一种大功率蓄电池充电电源的制作方法

本发明涉及大容量蓄电池充电电源领域。

背景技术：

在一些国防领域，通常会用到8000ah—10000ah容量的蓄电池，而铅酸电池的端电压大约只有2v左右，通常为多节蓄电池串联使用，其充电电流会达到几千安培。目前，国内常用的大功率充电装置有相控整流和高频开关电源两种方式。相控整流电源具有价格低、容量大、且自身可实现有源逆变等优点。但由于其体积较大，功率因数低，谐波含量高，因此，在体积要求不高，且纹波要求较低时，应用较多。高频开关电源具有开关频率高、响应速度快、输出纹波低等特点，但开关器件发热严重，且控制复杂。现有蓄电池充电电源无法同时满足充电效率高、体积小、功率因数高、输出纹波低的需求。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有蓄电池充电电源无法同时实现充电效率高、体积小、功率因数高、输出纹波低的问题，从而提供一种大功率蓄电池充电电源。

本发明所述的一种大功率蓄电池充电电源，包括进线柜1、变压器3、整流系统4、控制系统5、变流系统6和馈出柜7；

进线柜1的电压输入端与10kv电网相连，进线柜1的电压输出端与变压器3的电压输入端相连，变压器3的交流电输出端与整流系统4的交流电输入端相连，整流系统4的直流电输出端与变流系统6的直流电输入端相连，变流系统6的直流电输出端与馈出柜7的直流电输入端相连；控制系统5的进线柜启动控制信号输出端与进线柜1的启动控制信号输入端相连，整流系统4的预充电状态检测信号输出端与控制系统5的预充电状态检测信号输入端相连，控制系统5的整流启动控制信号输出端与整流系统4的启动控制信号输入端相连，控制系统5的变流系统启动控制信号输出端与变流系统6的启动控制信号输入端相连，控制系统5的直流幅值控制信号输出端与变流系统6的直流幅值控制信号输入端相连,控制系统5的馈出启动控制信号输出端与馈出柜7的启动控制信号输入端相连。

优选的是，进线柜1采用it系统供电。

优选的是，还包括pt柜2；

pt柜2用于检测进线柜1输入的电压。

优选的是，还包括全封闭式方舱8和空调9；

进线柜1、变压器3、整流系统4、控制系统5、变流系统6和馈出柜7均位于全封闭式方舱8内；空调9用于调节全封闭式方舱8内空气的温湿度；

全封闭式方舱8设有观察窗8-1，全封闭式方舱8的正面设有人员门8-2，侧面设有集装箱式对开门8-3，底部设有叉车槽。

优选的是，变压器3采用18脉整流变压器实现，变压器3的一次绕组星接，二次绕组为延边三角形。

优选的是，变流系统6包括熔断器fu11、接触器km11常开触点、电阻r11、接触器km12常开触点、电阻r1、电容c1、n组igbt桥臂、电容c12、电阻r12、二极管d12、二极管d11和熔断器fu12；n为正整数；

变流系统6的直流电输入端包括高电势输入端和低电势输入端；

变流系统6的直流电输出端包括高电势输出端和低电势输出端；

熔断器fu11的一端作为高电势输入端，熔断器fu11的另一端与电阻r11的一端和接触器km11常开触点的一端相连，电阻r11的另一端与接触器km12常开触点的一端相连，km12的另一端和接触器km11常开触点的另一端均与电阻r1的一端和电容c1的一端相连，电阻r1的另一端和电容c1的另一端相连并作为低电势输入端，

n组igbt桥臂并联，每组igbt桥臂包括2个igbt和1个电感，2个igbt分别为第一igbt和第二igbt，第一igbt的集电极与接触器km12常开触点、电阻r1和电容c1的公共端相连，第一igbt的发射极同时与电感的一端和第二igbt的集电极相连，第二igbt的发射极与电容c1的另一端相连；

电感的另一端同时与电容c12的一端、电阻r12的一端、二极管d12的阴极、二极管d11的阳极相连，电容c12的另一端和电阻r12的另一端同时与第二igbt的发射极和二极管d12的阳极相连，并作为低电势输出端，二极管d11的阴极与熔断器fu12的一端相连，熔断器fu12的另一端作为高电势输出端。

本发明通过变压器将10kv电变为550v，降压后的系统电压再通过整流系统将交流电压转换为直流电压，直流电压进入变流系统中，通过变流系统输出所需要的直流电压、直流电流，再通过馈出系统输出。本发明的充电效率高达90％以上，功率因数可达到0.97，电流谐波畸变率thdi小于3％，体积小。

附图说明

图1是具体实施方式一所述的一种大功率蓄电池充电电源的结构框图；

图2是具体实施方式四中的全封闭式方舱的主视图；

图3是具体实施方式四中的全封闭式方舱的左视图；

图4是具体实施方式五中的变压器的电路原理图；

图5是具体实施方式六中的整流系统的电路原理图；

图6是具体实施方式六中的变流系统的电路原理图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种大功率蓄电池充电电源，包括进线柜1、变压器3、整流系统4、控制系统5、变流系统6和馈出柜7；

进线柜1的电压输入端与10kv电网相连，进线柜1的电压输出端与变压器3的电压输入端相连，变压器3的交流电输出端与整流系统4的交流电输入端相连，整流系统4的直流电输出端与变流系统6的直流电输入端相连，变流系统6的直流电输出端与馈出柜7的直流电输入端相连；控制系统5的进线柜启动控制信号输出端与进线柜1的启动控制信号输入端相连，整流系统4的预充电状态检测信号输出端与控制系统5的预充电状态检测信号输入端相连，控制系统5的整流启动控制信号输出端与整流系统4的启动控制信号输入端相连，控制系统5的变流系统启动控制信号输出端与变流系统6的启动控制信号输入端相连，控制系统5的直流幅值控制信号输出端与变流系统6的直流幅值控制信号输入端相连,控制系统5的馈出启动控制信号输出端与馈出柜7的启动控制信号输入端相连。

控制系统由plc控制器、dc-dc变流控制板组成。plc控制器通过触摸屏对可移动大功率蓄电池充电电源进行总体控制。触摸屏将输入的控制信号传输给plc控制器，plc控制器控制进线柜、整流系统、变流系统和馈出柜的开关，plc控制器通过dc-dc变流控制板控制变流系统输出的直流幅值。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种大功率蓄电池充电电源作进一步说明，本实施方式中，进线柜1采用it系统供电。

供电系统采用了it系统供电，提高了系统的可靠性。采用高压输入方式，进线电压10kv，可有效减小网侧输入电流，降低线路损耗。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式二所述的一种大功率蓄电池充电电源作进一步说明，本实施方式中，还包括pt柜2；

pt柜2用于检测进线柜1输入的电压。

具体实施方式四：结合图2和图3具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三所述的一种大功率蓄电池充电电源作进一步说明，本实施方式中，还包括全封闭式方舱8和空调9；

进线柜1、变压器3、整流系统4、控制系统5、变流系统6和馈出柜7均位于全封闭式方舱8内；空调9用于调节全封闭式方舱8内空气的温湿度；

全封闭式方舱8设有观察窗8-1，全封闭式方舱8的正面设有人员门8-2，侧面设有集装箱式对开门8-3，底部设有叉车槽。

空调9采用分体空调系统，用于调节舱内温度，同时具备除湿功能，使舱内环境温度保持在16℃～25℃。由于舱体采用全封闭式方舱，因此，此电源可应用于海边高盐雾、高温、高湿等环境，具有较宽的应用范围。

采用了军用标准方舱结构，正面设有人员门，方便人员进出调试。设有观察窗，便于在设备运行时，实时观察设备内部运行状态。舱体两侧具有集装箱式对开门，可用于设备的安装、维护。舱体底部具有叉车槽设计，便于移动运输本实施方式的蓄电池充电电源。整个蓄电池充电电源的进线与出线位置均在方舱的后下方。舱体外形尺寸：6058mm×2438mm×2438mm(长×宽×高)。

具体实施方式五：结合图4具体说明本实施方式本实施方式是对具体实施方式四所述的一种大功率蓄电池充电电源作进一步说明，本实施方式中，变压器3采用18脉整流变压器实现，变压器3的一次绕组星接，二次绕组为延边三角形。

由于18脉整流变压器输出为3组共9相电压，因此，整流桥采用三相桥式结构，且由于18脉整流变压器漏感的存在，整流输出侧可省去平衡电感，输出直接并联，减小了蓄电池充电电源的体积及成本。

具体实施方式六：结合图5和图6具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式五所述的一种大功率蓄电池充电电源作进一步说明，本实施方式中，变流系统6包括熔断器fu11、接触器km11常开触点、电阻r11、接触器km12常开触点、电阻r1、电容c1、n组igbt桥臂、电容c12、电阻r12、二极管d12、二极管d11和熔断器fu12；

变流系统6的直流电输入端包括高电势输入端和低电势输入端；

变流系统6的直流电输出端包括高电势输出端和低电势输出端；

熔断器fu11的一端作为高电势输入端，熔断器fu11的另一端与电阻r11的一端和接触器km11常开触点的一端相连，电阻r11的另一端与接触器km12常开触点的一端相连，km12的另一端和接触器km11常开触点的另一端均与电阻r1的一端和电容c1的一端相连，电阻r1的另一端和电容c1的另一端相连并作为低电势输入端，

n组igbt桥臂并联，每组igbt桥臂包括2个igbt和1个电感，2个igbt分别为第一igbt和第二igbt，第一igbt的集电极与接触器km12常开触点、电阻r1和电容c1的公共端相连，第一igbt的发射极同时与电感的一端和第二igbt的集电极相连，第二igbt的发射极与电容c1的另一端相连；

电感的另一端同时与电容c12的一端、电阻r12的一端、二极管d12的阴极、二极管d11的阳极相连，电容c12的另一端和电阻r12的另一端同时与第二igbt的发射极和二极管d12的阳极相连，并作为低电势输出端，二极管d11的阴极与熔断器fu12的一端相连，熔断器fu12的另一端作为高电势输出端。

变流系统6采用了以igbt为控制核心的电子器件组成的变流系统，变流系统可根据设计容量大小进行并联从而达到扩容的目的。

图5是整流系统的电路原理图；整流系统由三组三相整流桥组成，共9相，每相交流侧具有熔断器保护，保护整流桥无过流损坏危险。电容c01为母线直挂电容，当整流后端电路由于故障断开时，用于吸收前端变压器漏感的能量，防止产生高压。电阻r01为电容c01的缓起电阻，电阻r02为电容c01的放电电阻。

图6是变流系统的电路原理图。采用了以igbt为控制核心的电子器件组成的变流系统，变流系统采用buck变换电路实现调压。针对可移动式大功率蓄电池充电电源，变流系统采用多个igbt桥臂并联实现。

本实施方式采用第四代igbt作为主功率开关器件，开关频率可以达到20khz。增加开关频率有如下好处：第一，频率越高，高频电感的尺寸越小，这样变流系统的体积更小，更有利于模块化；第二，提高开关频率还可减小开关谐波的大小，本发明采用交错移相技术进一步提高开关频率，若单个igbt的额定开关频率为20khz，假如有n个igbt桥臂并联，则等效开关频率为n*20khz；第三，当开关频率超过18khz，基本已经超出了人耳能识别的范围，因此，可以大大减小高频开关噪声。

如图6所示，变流系统输出端加二极管d11和二极管d12。二极管d11为防反二极管或输出端止逆二极管，作用是防止电源输出与蓄电池反向连接时，能量反向流动，造成设备损坏。当充电电源与蓄电池距离较远时，连接电缆的等效电感则不容忽视，二极管d12的作用就是为这部分电感提供续流通道，防止因能量无法释放而引起高压，发生危险。

馈出柜可输出直流电压0-630v，直流电流0-2400a；

工作原理：当蓄电池充电电源运行启动时先闭合进线柜接触器，18脉整流变压器工作，此时18脉动辅助绕组(图4右下方的绕组)工作给予整流系统、变流系统、馈出柜控制电，此时整流系统通过图5中电阻r01对电容c01进行预充电。进线柜接触器闭合后，馈出柜输出断路器闭合，馈出输出断路器闭合后，并且整流系统预充电完成后整流系统中的断路器km01闭合，整流系统完全工作。

整流系统工作后，控制系统将km12闭合，进行软启动，km12闭合后3s闭合km11，变流系统开始工作。此时控制系统的plc控制器可通过触摸屏的方式并采用通讯的方法给予dc-dc变流控制板所需要的给定输出值。

本发明的充电效率高达90％以上，功率因数可达到0.97，电流谐波畸变率thdi小于3％，体积小。而现有充电电源的充电效率只能达到80％左右，功率因数只有0.83，电流谐波畸变率thdi达13％。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。