专利名称：全自动无触点蓄电池化成设备的主控电路结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种蓄电池化成所用的充放电设备，具体是其主充放电回路(主控回路) 的电路结构及其工作原理。 背条技术
在蓄电池的生产过程中，需要对蓄电池进行反复地充电和放电，这一工艺称为化成。目 前，国内广泛使用的蓄电池化成充放电电路的主控回路的结构如图l所示， 一般采用可控硅 整流桥Z作为主要变流组件，在可控硅整流桥的输出回路中串接有平波电抗器L、半导体熔 断器F以及开关KM1的两个触点，开关KM2的两个触点交叉并联在开关KM1的两个触点上， 平波电抗器L作为电流滤波元件，以平滑输出电流(这完全是一种有触点的化成设备的主控 电路系统，以下简称为"有触点系统")。其工作原理是当对负载蓄电池组B进行充电时， KM1吸合KM2断开；当负载蓄电池组B放电时KM2吸合、KM1断开。由于可控硅是一种半控元 件，其导通后必须使之电流回零后才能关断，因此当蓄电池组B放电时恰遇电网停电、或因 接线处接触不良、或者短路等情况时，在主控回路极易发生过电流现象，从而损坏整流可控 硅。进一步分析可以看出，当进入蓄电池放电周期时，KMt断开，跳吸合，如将断开的KM1 省画，电路就如图3所示，可以看出，如果可控硅管不打开，这就是一个开路。要想使此电 路形成放电通路，就必须将可控硅SCR1、 SCR3、 SCR5中的任意一只和可控硅SCR4、 SCR6、 SCR2中的任意一只同时触发导通构造出一个包含蓄电池的闭合回路。再不然就使用全逆变的 工作方式，使之在逆变工作状态下放电。但在逆变时若出现异常导致逆变失败时，其颠覆性 事故会在数毫秒至数十毫秒内发生，而触点的动作时间近秒级，尤其是化成系统用的触点的 功率都比较大，触点的动作时间更长，因此此类有触点的系统中的短路器和空气开关是保护 不了的。其瞬间引发的事故要更加恶劣，因此烧毁的可能不仅仅是可控硅、变压器，还将可 能有蓄电池。公知技术的化成设备主电路几乎都存在这种隐患，有的根本无法较长期安全工 作。因此在化成领域极需要革除这种有触点的系统。更不要说在大电流工作状态下的触点电 流通过时间一长难免出现烁伤氧化导致的接触不良，因而具有极大的事故隐患。
在其他方面，国内广泛使用的化成技术尚有以下弊病-
1. 充放电模式的切换靠的是KM1闭合KM2断开或KM2闭合KM1断开， 一般是手动进 行的，两者也之间的间歇时间较长，因此公知的化成技术急需向自动化方面改进。
2. 即便把KM1、 KM2间的切换改为自动，由于其动作速度为秒级，也无法达到高水平 高质量化成所要求亳秒级的脉冲和换向周期时间的要求，这是公知的化成技术阻碍了化成工 艺发展的又一大原因。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型将提供无触点的化成设备主控回路，革除了触点，就杜绝了 有触点系统的事故隐患，保护速度也要快百倍，放电时完全工作在逆变状态，节能节电，化 成效果良好，尤其是其适合全自动工作，适合于无穷编程，以创新出前所未有的新的化成模 式以消除现有技术对化成工艺发展的阻碍。
本实用新型的技术方案是所述无触点的化成主控电路，主要包括两个可控硅全控桥、 一个电流检测传感器(可以是分流器，霍尔传感器，直流传感器等)、 一个电压取样电阻(用 于双向电压检测)以及一个电抗器。本主回路'的电路结构关系是这样的两个全控桥是反并 联的，主电源变压器次级的三个输出端联接到两个反并联的全控桥的三个桥臂的中点，并联 桥的一个输出端通过电抗器联接到蓄电池的正极，并联桥的另一输出端通过一个电流传感器 联接到蓄电池的负极。这样由反并联的全控桥、电抗器、电流传感器、蓄电池就构成了一个 无触点的主控回路。取样电阻一端联接到蓄电池正极，另一端联接到控制器。电流传感器的 两个输出端也联接到控制器。控制器是一个全数字的智能控制器。
本实用新型的特征是
1. 将两个三相全控桥整流硅组反向并联在一起。在化成的充电和放电阶段分别用不同的 全控桥，职责分工明确清晰而不混绕，便于施行全数字控制，全自动化工作。
2. 专用一组三相全控桥进行可调整流充电。这样在主控器的控制下就可以灵活快速地发 出各种模式的脉冲从而完成各种复杂的充电模式。
3. 专用一组三相全控桥进 变放电。这样就可以进行完善的逆变式放电，较之公知技
术中使用的用大功率三极管或IGBT、 MOSFET之类的消耗式放电有更大的优越性。
4. 化成的放电和充电分别用自己专用的全控桥来进行，由充电切换到放电和放电切换到 充电所用的时间极短，只有0.01S,比有触点的系统切换速度快百倍。这样快的切换速度在 主控器的控制下可以完成复杂的创新的以及以后发展了的任意化成模式的需要。
5. 完全革除了公知技术中的KM1和KM2所表示的二组功率开关，放电时完全不用电磁开 关进行蓄电池的极性转换，对公知的化成充放电主控回路技术进行了彻底的改革，将其从有 触点推进到无触点阶段。
6. 负向放电全控桥的容量比正向充电全控桥的容量小60%—80%,因而其成本很低。
有益效果
与现有的技术相比，本技术的优势如下 1.本实用新型的化成主控回路全部是无触点器件，工作可靠，无氧化可能，有比断路器 快百倍的开关速度，这就完全革除了有触点系统的充放电切换开关的易氧化和接触不良以及
4切换和保护速度慢等带来的一系列的事故隐患和弊病，比有现在广泛使用的有触点系统有质 的飞跃，将公知技术的手动操作推进到全自动化工作。
2. 本实用新型由于专用一组可控硅全控桥进行逆变式放电，故可以把逆变作得十分完善, 杜绝逆变事故的发生，运行稳定可靠。另一方面使化成放电过程中放出的大量电能回馈电网， 符合节能原则。
3. 高速的过流保护。本实用新型的保护速度要比有触点系统的保护速度快2个数量级。 而公知技术保护是靠慢速的短路器，实际上，短路器根本保护不了逆变颠覆。本实用新型的 保护在检测到有过流产生时会立即封住可控硅。
4. 化成模式有无限变化的能力。由于化成的放电和充电用不同的全控桥进行，由充电切 换到放电和放电切换到充电所用的时间极短，只有0.01S，比有触点的系统切换速度快百倍。 再利用十二个可控硅的触发的无限自由编程可以实现前所未有的新的化成工艺，提高化成的 质量的潜力是无限的，如多段式充放电、脉冲式充放电、脉冲多段混合式充放电、改变出前 所未有的控制参数以及编程出前所未有的新模式等等，并且放电可以全部是逆变式。更重要 的是，由于没有触点，动作速度极快，可以创造出更新的以前从未有过的化成工艺，使今后 的化成工艺可以无阻碍的发展。
5. 寿命长。由于半导体的器件具有半永久的寿命，没有触点器件(短路器、接触器、机 械式开关等)的氧化或烧烁伤等，因而器寿命要延长很多倍。
6. 成本底。由于负桥容量的选取只有正桥的三分之一以下(这是由于在化成中去极化 脉冲电流的累积电量一般最多占到正极性电流累积电量的三分之一以下)可以用容量较小的 可控硅，较小容量的可控硅的价格低廉，较之大功率的三极管、IGBT、 MOSFET等放电管具有 价格上的优势。而革除了电磁换向开关，成本更低。
7. 化成效果特好。由于本实用新型将化成充放电主控电路由有触点阶段推进到无触点阶 段，先进了一代，经实验证实本实用新型的化成时间縮短了 40%以上(例如外化成由24小时 左右縮短到15小时左右)，节电20%以上，化成全过程中的析气和极化现象大幅度减轻，极 板的理化性能指标得到提高。
图1是国内广泛使用的化成充放电主控回路的一种模式的电路原理图。 图2是国内广泛使用的化成充放电主控回路的另一种模式的电路原理图。 图3公知化成技术在放电时的电路原理图。 图4是本实用新型的化成充放电主控回路的电路原理图。
实施方案本实用新型提出的主控回路的具体实施方案如下
如图4所示，A、 B、 C表示联接到电网的主变压器的次级的三个输出端，A、 B、 C三端联 接到两反并联的双向全控桥的三个桥臂中点ma、 rab、 mc。 SCRll、 SCR12、 SCR13、 SCR14、 SCR15、 SCR16组成正向全控桥(整流桥)；SCR21、 SCR22、 SCR23、 SCR24、 SCR25、 SCR26组成负向 全控桥(逆变桥)。蓄电池的正极通过电抗器L联接到反并联全控桥的公共端C,蓄电池的负 极通过电流传感器F联接到反并联全控桥的D端。正向全控桥的六个可控硅管的控制极及其 对应阴极通过排线(整流桥控制线)联接入控制器；负向全控桥的六个可控硅管的控制极及 其对应阴极通过排线(逆变桥控制线)联接入控制器。电流传感器F可以是分流器或霍尔传感 器或直流互感器，其作用是检测正反向电流的方向和幅值，其输出端S1,S2接入控制器中。 电阻R是电压取样电阻，用于检测双向龟压，VI、 V2是电压检测的输出两端、也联接入控 制器,控制器是一成熟的全数字智能控制器，此处省画。
本主控电路的工作原理
充电阶段先将逆变桥的六个可控硅SCR21 、 SCR22、 SCR23 SCR24 、 SCR25 、 SCR26 关断，使之在充电时一直处于关闭状态。再通过整流桥控制线发出一系列指令来控制整流桥 的六个可控硅管的导通角来形成正向充电脉冲或正向恒流充电的各种模式。通过向整流桥发 不同的指令系列，就可以千变万化地改变化成工艺参数(例如超大范围地改变频率、占空比、 电流幅度对时间的函数等等)，本实用新型适合于用其实验出更好、更新的前所未有的化成工 艺。
放电阶段在放电阶段先把整流桥关断，使之一直处于关闭状态，再对逆变桥进行操作，
进行逆变式放电，这就完成了有触点系统的靠触点隨l打开KM2闭合进行的蓄电池极性切换 工作，也完全杜绝了导致双向强电系统颠覆原因之一的环流的产生。蓄电池放电从化成工艺 的角度看是为了去除在正向充电过程中所产生的各种有害极化反应，縮短化成时间和提高化 成效率，但从电力电子角度看，放电则是将蓄电池的功率改为输出状态，将电网改为功率输 入状态，只要操作的是与整流桥反接的逆变桥，使触发控制角被控制在逆变范围内、再根据 设定的放电电流大小自动调节此控制角的大小，则既达到了有源逆变式放电、又可以根据化 成的要求调节放电电流大小的目的。与此同时，系统在发现有电流异常现象时，会自动触发 保护电路部分来封锁负桥可控硅进行快速保护，这要比有触点系统的短路器的保护快上百倍， 这就完全达到了既快速高效化成、又安全可靠、节能节电、节省设备制造成本的目的。以上 的运行全部是在全数字控制器的控制下全自动完成的。
权利要求1.一种全自动无触点蓄电池化成设备的主控电路结构，包括充电整流三相可控硅全控桥，该充电用三相全控桥的正极串联一个平波电抗器连接到蓄电池的正极，蓄电池的负极串联一个电流传感器连接到所述的充电整流三相全控桥的负极构成的无触点蓄电池化成设备的主控电路，其特征是还包括在上述的充电整流三相可控硅全控桥上反并联的一个专门用于放电的三相可控硅全控桥，且该放电三相可控硅全控桥的正极与充电整流三相可控硅全控桥的负极并联在一起，所述的放电三相可控硅全控桥的负极与充电整流三相可控硅全控桥的正极并联在一起，这两个三相可控硅全控桥的三个桥臂的中点分别对应并联在一起。
专利摘要本实用新型公开一种特别适合于全自动运行的蓄电池化成设备的充放电主控回路，其主要由两个反并联的全控桥构成，一个全控桥用于正向充电，另一个全控桥用于逆变式放电。本实用新型革除了现有化成主控回路中的两个电磁换向开关，消除了现有化成技术中存在的种种弊病。使用本实用新型技术的化成设备的稳定性和可靠性大幅度提高，实现了整个化成系统的无触点化、全过程无人值守，使化成的时间缩短了40％以上(例如外化成由24小时左右缩短到15小时左右)，节电20％以上，化成全过程中的析气和极化现象大幅度减轻，极板的理化性能指标得到提高。
文档编号H01M10/42GK201328013SQ20082015024
公开日2009年10月14日 申请日期2008年6月30日 优先权日2008年6月30日
发明者史学森, 史重光, 张文贞 申请人:史重光;张文贞;史学森