锂电池充电系统及工作方法与流程

本发明涉及一种锂电池能源领域，尤其涉及一种锂电池充电系统及工作方法。

背景技术：

地铁车辆以电能为动力能源。地铁在建设和运营阶段，虽然牵引供电的安全性和可靠性得到了足够重视，但仍不可避免出现地铁车辆供电短时中断或长时间瘫痪。此时地铁车辆无法正常启动，地铁运营商基本都会采用工程维护车实施救援，将地铁车辆牵引至下一个站台。但是整个过程最快也需花费几十分钟，故会导致其它运营车辆的延误。

为了避免对后续地铁车辆运营产生影响。一些主机厂在地铁车辆中增加应急牵引功能，提高dc110v蓄电池容量，甚至单独配备动力锂电池组用于蓄电池牵引。当地铁车辆处于紧急情况时，地铁列车自行应急牵引至下一站台，便于乘客安全撤离。

但是，动力锂电池组通常需要使用单独的充电装置充电，但是该充电装置使用的次数很少，而且充电单元的可替换性较差，一个电压等级对应一种充电装置，再而动力锂电池组和蓄电池单元之间没有实现能量之间互联，这无疑会降低动力锂电池组的使用次数。

因此，亟需开发一种新的锂电池充电系统及工作方法，以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种锂电池充电系统及工作方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种锂电池充电系统，其包括：倍压充电单元、与所述倍压充电单元电性相连的充电机、锂电池组；其中所述充电机适于提供输入电压，所述倍压充电单元适于调整输入电压的电压等级后，以向所述锂电池组进行充电；所述锂电池组还适于通过所述倍压充电单元对所述充电机的直流母线进行供压。

进一步，所述倍压充电单元包括：与充电机输出端相连的dc/dc隔离变换器，以及与该dc/dc隔离变换器相连的倍压变换模块；所述倍压变换模块的输出端与锂电池组相连。

进一步，所述倍压充电单元包括：两路并联设置的dc/dc隔离变换器，且与充电机输出端相连；以及与两dc/dc隔离变换器分别相连的倍压变换模块；两倍压变换模块的输出端串联后与锂电池组相连。

进一步，所述倍压充电单元包括：倍压变换模块；所述倍压变换模块包括：第一级倍压模块、第二级倍压模块、第三级倍压模块；所述第一级倍压模块适于对输入电压进行第一级倍压；所述第二级倍压模块适于连接所述第一级倍压模块，以对第一级倍压后电压进行第二级倍压；所述第三级倍压模块适于连接所述第二级倍压模块，以对第二级倍压后电压进行第三级倍压后输出至所述锂电池组。

进一步，所述第一级倍压模块包括：倍压电路；所述倍压电路包括：输入电感、半桥igbt单元和母线电容；其中所述输入电感的一端连接半桥igbt单元的中点处，另一端作为输入端；所述母线电容与半桥igbt单元的两输出端并联。

进一步，所述第二级倍压模块包括两个倍压电路；所述第一级倍压模块中半桥igbt单元的两输出端分别连接第二级倍压模块中两倍压电路的输入电感；两个倍压电路形成三个输出端，即两个倍压电路的一输出端合并作为公共输出端，且分别与两输出端之间并联有母线电容。

进一步，所述第三级倍压模块包括三个倍压电路；所述第二级倍压模块的三输出端分别连接第三级倍压模块中三倍压电路的输入电感；三个倍压电路形成两输出端以连接所述锂电池组。

进一步，所述锂电池充电系统还包括控制模块；所述控制模块适于控制各级倍压模块中的相应半桥igbt单元通断一改变相应倍压模块的放大倍数以及各级倍压模块输出电压的相位差。

另一方面，本发明提供一种锂电池充电系统的工作方法，其包括：调整输入电压的电压等级，以向锂电池组进行充电；由锂电池组对充电机的直流母线进行供压。

所述工作方法适于采用如上述的锂电池充电系统实现充电机向锂电池组进行充电。

本发明的有益效果是，本发明通过调整输入电压的电压等级后对锂电池组进行充电，并将锂电池组与充电机的直流母线连接在一起进行能量互流，充分利用了充电机的充电范围，在提高实用性的同时还节约了使用成本；实现能量相互支援，提高了可靠性和稳定性；实现多种不同电压等级的电压输出，以应对多种电压等级的动力锂电池组。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的锂电池充电系统的原理框图；

图2是本发明的锂电池充电系统的另一种实施方式的原理框图；

图3是本发明的倍压变换模块的电路图；

图4是本发明的各级倍压模块的驱动波形图；

图5是本发明的锂电池充电系统的工作方法的流程图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1

图1是本发明的锂电池充电系统的原理框图。

在本实施例中，如图1所示，本实施例提供了一种锂电池充电系统，其包括：倍压充电单元、与所述倍压充电单元电性相连的充电机、锂电池组；其中所述充电机适于提供输入电压，所述倍压充电单元适于调整输入电压的电压等级后，以向所述锂电池组进行充电；所述锂电池组还适于通过所述倍压充电单元对所述充电机的直流母线进行供压。

在本实施例中，本实施例通过调整输入电压的电压等级后对锂电池组进行充电，并将锂电池组与充电机的直流母线连接在一起进行能量互流，充分利用了充电机的充电范围，在提高实用性的同时还节约了使用成本；实现能量相互支援，提高了可靠性和稳定性；实现多种不同电压等级的电压输出，以应对多种电压等级的动力锂电池组。

为了进行双向传输电能，所述倍压充电单元包括：与充电机输出端相连的dc/dc隔离变换器，以及与该dc/dc隔离变换器相连的倍压变换模块；所述倍压变换模块的输出端与锂电池组相连。

图2是本发明的锂电池充电系统的另一种实施方式的原理框图。

为了实现对不同电压等级的锂电池组进行充电，如图2所示，所述倍压充电单元包括：两路并联设置的dc/dc隔离变换器，且与充电机输出端相连；以及与两dc/dc隔离变换器分别相连的倍压变换模块；两倍压变换模块的输出端串联后与锂电池组相连。

在本实施例中，通过两dc/dc隔离变换器分别相连的倍压变换模块，两倍压变换模块的输出端串联后与锂电池组相连，实现了多种不同电压等级的电压输出，以应对多种电压等级的动力锂电池组。

图3是本发明的倍压变换模块的电路图。

为了进行倍压输出，如图3所示，所述倍压充电单元包括：倍压变换模块；所述倍压变换模块包括：第一级倍压模块、第二级倍压模块、第三级倍压模块；所述第一级倍压模块适于对输入电压进行第一级倍压；所述第二级倍压模块适于连接所述第一级倍压模块，以对第一级倍压后电压进行第二级倍压；所述第三级倍压模块适于连接所述第二级倍压模块，以对第二级倍压后电压进行第三级倍压后输出至所述锂电池组。

具体的，所述第一级倍压模块包括：倍压电路；所述倍压电路包括：输入电感、半桥igbt单元和母线电容；其中所述输入电感的一端连接半桥igbt单元的中点处，另一端作为输入端；所述母线电容与半桥igbt单元的两输出端并联。

具体的，所述第二级倍压模块包括两个倍压电路；所述第一级倍压模块中半桥igbt单元的两输出端分别连接第二级倍压模块中两倍压电路的输入电感；两个倍压电路形成三个输出端，即两个倍压电路的一输出端合并作为公共输出端，且分别与两输出端之间并联有母线电容。

具体的，所述第三级倍压模块包括三个倍压电路；所述第二级倍压模块的三输出端分别连接第三级倍压模块中三倍压电路的输入电感；三个倍压电路形成两输出端以连接所述锂电池组。

图4是本发明的各级倍压模块的驱动波形图。

在本实施例中，如图4所示，第一级倍压模块、第二级倍压模块、第三级倍压模块中的半桥igbt单元驱动波形分别相差120度；第一级倍压模块中的半桥igbt单元驱动波形为波形a，第二级倍压模块中的半桥igbt单元驱动波形为波形b、第三级倍压模块中的半桥igbt单元驱动波形为波形c。

在本实施例中，充电机从倍压变换模块的ui端输入电压值为u1。

在本实施例中，第一级倍压模块即完成对电容c1的充电，其充电回路为：输入电压经电感l1、反并联二极管vt1、电容c1、电感l3、反并联二极管vt6、电感l6、反并联二极管vt12。

在本实施例中，第二级倍压模块即完成电容c2和电容c3的充电，电容c2的充电由电容c1完成，由于反并联二极管vt2的导通使得电容c1负端的电位变为u1，c1正端的电位变为2u1，c2的回路为：输入电压经电感l2、反并联二极管vt3、电容c2、反并联二极管vt5、电感l3；电容c2充满电后两端的电压值为u1，电容c2负端的电位为u1；电容c3的充电由前端电源完成，其充电回路为：输入电压经电感l1、反并联二极管vt2、电感l3、反并联二极管vt5、电容c3、电感l6、反并联二极管vt12，完成充电后电容c2和电容c3的电压值和为2u1。

在本实施例中，第三级倍压模块的输出端uo的输出电压值为3u1，完成对电容c4、电容c5和电容c6的充电，电容c4的充电由电容c2完成，其充电回路为：输入电压经电感l4、反并联二极管vt7、电容c4、反并联二极管vt9、电感l5；电容c4充满电后两端的电压值为u1，负端的电位为2u1；电容c5的充电由电容c3完成，其充电回路为：输入电压经电感l5、反并联二极管vt9、电容c5、反并联二极管vt11、电感l6；电容c5充满电后两端的电压值为u1，负端的电位为u1；电容c6的充电由前端电源完成，其充电回路为：输入电压经电感l1、反并联二极管vt2、电感l3、反并联二极管vt6、电感l6、反并联二极管vt11、电容c6。

在本实施例中，还可将第三级倍压模块连接充电机，第一级倍压模块连接锂电池组，以实现反向倍压。

具体的，所述锂电池充电系统还包括控制模块；所述控制模块适于控制各级倍压模块中的相应半桥igbt单元通断一改变相应倍压模块的放大倍数以及各级倍压模块输出电压的相位差。

实施例2

图5是本发明的锂电池充电系统的工作方法的流程图。

在实施例1的基础上，本实施例提供一种锂电池充电系统的工作方法，如图5所示，其包括：调整输入电压的电压等级，以向锂电池组进行充电；由锂电池组对充电机的直流母线进行供压。

具体的，所述工作方法适于采用如实施例1所提供的锂电池充电系统实现充电机向锂电池组进行充电。

在本实施例中，锂电池充电系统已在上述实施例中阐述清楚。

为了实现对不同电压等级的锂电池组进行充电，所述工作方法还包括：通过若干个锂电池充电系统进行串联，以实现对不同电压等级的锂电池组进行充电。

综上所述，本发明通过调整输入电压的电压等级后对锂电池组进行充电，并将锂电池组与充电机的直流母线连接在一起进行能量互流，充分利用了充电机的充电范围，在提高实用性的同时还节约了使用成本；实现能量相互支援，提高了可靠性和稳定性；实现多种不同电压等级的电压输出，以应对多种电压等级的动力锂电池组。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。