CN206820532U - 一种脉冲式快速内化成充放电逆变回网电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种可以缩短化成充放电时间的脉冲式快速内化成充放电逆变回网电源，包括：三相电源变压装置，三相电源变压装置与“AC/DC”SPWM整流模块、DC/AC”SPWM逆变模块的交流侧相连，“AC/DC”SPWM整流模块、DC/AC”SPWM逆变模块的直流侧与同步整流逆变模块相连，同步整流逆变模块通过“AC/AC”高频纳米硅晶变压模块与“AC/DC”同步整流逆变模块相连，信息管理系统的反馈输入端通过采样模块与“AC/DC”同步整流逆变模块的反馈输出端相连，信息管理系统通过通讯模块与PWM双向逆变控制调谐模块相连，PWM双向逆变控制调谐模块分别给“DC/AC”SPWM逆变模块、“AC/DC”SPWM整流模块和同步整流逆变模块提供触发信号。
Description
技术领域
本实用新型涉及到一种蓄电池内化成充放电电源，尤其涉及到一种用于蓄电池快速内化成充放电逆变回网电源。
背景技术
铅酸蓄电池自1859年发明至今已有156年历史，目前仍占据蓄电池市场约70％的份额，2014年国内铅酸蓄电池产量约为2.2亿KVAh。销售超过1000亿元人民币。在铅酸蓄电池的制造过程中，有一道主要工序叫化成，就是把硫酸铅极板通过电化学方法转变成能储存电能的蓄电池正负极板(通常也叫做电化成-充电)。用化成好的正负极板组装到蓄电池壳内就是半成品蓄电池，再经过充电就是成品蓄电池。
近年来，随着技术的不断进步以及对节能环保越来越重视，一种铅酸蓄电池化成的新工艺应运而生，该工艺的具体步骤为：将硫酸铅极板直接装到电池壳内，注入硫酸液后经过内化成充电一步到位生产出成品电池，其间减少了多道铅污染周转环节，达到了环保、高效要求。但是，由于釆用一次性注酸内化成，酸液密度高、电池发热量大。目前，蓄电池生产厂所用的内化成充电设备采用的仍然是传统的恒压、恒流充电模式。内化成电池在釆用恒压、恒流充电期间，电池极化反应强烈，电池发热，析气量大难以控制，因而，只能釆用减小充电电流、延长化成时间的方法来进行，所以内化成工艺虽然环保，但延长了化成时间，影响了工厂的蓄电池产能。
例如：目前最大产能的助力车铅酸蓄电池，原来恒流外化成工艺，充电只需要46-54小时，化成周期只需要2-3天，而釆用恒流内化成工艺，充电则需要92-104小时，化成周期需要4-5天。内化成充电已成为制约铅酸蓄电池生产效率的一大瓶颈。
自从1967年美国人J.A.Mas发现铅酸蓄电池最佳充电接受能力曲线后，高效快速充电设备就成为铅酸蓄电池充电的一大主要攻关目标。目前，国内外市场围绕该曲线而开发的快速充电器、脉冲式充电机，其工作原理归纳起来也就是釆用开关电源控制方式，把交流电变换成直流电，把恒流输出变换成脉冲输出，这些充电器都只能被动适应铅酸蓄电池充电中的极化反应，属于被动式去极化充电，用于铅酸蓄电池内化成充放电的时间还是太长。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种可以缩短化成充放电时间的脉冲式快速内化成充放电逆变回网电源。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种脉冲式快速内化成充放电逆变回网电源，包括：三相电源变压装置和电源抗干扰模块、“交流/直流”SPWM整流模块、“直流/交流”SPWM逆变模块、直流母线滤波模块、一路同步整流逆变模块或并联在一起的至少两路同步整流逆变模块、“交流/交流”高频纳米硅晶变压模块、“交流/直流”同步整流逆变模块、PWM双向逆变控制调谐模块、信息管理模块、采样模块、以及直流输出滤波模块，三相电源变压装置的副边通过所述的电源抗干扰模块与“交流/直流”SPWM整流模块和“直流/交流”SPWM逆变模块的交流侧相连，所述的直流母线滤波模块并接在“交流/直流”SPWM整流模块的直流侧上，“交流/直流”SPWM整流模块的直流侧和“直流/交流”SPWM逆变模块的直流侧与所述的一路同步整流逆变模块或并联在一起的至少两路同步整流逆变模块的直流侧相连，所述的一路同步整流逆变模块或并联在一起的至少两路同步整流逆变模块的交流侧通过“交流/交流”高频纳米硅晶变压模块与所述“交流/直流”同步整流逆变模块的交流侧相连，“交流/直流”同步整流逆变模块的直流侧与所述的直流输出滤波模块并联在一起，信息管理模块的反馈输入端通过采样模块与“交流/直流”同步整流逆变模块的反馈输出端相连，所述的信息管理模块通过通讯模块与所述PWM双向逆变控制调谐模块的通讯接口相连，PWM双向逆变控制调谐模块通过隔离驱动电路分别给所述的一路同步整流逆变模块或并联在一起的至少两路同步整流逆变模块、以及“交流/直流”SPWM整流模块和“直流/交流”SPWM逆变模块提供触发信号。
作为一种优选方案，在所述的一种脉冲式快速内化成充放电逆变回网电源中，还包括有控制计算机，控制计算机通过通讯接口与所述的信息管理模块相连。
作为一种优选方案，在所述的一种脉冲式快速内化成充放电逆变回网电源中，所述的同步整流逆变模块为IGBT同步整流逆变模块。
作为一种优选方案，在所述的一种脉冲式快速内化成充放电逆变回网电源中，所述的信息管理模块还连接有计量模块和显示模块。
作为一种优选方案，在所述的一种脉冲式快速内化成充放电逆变回网电源中，所述的脉冲式快速内化成充放电逆变回网电源还包括：电源指示灯和辅助电源模块。
作为一种优选方案，在所述的一种脉冲式快速内化成充放电逆变回网电源中，所述的三相电源变压装置由至少两台三相交流(AC)变压器并联而成。
作为一种优选方案，在所述的一种脉冲式快速内化成充放电逆变回网电源中，所述的“交流/直流”同步整流逆变模块采用MOS管组成的桥式整流逆变电路。
本发明的工作原理为：釆用J.A.Mas发现的铅酸蓄电池最佳充电接受能力曲线和改变该曲线运行规律的三个定律，通过试验，釆集到各种铅酸蓄电池的最佳内化成时充电接受能力曲线的基本参数，再将参数输入到脉冲式快速内化成充放电逆变回网电源的控制计算机中，并通过控制计算机输入到信息管理模块中，将要被内化成的铅酸蓄电池型号规格输入到信息管理模块中，待内化成电池接入脉冲式快速内化成充放电逆变回网电源后，选择该型号蓄电池相应的内化成模式，信息管理模块会根据用户的环境条件要求，从预置内化成工艺中选择相应的程序进行内化成充放电，在充放电过程中根据输出的电流，电压，脉动周期，占空比，安时量和对电池温度的釆集，与预置内化成充放电参数对比，来调整组合脉冲输出的充放电电流、限压范围、正负脉动周期和占空比(参见图2所示)，最大限度地快速抑制内化成电池在大电流充电过程中的强烈极化反应，使内化成电池始终处于最佳充电接受能力状态，从而达到智能化快速高效内化成的目的。
本实用新型的有益效果如下：
1.内置快速内化成工艺程序和蓄电池内化成主要充放电性能参数，釆用智能化对比调控方式，及时掌控铅酸蓄电池内化成快速充电过程中的极化反应时刻，并快速抑制极化反应升高的电压，降低了电池的发热和析气，提高了电池内化成充放电的效能，开创了铅酸蓄电池内化成智能化快速充放电新模式。
2.釆用智能化多脉冲组合调制输出的充放电电流能达到主动抑制铅酸蓄电池内化成快速充电过程中的极化反应，改变被充电池最佳充电接受能力运行轨迹，提高电池内化成充放电效率，使上述铅酸蓄电池内化成时间从96-104小时下降到44-46小时，并可节约化成电量20-25％，可减少内化成析气脱水10-15％，而且减少了铅酸蓄电池内化成时的酸雾排放，改善了内化成车间作业环境。
4.用IGBT和MOS管组成的全桥逆变和同步整流电路的双向转换应用，不但简化了电路结构，降低了产品成本，提高了电路整流效率，还可使脉冲式快速内化成充放电逆变回网电源的电能转换效率提高到92％以上，功率因素提高到95％以上，使本电源在蓄电池充放电过程中真正做到高效节能。
5.釆用双重电源平台：交流外网到交流内网的多台三相电源变压装置并联供电和脉冲式快速内化成充放电逆变回网电源的直流端并联供电，组合成交直流双重供电平台，提高了蓄电池工厂内化成用电大户供电系统的抗过载能力，为蓄电池工厂内化成供电系统的供电/逆变提供了高效安全保障。
6.釆用两级回能：第一级将蓄电池放电电能逆变到直流母线，直接供给其它并机充电设备用电，这样，不但减少了机载整流器的损耗，提高了回能利用效率，还可减少相应的回网设备投资50％以上，而只有当直流母线有剩余电能时，才会启动共用逆变上网系统，从而实现了节能高效地利用电池内化成中的放电回能的目的。
附图说明
图1为本发明的电原理结构框图。
图2为本发明充电输出电压、电流特性图。
图3为本发明的电原理结构示意图。
图1、图3中的附图标记为：1、三相电源变压装置，2、电源抗干扰模块，3、“交流/直流”SPWM整流模块，4、直流母线滤波模块，5、“直流/交流”SPWM逆变模块，61～6N、IGBT同步整流逆变模块，7、PWM双向逆变控制调谐模块，8、“交流/交流”高频纳米硅晶变压模块，9、“交流/直流”同步整流逆变模块，10、控制计算机即图中的控制PC，11、信息管理模块，12、采样模块，13、计量模块，14、显示模块，15、直流输出滤波模块，16、内化成蓄电池组，17、辅助电源模块。
具体实施方式
下面结合附图，详细描述本实用新型所述的一种脉冲式快速内化成充放电逆变回网电源的具体实施方案。
如图1和图3所示，本实用新型所述的一种脉冲式快速内化成充放电逆变回网电源，包括：由多台三相AC变压器B1并联而成的三相电源变压装置1(三相AC变压器B1的台数可根据实际情况而定)、电源抗干扰模块2、“交流/直流”SPWM整流模块3、直流母线滤波模块4、“直流/交流”SPWM逆变模块5、并联在一起的N路IGBT同步整流逆变模块61～6N、“交流/交流”高频纳米硅晶变压模块8、“交流/直流”同步整流逆变模块9、PWM双向逆变控制调谐模块7、控制计算机即图中的控制PC10、信息管理模块11、采样模块12、计量模块13、显示模块14和直流输出滤波模块15，三相电源变压装置1的副边通过所述的电源抗干扰模块2与“交流/直流”SPWM整流模块3和“直流/交流”SPWM逆变模块5的交流侧相连，所述的直流母线滤波模块4并接在“交流/直流”SPWM整流模块3的直流侧上，“交流/直流”SPWM整流模块3的直流侧和“直流/交流”SPWM逆变模块5的直流侧与所述的N路IGBT同步整流逆变模块61～6N的直流侧相连，这N路IGBT同步整流逆变模块61～6N的交流侧通过“交流/交流”高频纳米硅晶变压模块8与所述“交流/直流”同步整流逆变模块9的交流侧相连，信息管理模块11的反馈输入端通过采样模块12与“交流/直流”同步整流逆变模块9的反馈输出端相连，所述的控制PC10通过通讯接口与信息管理模块11相连，信息管理系统11通过通讯模块与所述PWM双向逆变控制调谐模块7的通讯接口相连，PWM双向逆变控制调谐模块7通过隔离驱动电路分别给“交流/直流”SPWM整流模块3、“直流/交流”SPWM逆变模块5、以及N路IGBT同步整流逆变模块61～6N提供触发信号，所述的计量模块13和显示模块14与所述的信息管理模块11相连。
在实际应用时，所述的脉冲式快速内化成充放电逆变回网电源还设置有电源指示灯、以及主要为PWM双向逆变控制调谐模块7和显示模块14提供电源的辅助电源模块17，当然，该辅助电源模块17也可以同时为计量模块13、采样模块12和信息管理模块11提供电源。所述的直流输出滤波模块15的输出端直接与内化成蓄电池组16相连。
本发明的工作过程为：所述的电源抗干扰模块2采用抗干扰电路，隔离内外电路中的高频谐波干扰，在电源抗干扰模块2输出端连接有用于散热的风机FJ1和FJ2(风机台数的多少可根据实际情况而定)，辅助电源模块17为PWM双向逆变控制调谐模块7、采样模块12、计量模块13和显示模块14提供不同等级的电压，“交流/直流”SPWM整流模块3和直流母线滤波模块4为N路IGBT同步整流逆变模块61～6N提供直流母线电源；IGBT同步整流逆变模块由IGBT与IGBT辅助电路构成，IGBT的工作频率优选设置为20KHZ，IGBT器件在20KHZ频率下的调控速度是5微秒，所述“交流/交流”纳米硅晶体变压模块8的初级绕组连接N路IGBT同步整流逆变模块61～6N的输出端，“交流/交流”纳米晶体变压模块8中的变压器铁芯采用纳米硅晶体材料，这样，在相同功率输出下，“交流/交流”纳米硅晶体变压器的体积只有传统铁芯变压器体积的几十分之一，比常用铁氧体磁芯效率提高3倍，耐热性能提高40％；“交流/直流”同步整流逆变模块9(采用MOS管组成桥式整流逆变电路)连接“交流/交流”纳米晶体变压模块8的次级端。所述的釆样模块12从“交流/直流”同步整流逆变模块9的输出端不断釆集内化成蓄电池组15充放电中的各种参数送往信息管理模块11、并由信息管理模块11送至控制PC10，控制PC10分别记录并显示充放电过程中的电流、电压、安时和电池温度等参数值，信息管理模块11依据釆样反馈信号和预设工艺参数对照做出分析判定，将调控指令送至PWM双向逆变控制调谐模块7，PWM双向逆变控制调谐模块7输出相应驱动信号去控制N路IGBT同步整流逆变模块61～6N的开通与关断时间，从而完成输出充电波形和电流的调控，使得每一时刻的充电波形和电流都符合被充电池的最大充电接受能力需求，快速抑制蓄电池内化成中的极化反应，把铅酸蓄电池内化成快速充电过程中的极化反应降到最低值，使铅酸电池内化成充放电效率达到最佳状态，蓄电池在内化成充放电过程中的电化学能转换效率最佳。如果内化成电池需要放电，放电电流经过“交流/直流”同步整流逆变模块9逆变成高频交流，然后，经“交流/交流”高频纳米硅晶变压器模块隔离变压后，送往N路IGBT同步整流逆变模块61～6N，经同步整流后送回直流母线，返回的直流电能如果直流母线用不完，将启动“直流/交流”SPWM逆变模块5，将直流母线剩余电能逆变成与电网同步的三相工频交流电，经过电源高频抗干扰模块2滤波后，由三相AC变压器B1返回至供电电网，使得脉冲式式快速内化成充放电逆变回网电源更加高效节能。
综上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型实施的范围，凡依本实用新型权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所作的均等变化与修饰，均应包括在本实用新型的权利要求范围内。
Claims (7)
1.一种脉冲式快速内化成充放电逆变回网电源，包括：三相电源变压装置和电源抗干扰模块，其特征在于：所述的脉冲式快速内化成充放电逆变回网电源还包括：“交流/直流”SPWM整流模块、“直流/交流”SPWM逆变模块、直流母线滤波模块、一路同步整流逆变模块或并联在一起的至少两路同步整流逆变模块、“交流/交流”高频纳米硅晶变压模块、“交流/直流”同步整流逆变模块、PWM双向逆变控制调谐模块、信息管理模块、采样模块、以及直流输出滤波模块，三相电源变压装置的副边通过所述的电源抗干扰模块与“交流/直流”SPWM整流模块和“直流/交流”SPWM逆变模块的交流侧相连，所述的直流母线滤波模块并接在“交流/直流”SPWM整流模块的直流侧上，“交流/直流”SPWM整流模块的直流侧和“直流/交流”SPWM逆变模块的直流侧与所述的一路同步整流逆变模块或并联在一起的至少两路同步整流逆变模块的直流侧相连，所述的一路同步整流逆变模块或并联在一起的至少两路同步整流逆变模块的交流侧通过“交流/交流”高频纳米硅晶变压模块与所述“交流/直流”同步整流逆变模块的交流侧相连，“交流/直流”同步整流逆变模块的直流侧与所述的直流输出滤波模块并联在一起，信息管理模块的反馈输入端通过采样模块与“交流/直流”同步整流逆变模块的反馈输出端相连，所述的信息管理模块通过通讯模块与所述PWM双向逆变控制调谐模块的通讯接口相连，PWM双向逆变控制调谐模块通过隔离驱动电路分别给所述的一路同步整流逆变模块或并联在一起的至少两路同步整流逆变模块、以及“交流/直流”SPWM整流模块和“直流/交流”SPWM逆变模块提供触发信号。
2.根据权利要求1所述的脉冲式快速内化成充放电逆变回网电源，其特征在于：还包括有控制计算机，控制计算机通过通讯接口与所述的信息管理模块相连。
3.根据权利要求1所述的脉冲式快速内化成充放电逆变回网电源，其特征在于：所述的同步整流逆变模块为IGBT同步整流逆变模块。
4.根据权利要求1所述的脉冲式快速内化成充放电逆变回网电源，其特征在于：所述的信息管理模块还连接有计量模块和显示模块。
5.根据权利要求1所述的脉冲式快速内化成充放电逆变回网电源，其特征在于：所述的脉冲式快速内化成充放电逆变回网电源还包括：电源指示灯和辅助电源模块。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的脉冲式快速内化成充放电逆变回网电源，其特征在于：所述的三相电源变压装置由至少两台三相交流变压器并联而成。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的脉冲式快速内化成充放电逆变回网电源，其特征在于：所述的“交流/直流”同步整流逆变模块采用MOS管组成的桥式整流逆变电路。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |