正弦包络线脉冲电流充电电路和充电机的制作方法

1.本发明涉及电池充电技术领域，具体涉及一种正弦包络线脉冲电流充电电路和充电机。


背景技术：

2.相关技术中，充电机一般是通过电力电子变换器为待充电电池充电的，然而，该电力电子变换器无法产生正弦包络线脉冲电流，因此，无法兼顾降低生产成本和提高待充电电池的充电速度以及使用寿命。


技术实现要素：

3.本发明为解决上述技术问题，提供了一种正弦包络线脉冲电流充电电路，能够产生正弦包络线脉冲电流为待充电电池充电，从而不仅大大提高了待充电电池的充电速度和使用寿命，而且降低了生产成本。
4.本发明采用的技术方案如下：
5.一种正弦包络线脉冲电流充电电路，包括：供电电源、ad/dc变换器、dc/dc变换器和控制模块；其中，ad/dc变换器的输入端与供电电源相连；dc/dc变换器的输入端与ad/dc变换器的输出端相连，dc/dc变换器的输出端与待充电电池相连；控制模块与dc/dc变换器的驱动端相连，控制模块用于根据供电电源生成驱动信号，并根据驱动信号控制dc/dc变换器工作，以输出正弦包络线脉冲电流为待充电电池充电。
6.所述控制模块包括：电压跟踪单元，所述电压跟踪单元用于对所述供电电源的相位和频率进行跟踪；计算单元，所述计算单元用于根据所述供电电源的相位和频率计算充电电流参考值；减法器，所述减法器用于计算所述充电电流参考值和所述充电电流实际值的差值；pi控制器，所述pi控制器用于根据所述充电电流参考值和所述充电电流实际值的差值更新所述dc/dc变换器的控制量；驱动单元，所述驱动单元用于根据更新后的所述dc/dc变换器的控制量生成所述驱动信号，并将所述驱动信号控制所述dc/dc变换器工作，以输出正弦包络线脉冲电流为所述待充电电池充电。
7.所述电压跟踪单元包括：二阶广义积分器，所述二阶广义积分器用于对所述供电电源进行滤波；锁相环，所述锁相环用于对滤波后的供电电源的相位和频率进行跟踪。
8.正弦包络线脉冲电流充电电路还包括：滤波电容，所述滤波电容分别与所述ad/dc变换器的输出端和所述dc/dc变换器的输入端相连。
9.所述滤波电容为高频膜电容。
10.一种充电机，包括上述的正弦包络线脉冲电流充电电路。
11.本发明的有益效果：
12.本发明能够产生正弦包络线脉冲电流为待充电电池充电，从而不仅大大提高了待充电电池的充电速度和使用寿命，而且降低了生产成本。
附图说明
13.图1为本发明实施例的正弦包络线脉冲电流充电电路的结构示意图；
14.图2为本发明一个实施例的控制模块的结构示意图；
15.图3为本发明一个具体实施例的正弦包络线脉冲电流的波形图；
16.图4为本发明一个实施例的正弦包络线脉冲电流充电电路的结构示意图。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.图1是根据本发明实施例的正弦包络线脉冲电流充电电路的结构示意图。
19.可以理解的是，在电池充电的过程中，采用脉冲电流充电有利于提高待充电电池的充电速度和待充电电池的使用寿命，二倍工频正弦脉动充电的方式可以去除充电机的铝电解直流母线电容，减小充电机体积，提高充电机寿命。
20.然而，相关技术中，一般是通过电力电子变换器为待充电电池充电的，并且该电力电子变换器无法产生正弦包络线脉冲电流，即该电力电子变换器产生的电流无法既具备脉冲形式又以二倍工频正弦形式波动，因此，无法兼顾降低生产成本和提高待充电电池的充电速度以及使用寿命。
21.为此，本发明提出了一种正弦包络线脉冲电流充电电路，能够产生正弦包络线脉冲电流为待充电电池充电，从而不仅大大提高了待充电电池的充电速度和使用寿命，而且降低了生产成本。
22.具体地，如图1所示，本发明实施例的正弦包络线脉冲电流充电电路可包括：供电电源100、ad/dc变换器200、dc/dc变换器300和控制模块400。
23.其中，ad/dc变换器200的输入端与供电电源100相连；dc/dc变换器300的输入端与ad/dc变换器200的输出端相连，dc/dc变换器300的输出端与待充电电池相连；控制模块400与dc/dc变换器300的驱动端相连，控制模块400用于根据供电电源100生成驱动信号，并根据驱动信号控制dc/dc变换器300工作，以输出正弦包络线脉冲电流为待充电电池充电。
24.具体而言，供电电源100可为交流电源，供电电源100输出的交流电经ad/dc变换器200变换后可输出直流电，并将该直流电输入dc/dc变换器300，此时，控制模块400根据供电电源100可生成相应的驱动信号，并根据驱动信号控制dc/dc变换器300工作，使得dc/dc变换器300对直流电进行变换后可输出正弦包络线脉冲电流为待充电电池充电。
25.由此，能够产生正弦包络线脉冲电流为待充电电池充电，从而不仅大大提高了待充电电池的充电速度和使用寿命，而且降低了生产成本。
26.下面结合具体实施例来详细说明控制模块400如何控制dc/dc变换器300工作。
27.根据本发明的一个实施例，如图2所示，控制模块400可包括：电压跟踪单元410、计算单元420、减法器430、pi控制器440和驱动单元450。
28.其中，电压跟踪单元410用于对供电电源100的相位和频率进行跟踪；计算单元420用于根据供电电源100的相位和频率计算充电电流参考值；减法器430用于计算充电电流参
考值和充电电流实际值的差值；pi控制器440用于根据充电电流参考值和充电电流实际值更新dc/dc变换器300的控制量；驱动单元450用于根据更新后的dc/dc变换器300的控制量生成驱动信号，并将驱动信号控制dc/dc变换器300工作，以输出正弦包络线脉冲电流为待充电电池充电。
29.根据本发明的一个实施例，如图2所示，电压跟踪单元410可包括二阶广义积分器411和锁相环412。其中，二阶广义积分器411用于对供电电源100进行滤波；锁相环412用于对滤波后的供电电源100的相位和频率进行跟踪。
30.具体而言，可通过二阶广义积分器对供电电源100进行滤波，并通过锁相环412对滤波后的供电电源100的相位和频率进行跟踪，以及通过计算单元420根据供电电源100的相位和频率计算充电电流参考值。此时，减法器430可计算充电电流参考值和充电电流实际值(即，dc/dc变换器300输出的电流值)的差值，并将该差值作为pi控制器430的输入，pi控制器440可输出dc/dc变换器300的控制量，以对dc/dc变换器300的控制量进行更新，并将该更新后的控制量输入驱动单元450。驱动单元450根据更新后的dc/dc变换器300的控制量可生成相应的驱动信号，并将该驱动信号输入dc/dc变换器300的控制端(例如，输入dc/dc变换器300中功率半导体器件，如ibgt的控制端)，以控制dc/dc变换器300工作，以输出正弦包络线脉冲电流为待充电电池充电。
31.其中，作为一种可能的实施方式，pi控制器440可由触发信号触发。如图3所示，触发信号在每个脉冲周期内触发一次，因此，pi控制器440在每个脉冲周期内仅更新一次控制量。其中，在驱动信号关闭时，驱动单元450可输出驱动信号以控制dc/dc变换器300关断，此时，dc/dc变换器300输出的充电电流i
bat
为脉冲谷值(零电流)；在驱动信号开启时，驱动单元450可输出驱动信号以控制dc/dc变换器300开启，此时，dc/dc变换器300输出的充电电流i
bat
为脉冲峰值。由此，可dc/dc变换器300输出的充电电流可呈脉冲形式，并且脉冲的幅值呈二倍工频正弦形式波动，形成正弦包络线，即输出正弦包络线脉冲电流。
32.由此，本发明既可以利用脉冲电流充电提高待充电电池的使用寿命和充电速度，又可以将电网侧二倍工频无功功率传递给待充电电池，从而去除充电机的铝电解母线电容，从而降低了生产成本。
33.根据本发明的一个实施例，如图4所示，正弦包络线脉冲电流充电电路还可包括滤波电容500，其中，滤波电容500分别与ad/dc变换器200的输出端和dc/dc变换器300的输入端相连。具体而言，还可在ad/dc变换器200的输出端和dc/dc变换器300的输入端之间设置滤波电容500，以通过滤波电容500对ad/dc变换器200输出的直流电进行滤波，并将滤波后的直流电输入dc/dc变换器300。其中，滤波电容500可为高频膜电容，高频膜电容电流的平均值为零。
34.根据本发明实施例的正弦包络线脉冲电流充电电路，所述ad/dc变换器的输入端与所述供电电源相连，所述dc/dc变换器的输入端与所述ad/dc变换器的输出端相连，所述dc/dc变换器的输出端与待充电电池相连，所述控制模块与所述dc/dc变换器的驱动端相连，通过控制模块根据所述供电电源生成驱动信号，并根据所述驱动信号控制所述dc/dc变换器工作，以输出正弦包络线脉冲电流为所述待充电电池充电。由此，能够产生正弦包络线脉冲电流为待充电电池充电，从而不仅大大提高了待充电电池的充电速度和使用寿命，而且降低了生产成本。
35.对应上述实施例，本发明还提出一种充电机。
36.本发明实施例的充电机可包括上述的正弦包络线脉冲电流充电电路。
37.根据本发明实施例的充电机，能够产生正弦包络线脉冲电流为待充电电池充电，从而不仅大大提高了待充电电池的充电速度和使用寿命，而且降低了生产成本。
38.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
40.应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
41.此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
42.上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。