專利名稱:充電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實用新型涉及一種以高頻開關(guān)電源式逆變技術(shù)為基礎(chǔ)的充電機,尤其是散熱迅速、電 磁干擾小、能為大功率鉛酸蓄電池快速穩(wěn)定充電的充電機。
背景技術(shù):
目前廣泛使用的大功率充電機,普遍采用變壓器變壓和可控(晶閘管)整流相結(jié)合的技 術(shù),這種充電機存在明顯缺點,如設(shè)備笨重,體積大,充電時間長,效率低,充電電壓動態(tài) 范圍窄,對電源波動適應(yīng)能力差,對電網(wǎng)運行質(zhì)量影響大,需要人工干預充電過程,從而帶 來使用操作不便,而且無法對充電過程的精準控制,難以實現(xiàn)現(xiàn)代充電理論要求的充電過程 工藝,嚴重影響蓄電池循環(huán)使用壽命。
還有采取高頻開關(guān)電源式逆變技術(shù)設(shè)計的充電機,雖然可以解決可控(晶閘管)整流充 電技術(shù)的存在的缺點,體積和重量都大大減小,效率得到提高,輸入、輸出電壓范圍寬,智 能化、自動化程度高,可以嚴格按照蓄電池理想充電工藝曲線進行精準充電控制,大大減弱 蓄電池極化和析氣效應(yīng),提高電池循環(huán)使用壽命等,這種逆變式充電機在小功率低壓場合已 經(jīng)得到廣泛應(yīng)用,它包括箱體、三相輸入整流模塊、濾波電路、IGBT全橋及其吸收電路、主 變壓器、高頻整流全橋組、熱管散熱器、保護電路、顯示操作單元、控制單元,但是這種充 電器充電電壓低,小于200伏,充電電流小于100安培,輸出功率有限,難以實現(xiàn)大功率快 速充電,即無法為大功率電機車所用的大容量鉛酸蓄電池進行快速充電。其原因在于,沒能 有效解決大功率充電機的散熱和伴生高頻電磁波對控制電路干擾造成的充電不穩(wěn)定問題。 發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有開關(guān)電源式逆變充電裝置無法對大功率電機車所用的大容量蓄電池進行快 速穩(wěn)定充電的問題,本實用新型提供一種充電機,可以有效解決大功率充電機的散熱和伴生 高頻電磁波對控制電路干擾造成的充電不穩(wěn)定問題,不僅實現(xiàn)了現(xiàn)代充電理論要求的充電工 藝過程,而且輸出電壓達30V 360V,輸出電流達5A 200A,最大輸出功率達70KW。
實現(xiàn)本實用新型取的技術(shù)方案是, 一種充電機,包括箱體、三相輸入整流模塊、濾波電 路、IGBT全橋及其吸收電路、主變壓器、高頻整流全橋組、熱管散熱器、保護電路、顯示操 作單元、控制單元,其特征是,增設(shè)放電電路;所述箱體分為若干個相互隔離的腔體。
本實用新型的有益效果是,薄鋼板分丌的各個腔體在大幅提高箱體散熱能力的同時,也 減小了各腔體之間的相互干擾,尤其提高了控制腔中的控制電路的抗強電磁干擾能力,實現(xiàn)穩(wěn)定充電,可以對大容量鉛酸蓄電池進行智能快速充電。本實用新型體積小、重量輕、結(jié)構(gòu) 緊湊,效率高,充電電壓和電流范圍寬,智能化、自動化程度高,可以將蓄電池極化和析氣 效應(yīng)降至最低,延長蓄電池循環(huán)使用壽命,節(jié)約資源,減少電磁污染。
圖1是本實用新型電路原理圖。
圖2是本實用新型放電電路原理圖。
圖3是本實用新型外觀立體示意圖。
圖4是圖3的A—A剖視圖。
圖5是圖4中熱管散熱器及安裝件放大圖。
圖中標號l輸入開關(guān),2合閘電路,3三相輸入整流模塊,4輸入濾波電容電荷瀉放電 路,5輸入濾波電路,6IGBT全橋及其吸收電路,7主變壓器,8高頻整流全橋組及其緩沖電 路,9輸出濾波電路,IO輸出濾波電容電荷瀉放電路,ll放電電路,lla放電電阻,12輸出 開關(guān)電路,13輸出電流傳感器,14輸出電壓傳感器,15溫度傳感器,16IGBT驅(qū)動模塊,17LCM 顯示模塊,18鍵盤,19顯示操作控制板,20主控模塊,21待充電蓄電池,22控制腔,23 主回路腔,24熱管散熱器,25排熱腔,26排熱孔,27風機,28條形孔,29放電腔,30條 形孔,31排熱孔,32風機,33箱體。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖說明本實用新型的具體實施方式
。
參見圖1、圖2和圖5,所述的放電電路11包括三極管V、放電電阻lla、集電極電阻 Rl、基極電阻R2、電容C、晶閘管K1、晶閘管K2,三極管V的發(fā)射極與放電電阻lla的一 端相連接,三極管V的集電極接集電極電阻Rl的一端,集電極電阻Rl的另一端與電容C 的一端、晶閘管K2的陽極相連,三極管V的基極接基極電阻R2的一端,基極電阻R2的另 一端與電容C的另一端、放電電阻lla的另一端、晶閘管K1的陽極相連接,晶閘管K1、晶 閘管K2的陰極相接并接地,晶閘管K1、晶閘管K2的控制極分別接入主控制模塊20。所述 放電電阻lla安裝在放電腔29中。
參見圖4,所述若干個相互隔離的腔體為四個,分別是控制腔22、主回路腔23、放電腔 29和排熱腔25。
參見圖4、圖5,所述熱管散熱器24安裝在主回路腔23中,所述三相輸入整流模塊、IGBT 全橋、高頻整流全橋組均安裝在熱管散熱器24上。
參見,3、圖4,所述的放電腔29二個側(cè)壁上均開有若干條形孔30,且在放電腔29后壁設(shè)有排熱孔31并裝有風機32。
參見圖4,所述的主回路腔23和排熱腔25共有的腔壁上設(shè)置有若干個排熱孔26,排熱 腔25內(nèi)安裝有風機27。
本實用新型的工作過程,參見圖l,充電前,外網(wǎng)380V三相電源,先經(jīng)合閘電路2在電 阻的限流下,經(jīng)三相輸入整流模塊3對輸入濾波電容電荷瀉放電路4和輸入濾波電路5進行 慢速預充電,電容基本充滿后輸入開關(guān)1閉合,此時輸入直流干線獲得約510V直流電壓, 充電準備完成。IGBT全橋6在主控制模塊20控制驅(qū)動下產(chǎn)生的高頻交流電壓,經(jīng)高頻主變 壓器7偶合變壓后,得到隔離后高頻交流電壓,此電壓經(jīng)高頻整流全橋組8整流并經(jīng)輸出濾 波電路9濾波后,得到穩(wěn)定的電流和電壓經(jīng)過輸出開關(guān)電路12供待充電蓄電池21充電。
在上述主變換回路充電準備完成之后,主控制模塊20開始進行一系列自檢,包括變換電 路能否正常工作、待充電蓄電池21是否反接、是否超溫及其它檢測是否異常。有故障存在時, 停止充電進程并報警。自檢正常時,主控制模塊20控制輸出開關(guān)12閉合,接通蓄電池21的 充電回路,繼而打開IGBT驅(qū)動模塊16,同時通過輸出電流傳感器13、輸出電壓傳感器14 以及溫度傳感器15實時監(jiān)測負載電壓、電流和溫度,進行PID運算產(chǎn)生PWM數(shù)據(jù),通過IGBT 驅(qū)動模塊16控制IGBT全橋6工作。
輸出濾波電容電荷瀉放電路10為輸出保護電路。放電電路11在電路處于充電時不工作, 當需要對蓄電池21放電時,才由主控制模塊20控制其工作。輸出丌關(guān)電路12是保護電路, 電路正常時輸出開關(guān)電路12始終處于導通狀態(tài),只有當電路中電流、電壓或者溫度不正常時, 其在主控制模塊20控制下迅速斷開,以保護蓄電池21不會損壞。
顯示操作單元由LCM顯示模塊17,鍵盤18和顯示操作控制板19組成。鍵盤18簡捷的 四鍵設(shè)計,配合直觀提示,極易操作。顯示操作控制板19釆用A脂7T面I-S CPU作為核心, 完成顯示、按鍵讀取、設(shè)定參數(shù)存儲及充、放電命令形成并保持與主控制模塊20實時通訊等 功能。
參見圖l、圖2,放電電路11在主控制模塊20的控制下工作。當電路處于充電狀態(tài)時, 放電電路ll中的晶閘管K1、 K2在主控制模塊20的控制下處于截止狀態(tài),沒有電流流過放 電電路ll的各個元器件,放電電路11處于截止不工作的狀態(tài),充電電流通過輸出濾波電路 9、輸出開關(guān)電路12,給蓄電池21充電。當需要對蓄電池21進行放電時,充電電路首先在 主控制模塊20的控制下被斷開,然后主控制模塊20發(fā)出觸發(fā)信號加于晶閘管Kl,晶閘管 Kl進入導通狀態(tài),放電電阻lla、電容C與蓄電池21接通而放電;與此同時,由于電容C 的作用,K2瞬間承受反向電壓而截止;之后三極管V通過電阻Rl對C充電,隨著電容C的電壓升高而放電逐漸截止,此時K2處于截止態(tài)并承受高壓。當觸發(fā)信號加于K2時,K2 導通,蓄電池21被放電,同時K1迅即承受反壓而截止,電容C也被放電繼而反向充電至高 壓,使K2截止,停止放電,完成一個放電周期,該周期可以循環(huán),以達到放電要求。同時, 通過調(diào)節(jié)主控制模塊20發(fā)出觸發(fā)信號的時間間隔,進而調(diào)整放電電路放電、截止時間占空比, 實現(xiàn)放電平均電流的調(diào)節(jié)。
本實用新型設(shè)計有二種工作方式, 一種是便捷方式,另一種是智能方式。便捷方式是一 種常規(guī)的恒流限壓定時充電的工作方式,此方式工作時,充電機以設(shè)定電流向蓄電池恒流充 電,當充電電壓達到限制電壓時,電壓不再上升,而充電電流逐漸減小。當充電時間達到設(shè) 定時間時,充電機自動結(jié)束充電過程。此種模式充電,電流不宜超過IOOA,否則蓄電池不易充 滿,且析氣量大。
智能方式是一種針對不同規(guī)格型號的蓄電池采取不同整定參數(shù)全自動充電的工作方式。 而對每一種蓄電池又有兩種充電模式,即初充模式和快速模式。初充模式為兩階段的定電流、 定時間的自動充電方式,主要為新蓄電池初充設(shè)計。快速模式包含三個順序階段,即恒流、 穩(wěn)壓和小電流維持三個階段。恒流段以大電流充電為特征,當恒流充電時間達到限定值或充 電電壓上升到限定值時,自動轉(zhuǎn)入穩(wěn)壓段。恒流段可使蓄電池恢復70%左右的容量。穩(wěn)壓段 則保持恒流充電結(jié)束時的電壓,因而電流會逐漸減小,當穩(wěn)壓充電達到設(shè)定時間時自動轉(zhuǎn)入 小電流維持段充電過程,維持段持續(xù)時間達到設(shè)定時間時,自動結(jié)束快充過程,這是基本快 充過程。當充電時間足夠長時或充電電壓達到預定的設(shè)定值時,基本進程會疊加周期性的放 電脈沖,疊加后的充電過程為"充電-停止-放電-停止-充電"。穩(wěn)壓過程結(jié)束時,蓄電池容量 可恢復95%以上。當充電進程轉(zhuǎn)入維持充電過程時,脈沖疊加停止。放電方式是為人工對蓄 電池放電而設(shè)計的功能。進入該方式時,蓄電池按照設(shè)定電流放電,當蓄電池電壓降到設(shè)定 值時自動停止放電,以解決在充電過程中出現(xiàn)的極化和析氣的問題。
以下結(jié)合圖3、圖4和圖5,對本實用新型形狀構(gòu)造進行說明。
圖3是充電機外觀立體示意圖,顯示單元LCM顯示模塊17和操作單元鍵盤18安裝在 充電機箱體33前上部分。
圖4中,把控制腔22設(shè)置在充電機箱體33正面的中上部位,為能有效解決大功率變換 產(chǎn)生高溫和電磁千擾問題,該腔與其他各腔是熱隔離、電磁隔離的,安裝有LCM顯示模塊 17、鍵盤18、顯示操作控制板19、主控模塊20、輸出電壓傳感器14。
主回路腔23位于后中部,將三相輸入整流模塊3、 IGBT全橋及其吸收電路6、高頻整流 全橋組及其緩沖電路8,這三個易熱高溫部件排列安裝在熱管散熱器24上;主變換回路的其
6它元器件以及放電電路11中除放電電阻lla外的器件均安裝在本腔。
排熱腔25后上部壁開設(shè)有若干條形孔28;在主回路腔23和排熱腔25共有的腔壁上設(shè) 置有若干個排熱孔26,并在排熱腔25內(nèi)對應(yīng)的排熱孔26上安裝有風機27,可以將主腔產(chǎn)生 的熱量抽出,并通過條形孔28排出箱體33之外。
放電腔29獨立地設(shè)計在下部,安裝有放電電阻lla。放電腔29 二個側(cè)壁上相對開設(shè)有 若干條形孔30,且在后壁上開設(shè)有排熱孔31并安裝有風機32,以便在放電時對放電電阻ll 采取強制風冷。
權(quán)利要求1、一種充電機,包括箱體、三相輸入整流模塊、濾波電路、IGBT全橋及其吸收電路、主變壓器、高頻整流全橋組、熱管散熱器、保護電路、顯示操作單元、控制單元,其特征是,增設(shè)放電電路;所述箱體分為若干個相互隔離的腔體。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電機,其特征是,所述的放電電路包括三極管V、放電電 阻lla、集電極電阻R1、基極電阻R2、電容C、晶閘管K1、晶閘管K2,三極管V的發(fā)射極 與放電電阻lla的一端相連接,三極管V的集電極接集電極電阻R1的一端,集電極電阻R1 的另一端與電容C的一端、晶閘管K1的陽極相連,三極管V的基極接基極電阻R2的一端, 基極電阻R2的另一端與電容C的另一端、放電電阻lla的另一端、晶閘管K2的陽極相連接, 晶閘管K1、晶閘管K2的陰極相接并接地,晶閘管K1、晶閘管K2的控制極分別接入主控制 模塊20。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電機,其特征是,所述若干個相互隔離的腔體為四個,分 別是控制腔、主回路腔、放電腔和排熱腔。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的充電機,其特征是,所述熱管散熱器安裝在主回路腔中,所 述三相輸入整流模塊、IGBT全橋、高頻整流全橋組均安裝在熱管散熱器上。
專利摘要一種充電機,包括箱體、三相輸入整流模塊、濾波電路、IGBT全橋及其吸收電路、主變壓器、高頻整流全橋組、熱管散熱器、保護電路、顯示操作單元、控制單元,其特征是,增設(shè)放電電路;所述箱體分為若干個相互隔離的腔體。本實用新型用薄鋼板分開各個腔體在大幅提高箱體散熱能力的同時,也減小了各腔體之間的相互干擾,尤其提高了控制腔中的控制電路的抗強電磁干擾能力,可以對大容量鉛酸蓄電池進行智能快速充電。本實用新型體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊,效率高,充電電壓和電流范圍寬,智能化、自動化程度高,可以將蓄電池極化和析氣效應(yīng)降至最低,延長蓄電池循環(huán)使用壽命,節(jié)約資源,減少電磁污染。
文檔編號H02J7/00GK201369585SQ200920142709
公開日2009年12月23日 申請日期2009年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月13日
發(fā)明者劉振翮 申請人:劉振翮