專利名稱：全自動(dòng)無觸點(diǎn)蓄電池化成設(shè)備的主控電路結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種蓄電池化成所用的充放電設(shè)備，具體是其主充放電回路(主控回路) 的電路結(jié)構(gòu)及其工作原理。 背條技術(shù)
在蓄電池的生產(chǎn)過程中，需要對(duì)蓄電池進(jìn)行反復(fù)地充電和放電，這一工藝稱為化成。目 前，國(guó)內(nèi)廣泛使用的蓄電池化成充放電電路的主控回路的結(jié)構(gòu)如圖l所示， 一般采用可控硅 整流橋Z作為主要變流組件，在可控硅整流橋的輸出回路中串接有平波電抗器L、半導(dǎo)體熔 斷器F以及開關(guān)KM1的兩個(gè)觸點(diǎn)，開關(guān)KM2的兩個(gè)觸點(diǎn)交叉并聯(lián)在開關(guān)KM1的兩個(gè)觸點(diǎn)上， 平波電抗器L作為電流濾波元件，以平滑輸出電流(這完全是一種有觸點(diǎn)的化成設(shè)備的主控 電路系統(tǒng)，以下簡(jiǎn)稱為"有觸點(diǎn)系統(tǒng)")。其工作原理是當(dāng)對(duì)負(fù)載蓄電池組B進(jìn)行充電時(shí)， KM1吸合KM2斷開；當(dāng)負(fù)載蓄電池組B放電時(shí)KM2吸合、KM1斷開。由于可控硅是一種半控元 件，其導(dǎo)通后必須使之電流回零后才能關(guān)斷，因此當(dāng)蓄電池組B放電時(shí)恰遇電網(wǎng)停電、或因 接線處接觸不良、或者短路等情況時(shí)，在主控回路極易發(fā)生過電流現(xiàn)象，從而損壞整流可控 硅。進(jìn)一步分析可以看出，當(dāng)進(jìn)入蓄電池放電周期時(shí)，KMt斷開，跳吸合，如將斷開的KM1 省畫，電路就如圖3所示，可以看出，如果可控硅管不打開，這就是一個(gè)開路。要想使此電 路形成放電通路，就必須將可控硅SCR1、 SCR3、 SCR5中的任意一只和可控硅SCR4、 SCR6、 SCR2中的任意一只同時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通構(gòu)造出一個(gè)包含蓄電池的閉合回路。再不然就使用全逆變的 工作方式，使之在逆變工作狀態(tài)下放電。但在逆變時(shí)若出現(xiàn)異常導(dǎo)致逆變失敗時(shí)，其顛覆性 事故會(huì)在數(shù)毫秒至數(shù)十毫秒內(nèi)發(fā)生，而觸點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間近秒級(jí)，尤其是化成系統(tǒng)用的觸點(diǎn)的 功率都比較大，觸點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間更長(zhǎng)，因此此類有觸點(diǎn)的系統(tǒng)中的短路器和空氣開關(guān)是保護(hù) 不了的。其瞬間引發(fā)的事故要更加惡劣，因此燒毀的可能不僅僅是可控硅、變壓器，還將可 能有蓄電池。公知技術(shù)的化成設(shè)備主電路幾乎都存在這種隱患，有的根本無法較長(zhǎng)期安全工 作。因此在化成領(lǐng)域極需要革除這種有觸點(diǎn)的系統(tǒng)。更不要說在大電流工作狀態(tài)下的觸點(diǎn)電 流通過時(shí)間一長(zhǎng)難免出現(xiàn)爍傷氧化導(dǎo)致的接觸不良，因而具有極大的事故隱患。
在其他方面，國(guó)內(nèi)廣泛使用的化成技術(shù)尚有以下弊病-
1. 充放電模式的切換靠的是KM1閉合KM2斷開或KM2閉合KM1斷開， 一般是手動(dòng)進(jìn) 行的，兩者也之間的間歇時(shí)間較長(zhǎng)，因此公知的化成技術(shù)急需向自動(dòng)化方面改進(jìn)。
2. 即便把KM1、 KM2間的切換改為自動(dòng)，由于其動(dòng)作速度為秒級(jí)，也無法達(dá)到高水平 高質(zhì)量化成所要求亳秒級(jí)的脈沖和換向周期時(shí)間的要求，這是公知的化成技術(shù)阻礙了化成工 藝發(fā)展的又一大原因。
實(shí)用新型內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本實(shí)用新型將提供無觸點(diǎn)的化成設(shè)備主控回路，革除了觸點(diǎn)，就杜絕了 有觸點(diǎn)系統(tǒng)的事故隱患，保護(hù)速度也要快百倍，放電時(shí)完全工作在逆變狀態(tài)，節(jié)能節(jié)電，化 成效果良好，尤其是其適合全自動(dòng)工作，適合于無窮編程，以創(chuàng)新出前所未有的新的化成模 式以消除現(xiàn)有技術(shù)對(duì)化成工藝發(fā)展的阻礙。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是所述無觸點(diǎn)的化成主控電路，主要包括兩個(gè)可控硅全控橋、 一個(gè)電流檢測(cè)傳感器(可以是分流器，霍爾傳感器，直流傳感器等)、 一個(gè)電壓取樣電阻(用 于雙向電壓檢測(cè))以及一個(gè)電抗器。本主回路'的電路結(jié)構(gòu)關(guān)系是這樣的兩個(gè)全控橋是反并 聯(lián)的，主電源變壓器次級(jí)的三個(gè)輸出端聯(lián)接到兩個(gè)反并聯(lián)的全控橋的三個(gè)橋臂的中點(diǎn)，并聯(lián) 橋的一個(gè)輸出端通過電抗器聯(lián)接到蓄電池的正極，并聯(lián)橋的另一輸出端通過一個(gè)電流傳感器 聯(lián)接到蓄電池的負(fù)極。這樣由反并聯(lián)的全控橋、電抗器、電流傳感器、蓄電池就構(gòu)成了一個(gè) 無觸點(diǎn)的主控回路。取樣電阻一端聯(lián)接到蓄電池正極，另一端聯(lián)接到控制器。電流傳感器的 兩個(gè)輸出端也聯(lián)接到控制器?？刂破魇且粋€(gè)全數(shù)字的智能控制器。
本實(shí)用新型的特征是
1. 將兩個(gè)三相全控橋整流硅組反向并聯(lián)在一起。在化成的充電和放電階段分別用不同的 全控橋，職責(zé)分工明確清晰而不混繞，便于施行全數(shù)字控制，全自動(dòng)化工作。
2. 專用一組三相全控橋進(jìn)行可調(diào)整流充電。這樣在主控器的控制下就可以靈活快速地發(fā) 出各種模式的脈沖從而完成各種復(fù)雜的充電模式。
3. 專用一組三相全控橋進(jìn) 變放電。這樣就可以進(jìn)行完善的逆變式放電，較之公知技
術(shù)中使用的用大功率三極管或IGBT、 MOSFET之類的消耗式放電有更大的優(yōu)越性。
4. 化成的放電和充電分別用自己專用的全控橋來進(jìn)行，由充電切換到放電和放電切換到 充電所用的時(shí)間極短，只有0.01S,比有觸點(diǎn)的系統(tǒng)切換速度快百倍。這樣快的切換速度在 主控器的控制下可以完成復(fù)雜的創(chuàng)新的以及以后發(fā)展了的任意化成模式的需要。
5. 完全革除了公知技術(shù)中的KM1和KM2所表示的二組功率開關(guān)，放電時(shí)完全不用電磁開 關(guān)進(jìn)行蓄電池的極性轉(zhuǎn)換，對(duì)公知的化成充放電主控回路技術(shù)進(jìn)行了徹底的改革，將其從有 觸點(diǎn)推進(jìn)到無觸點(diǎn)階段。
6. 負(fù)向放電全控橋的容量比正向充電全控橋的容量小60%—80%,因而其成本很低。
有益效果
與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本技術(shù)的優(yōu)勢(shì)如下 1.本實(shí)用新型的化成主控回路全部是無觸點(diǎn)器件，工作可靠，無氧化可能，有比斷路器 快百倍的開關(guān)速度，這就完全革除了有觸點(diǎn)系統(tǒng)的充放電切換開關(guān)的易氧化和接觸不良以及
4切換和保護(hù)速度慢等帶來的一系列的事故隱患和弊病，比有現(xiàn)在廣泛使用的有觸點(diǎn)系統(tǒng)有質(zhì) 的飛躍，將公知技術(shù)的手動(dòng)操作推進(jìn)到全自動(dòng)化工作。
2. 本實(shí)用新型由于專用一組可控硅全控橋進(jìn)行逆變式放電，故可以把逆變作得十分完善, 杜絕逆變事故的發(fā)生，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。另一方面使化成放電過程中放出的大量電能回饋電網(wǎng)， 符合節(jié)能原則。
3. 高速的過流保護(hù)。本實(shí)用新型的保護(hù)速度要比有觸點(diǎn)系統(tǒng)的保護(hù)速度快2個(gè)數(shù)量級(jí)。 而公知技術(shù)保護(hù)是靠慢速的短路器，實(shí)際上，短路器根本保護(hù)不了逆變顛覆。本實(shí)用新型的 保護(hù)在檢測(cè)到有過流產(chǎn)生時(shí)會(huì)立即封住可控硅。
4. 化成模式有無限變化的能力。由于化成的放電和充電用不同的全控橋進(jìn)行，由充電切 換到放電和放電切換到充電所用的時(shí)間極短，只有0.01S，比有觸點(diǎn)的系統(tǒng)切換速度快百倍。 再利用十二個(gè)可控硅的觸發(fā)的無限自由編程可以實(shí)現(xiàn)前所未有的新的化成工藝，提高化成的 質(zhì)量的潛力是無限的，如多段式充放電、脈沖式充放電、脈沖多段混合式充放電、改變出前 所未有的控制參數(shù)以及編程出前所未有的新模式等等，并且放電可以全部是逆變式。更重要 的是，由于沒有觸點(diǎn)，動(dòng)作速度極快，可以創(chuàng)造出更新的以前從未有過的化成工藝，使今后 的化成工藝可以無阻礙的發(fā)展。
5. 壽命長(zhǎng)。由于半導(dǎo)體的器件具有半永久的壽命，沒有觸點(diǎn)器件(短路器、接觸器、機(jī) 械式開關(guān)等)的氧化或燒爍傷等，因而器壽命要延長(zhǎng)很多倍。
6. 成本底。由于負(fù)橋容量的選取只有正橋的三分之一以下(這是由于在化成中去極化 脈沖電流的累積電量一般最多占到正極性電流累積電量的三分之一以下)可以用容量較小的 可控硅，較小容量的可控硅的價(jià)格低廉，較之大功率的三極管、IGBT、 MOSFET等放電管具有 價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)。而革除了電磁換向開關(guān)，成本更低。
7. 化成效果特好。由于本實(shí)用新型將化成充放電主控電路由有觸點(diǎn)階段推進(jìn)到無觸點(diǎn)階 段，先進(jìn)了一代，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)本實(shí)用新型的化成時(shí)間縮短了 40%以上(例如外化成由24小時(shí) 左右縮短到15小時(shí)左右)，節(jié)電20%以上，化成全過程中的析氣和極化現(xiàn)象大幅度減輕，極 板的理化性能指標(biāo)得到提高。


圖1是國(guó)內(nèi)廣泛使用的化成充放電主控回路的一種模式的電路原理圖。 圖2是國(guó)內(nèi)廣泛使用的化成充放電主控回路的另一種模式的電路原理圖。 圖3公知化成技術(shù)在放電時(shí)的電路原理圖。 圖4是本實(shí)用新型的化成充放電主控回路的電路原理圖。
實(shí)施方案本實(shí)用新型提出的主控回路的具體實(shí)施方案如下
如圖4所示，A、 B、 C表示聯(lián)接到電網(wǎng)的主變壓器的次級(jí)的三個(gè)輸出端，A、 B、 C三端聯(lián) 接到兩反并聯(lián)的雙向全控橋的三個(gè)橋臂中點(diǎn)ma、 rab、 mc。 SCRll、 SCR12、 SCR13、 SCR14、 SCR15、 SCR16組成正向全控橋(整流橋)；SCR21、 SCR22、 SCR23、 SCR24、 SCR25、 SCR26組成負(fù)向 全控橋(逆變橋)。蓄電池的正極通過電抗器L聯(lián)接到反并聯(lián)全控橋的公共端C,蓄電池的負(fù) 極通過電流傳感器F聯(lián)接到反并聯(lián)全控橋的D端。正向全控橋的六個(gè)可控硅管的控制極及其 對(duì)應(yīng)陰極通過排線(整流橋控制線)聯(lián)接入控制器；負(fù)向全控橋的六個(gè)可控硅管的控制極及 其對(duì)應(yīng)陰極通過排線(逆變橋控制線)聯(lián)接入控制器。電流傳感器F可以是分流器或霍爾傳感 器或直流互感器，其作用是檢測(cè)正反向電流的方向和幅值，其輸出端S1,S2接入控制器中。 電阻R是電壓取樣電阻，用于檢測(cè)雙向龜壓，VI、 V2是電壓檢測(cè)的輸出兩端、也聯(lián)接入控 制器,控制器是一成熟的全數(shù)字智能控制器，此處省畫。
本主控電路的工作原理
充電階段先將逆變橋的六個(gè)可控硅SCR21 、 SCR22、 SCR23 SCR24 、 SCR25 、 SCR26 關(guān)斷，使之在充電時(shí)一直處于關(guān)閉狀態(tài)。再通過整流橋控制線發(fā)出一系列指令來控制整流橋 的六個(gè)可控硅管的導(dǎo)通角來形成正向充電脈沖或正向恒流充電的各種模式。通過向整流橋發(fā) 不同的指令系列，就可以千變?nèi)f化地改變化成工藝參數(shù)(例如超大范圍地改變頻率、占空比、 電流幅度對(duì)時(shí)間的函數(shù)等等)，本實(shí)用新型適合于用其實(shí)驗(yàn)出更好、更新的前所未有的化成工 藝。
放電階段在放電階段先把整流橋關(guān)斷，使之一直處于關(guān)閉狀態(tài)，再對(duì)逆變橋進(jìn)行操作，
進(jìn)行逆變式放電，這就完成了有觸點(diǎn)系統(tǒng)的靠觸點(diǎn)隨l打開KM2閉合進(jìn)行的蓄電池極性切換 工作，也完全杜絕了導(dǎo)致雙向強(qiáng)電系統(tǒng)顛覆原因之一的環(huán)流的產(chǎn)生。蓄電池放電從化成工藝 的角度看是為了去除在正向充電過程中所產(chǎn)生的各種有害極化反應(yīng)，縮短化成時(shí)間和提高化 成效率，但從電力電子角度看，放電則是將蓄電池的功率改為輸出狀態(tài)，將電網(wǎng)改為功率輸 入狀態(tài)，只要操作的是與整流橋反接的逆變橋，使觸發(fā)控制角被控制在逆變范圍內(nèi)、再根據(jù) 設(shè)定的放電電流大小自動(dòng)調(diào)節(jié)此控制角的大小，則既達(dá)到了有源逆變式放電、又可以根據(jù)化 成的要求調(diào)節(jié)放電電流大小的目的。與此同時(shí)，系統(tǒng)在發(fā)現(xiàn)有電流異常現(xiàn)象時(shí)，會(huì)自動(dòng)觸發(fā) 保護(hù)電路部分來封鎖負(fù)橋可控硅進(jìn)行快速保護(hù)，這要比有觸點(diǎn)系統(tǒng)的短路器的保護(hù)快上百倍， 這就完全達(dá)到了既快速高效化成、又安全可靠、節(jié)能節(jié)電、節(jié)省設(shè)備制造成本的目的。以上 的運(yùn)行全部是在全數(shù)字控制器的控制下全自動(dòng)完成的。
權(quán)利要求1.一種全自動(dòng)無觸點(diǎn)蓄電池化成設(shè)備的主控電路結(jié)構(gòu)，包括充電整流三相可控硅全控橋，該充電用三相全控橋的正極串聯(lián)一個(gè)平波電抗器連接到蓄電池的正極，蓄電池的負(fù)極串聯(lián)一個(gè)電流傳感器連接到所述的充電整流三相全控橋的負(fù)極構(gòu)成的無觸點(diǎn)蓄電池化成設(shè)備的主控電路，其特征是還包括在上述的充電整流三相可控硅全控橋上反并聯(lián)的一個(gè)專門用于放電的三相可控硅全控橋，且該放電三相可控硅全控橋的正極與充電整流三相可控硅全控橋的負(fù)極并聯(lián)在一起，所述的放電三相可控硅全控橋的負(fù)極與充電整流三相可控硅全控橋的正極并聯(lián)在一起，這兩個(gè)三相可控硅全控橋的三個(gè)橋臂的中點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)并聯(lián)在一起。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種特別適合于全自動(dòng)運(yùn)行的蓄電池化成設(shè)備的充放電主控回路，其主要由兩個(gè)反并聯(lián)的全控橋構(gòu)成，一個(gè)全控橋用于正向充電，另一個(gè)全控橋用于逆變式放電。本實(shí)用新型革除了現(xiàn)有化成主控回路中的兩個(gè)電磁換向開關(guān)，消除了現(xiàn)有化成技術(shù)中存在的種種弊病。使用本實(shí)用新型技術(shù)的化成設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性大幅度提高，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)化成系統(tǒng)的無觸點(diǎn)化、全過程無人值守，使化成的時(shí)間縮短了40％以上(例如外化成由24小時(shí)左右縮短到15小時(shí)左右)，節(jié)電20％以上，化成全過程中的析氣和極化現(xiàn)象大幅度減輕，極板的理化性能指標(biāo)得到提高。
文檔編號(hào)H01M10/42GK201328013SQ20082015024
公開日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2008年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月30日
發(fā)明者史學(xué)森, 史重光, 張文貞 申請(qǐng)人:史重光;張文貞;史學(xué)森