞組匝數的確定方法包括以下步驟：
步驟1：確定變壓器的初級繞組匝數，通過如下公式計算得到：
；
；
其中，D為變壓器最大佔空比；f為開關頻率；N為初級繞組匝數；U為變壓器初級輸入電壓幅值；T為初級輸入脈衝電壓寬度;
步驟2：確定變壓器的次級繞組匝數，通過如下公式計算得到：
；
;
其中，n為初級繞組與次級繞組的匝數比； 為變壓器副邊輸出電壓；為計算所得次級繞組匝數。
進一步的，所述變壓器中心抽頭型。
進一步的，所述高頻逆變半橋的轉換功率的確定方法包括以下步驟：
步驟1：逆變半橋中的兩個開關管的電壓即為變換器的輸入電壓，得到上限電壓為： ;
步驟2：計算得到上限電流為： ；
步驟3：根據上限電壓和上限電流得到上限功率為： ；
其中，為負載電流；為變壓器原邊漏感。
本發明實施例3中提供了一種電池快速充電系統，系統結構如圖1所示，矯正電路結構示意圖如圖2所示：
一種電池快速充電系統，其特徵在於，所述系統包括：用於濾除電磁幹擾的電磁幹擾濾波模塊；所述電磁幹擾濾波模塊信號連接於用於整流濾波的第一整流濾波模塊；所述第一整流濾波模塊分別信號連接於輔助電源和用於進行功率因數校正的校正電路；所述校正電路信號連接於高頻逆變半橋；所述高頻逆變半橋分別信號連接於用於生成驅動波形的驅動波形電路和、用於對系統進行控制和保護的控制及保護電路以及用於進行高頻變壓的高頻變壓器；所述高頻變壓器信號連接於第二整流濾波電路；所述第二整流濾波電路信號連接於蓄電池組；所述蓄電池組信號連接於用於對蓄電池組輸出參數進行採樣的輸出參數採樣電路；所述輸出參數採樣電路分別信號連接於雙路脈衝寬度調製波生成電路和用於檢測電池組電壓、電壓和溫度數據信息的檢測模塊；所述檢測模塊信號連接於控制及保護電路；所述控制及保護電路信號連接於顯示模塊；所述雙路脈衝寬度調製波生成電路信號連接於驅動波形電路；所述驅動波形電路信號連接於輔助電源。
進一步的，所述檢測模塊包括：電壓檢測裝置、電流檢測裝置、溫度檢測裝置和微控制器；所述微控制器分別信號連接於電壓檢測裝置、電流檢測裝置和溫度檢測裝置；所述微控制器分別信號連接於輸出參數採樣電路和控制及保護電路。
進一步的，所述高頻逆變半橋電路由兩隻數值相等、容量大於1F的高壓電容器組成的一個分壓電路，通過控制一個橋臂上兩個開關管交替導通和截止，在變壓器原邊產生高壓開關脈衝，從而在副邊感應出交變的方波，進而實現功率轉換。
進一步的，所述控制及保護電路能夠按照設定的輸出電壓電流值產生佔空比可變的脈衝寬度調製波，進而對開關管進行驅動，實現功率變換；當出現過壓、欠壓、過流、過溫等故障時， 控制充電電源的主迴路停止工作，從而控制電源損壞的程度。
進一步的，所述驅動波形電路將電阻分壓獲取的輸出電壓信號以及電流霍爾傳感器採集的輸出電流信號送至雙路脈衝寬度調製波生成電路的誤差放大器的反相輸入端，由其產生兩路脈衝寬度調製方波信號。
進一步的，所述高頻變壓器的繞組匝數的確定方法包括以下步驟：
步驟1：確定變壓器的初級繞組匝數，通過如下公式計算得到：
；
；
其中，D為變壓器最大佔空比；f為開關頻率；N為初級繞組匝數；U為變壓器初級輸入電壓幅值；T為初級輸入脈衝電壓寬度;
步驟2：確定變壓器的次級繞組匝數，通過如下公式計算得到：
；
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其中，n為初級繞組與次級繞組的匝數比；為變壓器副邊輸出電壓；為計算所得次級繞組匝數。
進一步的，所述變壓器中心抽頭型。
進一步的，所述高頻逆變半橋的轉換功率的確定方法包括以下步驟：
步驟1：逆變半橋中的兩個開關管的電壓即為變換器的輸入電壓，得到上限電壓為： ;
步驟2：計算得到上限電流為： ；
步驟3：根據上限電壓和上限電流得到上限功率為：；
其中， 為負載電流；為變壓器原邊漏感。
進一步的，保護電路具有過壓、欠壓、過流、過溫等保護功能， 在出現上述故障時， 控制系統首先對故障的緊急程度進行判斷， 當出現過欠壓或者過溫警示信號時， 實行限制輸出功率保護方案； 在出現過流、短路等故障時， 控制主電路停止工作， 保護充電電源免受損壞。要使系統正常工作， 需要重新開機。
本發明並不局限於前述的具體實施方式。本發明擴展到任何在本說明書中披露的新特徵或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。