本發(fā)明涉及出充電器領(lǐng)域，尤其是一種礦用鉛酸蓄電池高頻智能快充充電方法。

背景技術(shù)：

在煤礦給鉛酸蓄電池充電，需要根據(jù)鉛酸蓄電池的電壓等級(jí)、容量、電池本身狀況（新舊程度），采取不同的充電方式；還需要提高煤礦鉛酸蓄電池的使用壽命，提高煤礦充電作業(yè)效率以及采用快充技術(shù)。根據(jù)煤礦的實(shí)際應(yīng)用背景，概括來說，礦用鉛酸蓄電池高頻智能充電器應(yīng)該具有如下要求：(1)充電器的容量應(yīng)不低于55kW，最大充電電流為120A，且0-120A連續(xù)可調(diào)輸出；(2)要能給所有規(guī)格的蓄電池組充電，智能充電器輸出的充電電壓應(yīng)該能夠在DC 0V～DC550V之間連續(xù)可調(diào)節(jié)；(3)充電器要自動(dòng)適應(yīng)AC380V/AC660兩種輸入電壓；(4)考慮到鉛酸蓄電池組充電方式的要求，充電器既能恒壓又能實(shí)現(xiàn)多段式恒流充電，既能自動(dòng)又能手動(dòng)充電。手動(dòng)充電時(shí)，充電方式可選擇，充電曲線可設(shè)定；自動(dòng)充電時(shí)，自適應(yīng)不能的鉛酸蓄電組自動(dòng)選擇充電方式；（6）自動(dòng)適應(yīng)井下供電網(wǎng)電壓波動(dòng)的適應(yīng)能力；（7）充電器具有快充和快放電功能；（8）充電器運(yùn)行可靠，設(shè)備體積小，質(zhì)量輕，便于移動(dòng),運(yùn)輸和維修。

目前煤礦井下充電器有二種充電方式。第一種充電方案，輸入工頻變壓器加晶閘管相控調(diào)壓充電器方案如圖1所示，是一種典型的交-直（AC/DC）電壓變換方式。該系統(tǒng)存在的突出問題是：第一、充電電壓脈動(dòng)較大，損傷蓄電池；第二、體積大和重量重，加隔爆外殼質(zhì)量重（750 kg以上）；第三、充電模式粗獷、不能完全實(shí)現(xiàn)智能充電，容易導(dǎo)致充電電流過大、蓄電池過熱嚴(yán)重、極板老化變形等，致使蓄電池的壽命大為縮短；第四、不能實(shí)現(xiàn)充電電流與蓄電池電壓自適應(yīng)的充電工況；第五、不能實(shí)現(xiàn)給蓄電池放電以及快充電技術(shù)；第6、不能自動(dòng)適應(yīng)AC380V/AC660兩種輸入電壓，靠改變電源輸入變壓器原邊繞組的接線方式來適應(yīng)的。

第二種充電方法，如圖2和圖3所示，采用的是不可控整流——H橋逆變器——高頻變壓器——快速整流的鉛酸蓄蓄電池高頻智能充電系統(tǒng)或者不可控整流——斬波——H橋逆變器——高頻變壓器——快速整流的鉛酸蓄電池高頻智能充電系統(tǒng)，該系統(tǒng)存在的突出問題是：第一、智能充電器自動(dòng)適應(yīng)AC380/660V電壓等級(jí)與智能充電器輸出的充電電壓應(yīng)該能夠在DC 0V～DC550V之間連續(xù)可調(diào)節(jié)不能兼顧；第二、當(dāng)供電電網(wǎng)波動(dòng)比較大的時(shí)候，輸出充電電壓在DC 0V～DC550V之間難以連續(xù)可調(diào)；第三、不能實(shí)現(xiàn)給蓄電池快速放電；第四、難以實(shí)現(xiàn)快速充電；因此研究礦用鉛酸蓄電池高頻智能快充充電器是非常有意義的期待。

因此，對(duì)于上述問題有必要提出一種礦用鉛酸蓄電池高頻智能快充充電方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種礦用鉛酸蓄電池高頻智能快充充電方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種礦用鉛酸蓄電池高頻智能快充充電方法,其充電方法為： PWM整流器；雙向DC/DC變流器；雙向H橋逆變器Ⅰ；高頻變壓器；雙向H橋逆變器Ⅱ；蓄電池組。

優(yōu)選地，系統(tǒng)處于充電運(yùn)行時(shí)，電流從電網(wǎng)流向蓄電池組：電網(wǎng)到PWM整流器；雙向DC/DC變流器；雙向H橋逆變器Ⅰ；高頻變壓器；雙向H橋逆變器Ⅱ；蓄電池組。

優(yōu)選地，系統(tǒng)處于放電運(yùn)行時(shí)，電流從蓄電池組流向電網(wǎng)：蓄電池組；雙向H橋逆變器Ⅰ；高頻變壓器；雙向H橋逆變器Ⅱ；雙向DC/DC變流器；PWM整流器到電網(wǎng)。

優(yōu)選地，所述PWM整流器，在充電時(shí)工作在整流工況，可輸出穩(wěn)定的直流電壓，能夠適應(yīng)波動(dòng)范圍較大的輸入電源；在放電時(shí)工作在逆變工況，蓄電池能量能快速回饋電網(wǎng)。

優(yōu)選地，充電狀態(tài)時(shí)，PWM整流器輸出穩(wěn)定的直流電壓，雙向DC/DC變流器雙向H橋逆變器Ⅰ塊協(xié)調(diào)運(yùn)行，通過控制雙向DC/DC變流器的占空比和雙向H橋逆變器Ⅰ的移相角，經(jīng)過高頻變壓器的隔離以及雙向H橋逆變器Ⅱ，實(shí)現(xiàn)輸出DC0-550V的連續(xù)可調(diào)電壓，實(shí)現(xiàn)給所有規(guī)格的礦用鉛酸蓄電池充電。

優(yōu)選地，放電狀態(tài)時(shí)，蓄電池能量經(jīng)過雙向H橋逆變器Ⅱ，隔離變壓器，雙向H橋逆變器Ⅰ，雙向DC/DC變流器，PWM整流器快速回饋電網(wǎng)，控制雙向DC/DC變流器和雙向H橋逆變器Ⅱ的協(xié)調(diào)控制，使雙向DC/DC變流器輸出穩(wěn)定的直流電壓，經(jīng)過PWM整流器回饋電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)快速放電。充電時(shí)鉛酸蓄電池可接受的較大充電電流來充電，并以一定頻率對(duì)蓄電池停止充電同時(shí)快速釋放一定量的極化電壓提高蓄電池可以接受的充電電流。

優(yōu)選地，所述電網(wǎng)電壓為AC380V或AC660V。

優(yōu)選地，還包括總控制系統(tǒng)、第一控制系統(tǒng)、第二控制系統(tǒng)和第三控制系統(tǒng)，所述總控制系統(tǒng)通過現(xiàn)場(chǎng)總線分別與第一控制系統(tǒng)、第二控制系統(tǒng)和第三控制系統(tǒng)互相連接，所述第一控制系統(tǒng)與PWM整流器相連，所述第二控制系統(tǒng)與雙向DC/DC變流器相連，所述第三控制系統(tǒng)分別與雙向H橋逆變器Ⅰ和雙向H橋逆變器Ⅱ相連，所述雙向H橋逆變器Ⅰ通過高頻變壓器與雙向H橋逆變器Ⅱ相連；總控制系統(tǒng)與其它控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制，作為人機(jī)界面，操作充電器并顯示充電器的各種狀態(tài)信息。

優(yōu)選地，所述第一控制系統(tǒng)控制PWM整流器，完成整流穩(wěn)壓工作和能量回饋的工作，根據(jù)輸入電壓等級(jí)和整流直流電壓的值，自動(dòng)執(zhí)行整流和回饋工作，并將工作狀態(tài)發(fā)送其他控制系統(tǒng)，同時(shí)接收其它控制系統(tǒng)的信息；所述第二控制系統(tǒng)控制雙向DC/DC變流器工作，基于充電放電指令，根據(jù)輸入電壓等級(jí)，PWM整流器的輸出直流電壓值，執(zhí)行其控制算法，實(shí)現(xiàn)輸出穩(wěn)定的直流電壓值。并將工作狀態(tài)發(fā)送其他控制系統(tǒng)，同時(shí)接收其它控制系統(tǒng)的信息。

優(yōu)選地，所述第三控制系統(tǒng)控制雙向H橋逆變器Ⅰ和雙向H橋逆變器Ⅱ；

充電中，雙向H橋逆變器Ⅰ工作在高頻逆變工況，而雙向H橋逆變器Ⅱ工作在快速整流工況，對(duì)雙向H橋逆變器Ⅰ塊采用移相控制算法，依據(jù)鉛酸蓄電池的電壓等級(jí)、輸入電壓，結(jié)合雙向DC/DC變流器輸出的穩(wěn)定直流電壓值，調(diào)節(jié)移相角，實(shí)現(xiàn)恒流充電；在放電中，雙向H橋逆變器Ⅱ工作在高頻逆變工況，雙向H橋逆變器Ⅰ工作在快速整流工況，對(duì)雙向H橋逆變器Ⅱ采用移相控制算法，結(jié)合雙向DC/DC變流器，調(diào)節(jié)移相角，往電網(wǎng)回饋蓄電池的電能，并將工作狀態(tài)發(fā)送其他控制系統(tǒng)，同時(shí)接收其它控制系統(tǒng)的信息。

本發(fā)明有益效果：運(yùn)用高頻、全數(shù)字化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)充電放電功能，充放電相結(jié)合能更加有效的實(shí)現(xiàn)各種充電方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉛酸蓄電池的快充快放，自動(dòng)兼顧AC380/660V兩種輸入電壓等級(jí)，能給所有規(guī)格的蓄電池智能化充電，延長(zhǎng)了蓄電池的使用壽命和使用效率，具有的放電功能，避免了能源的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，提高了整個(gè)產(chǎn)品的隔爆性能和使用安全性能，同時(shí)具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)晶閘管相控整流器智能充電器電氣原理框圖；

圖2和圖3現(xiàn)有技術(shù)的高頻智能充電器電氣原理框圖；

圖4是本發(fā)明的方法流程圖；

圖5是本發(fā)明的充電時(shí)狀態(tài)流程圖；

圖6是本發(fā)明的放電時(shí)狀態(tài)流程圖；

圖7是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。

如圖4并結(jié)合圖5至圖7所示，一種礦用鉛酸蓄電池高頻智能快充充電方法,其充電方法為： PWM整流器；雙向DC/DC變流器；雙向H橋逆變器Ⅰ；高頻變壓器；雙向H橋逆變器Ⅱ；蓄電池組。

進(jìn)一步的，系統(tǒng)處于充電運(yùn)行時(shí)，電流從電網(wǎng)流向蓄電池組：電網(wǎng)到PWM整流器；雙向DC/DC變流器；雙向H橋逆變器Ⅰ；高頻變壓器；雙向H橋逆變器Ⅱ；蓄電池組。

進(jìn)一步的，系統(tǒng)處于放電運(yùn)行時(shí)，電流從蓄電池組流向電網(wǎng)：蓄電池組；雙向H橋逆變器Ⅱ；高頻變壓器；雙向H橋逆變器Ⅰ；雙向DC/DC變流器；PWM整流器到電網(wǎng)。

進(jìn)一步的，所述PWM整流器，在充電時(shí)工作在整流工況，可輸出穩(wěn)定的直流電壓，能夠適應(yīng)波動(dòng)范圍較大的輸入電源；在放電時(shí)工作在逆變工況，蓄電池能量能快速回饋電網(wǎng)。

實(shí)施案例一，充電狀態(tài)時(shí)，PWM整流器輸出穩(wěn)定的直流電壓，雙向DC/DC變流器與雙向H橋逆變器Ⅰ協(xié)調(diào)運(yùn)行，通過控制雙向DC/DC變流器的占空比和雙向H橋逆變器Ⅰ的移相角，經(jīng)過高頻變壓器的隔離以及雙向H橋逆變器Ⅱ的快速整流，實(shí)現(xiàn)輸出DC0-550V的連續(xù)可調(diào)電壓，實(shí)現(xiàn)給所有規(guī)格的礦用鉛酸蓄電池充電。

實(shí)施案例二，放電狀態(tài)時(shí)，蓄電池能量經(jīng)過雙向H橋逆變器Ⅱ，隔離變壓器，雙向H橋逆變器Ⅰ，雙向DC/DC變流器，PWM整流器快速回饋電網(wǎng)，通過控制雙向DC/DC變流器和雙向H橋逆變器Ⅱ的協(xié)調(diào)控制，使雙向DC/DC變流器輸出穩(wěn)定的直流電壓，經(jīng)過PWM整流器回饋電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)快速放電，所述電網(wǎng)電壓為AC380V或AC660V。

實(shí)施案例三，進(jìn)一步的，還包括總控制系統(tǒng)、第一控制系統(tǒng)、第二控制系統(tǒng)和第三控制系統(tǒng)，所述總控制系統(tǒng)通過現(xiàn)場(chǎng)總線分別與第一控制系統(tǒng)、第二控制系統(tǒng)和第三控制系統(tǒng)互相連接，所述第一控制系統(tǒng)與PWM整流器相連，所述第二控制系統(tǒng)與雙向DC/DC變流器相連，所述第三控制系統(tǒng)分別與雙向H橋逆變器Ⅰ和雙向H橋逆變器Ⅱ相連，所述雙向H橋逆變器Ⅰ通過高頻變壓器與雙向H橋逆變器Ⅱ相連。

各控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)交換，合理控制充電放電，可以有效實(shí)現(xiàn)不同的充電方法、充電曲線，尤其是在充電的過程中，快速釋放蓄電池的極化電壓，從而實(shí)現(xiàn)快速充電，不會(huì)損害電池的質(zhì)量，還提高了蓄電池的壽命。

實(shí)施案例四，所述第一控制系統(tǒng)控制PWM整流器，完成整流穩(wěn)壓工作和能量回饋的工作，根據(jù)輸入電壓等級(jí)和整流直流電壓的值，自動(dòng)執(zhí)行整流和回饋工作，并將工作狀態(tài)發(fā)送其他控制系統(tǒng)，同時(shí)接收其它控制系統(tǒng)的信息；所述第二控制系統(tǒng)控制雙向DC/DC變流器工作，基于充電放電指令，根據(jù)輸入電壓等級(jí)，PWM整流器的輸出直流電壓值，執(zhí)行其控制算法，實(shí)現(xiàn)輸出穩(wěn)定的直流電壓值。并將工作狀態(tài)發(fā)送其他控制系統(tǒng)，同時(shí)接收其它控制系統(tǒng)的信息。

第三控制系統(tǒng)控制雙向H橋逆變器Ⅰ和雙向H橋逆變器Ⅱ；充電中，雙向H橋逆變器Ⅰ工作在高頻逆變工況，而雙向H橋逆變器Ⅱ工作在快速整流工況，對(duì)雙向H橋逆變器Ⅰ采用移相控制算法，依據(jù)鉛酸蓄電池的電壓等級(jí)、輸入電壓，結(jié)合雙向DC/DC變流器輸出的穩(wěn)定直流電壓值，調(diào)節(jié)移相角，實(shí)現(xiàn)恒流充電；在放電中，雙向H橋逆變器Ⅱ工作高頻逆變工況，雙向H橋逆變器Ⅰ工作在快速整流工況，對(duì)雙向H橋逆變器Ⅱ采用移相控制算法，結(jié)合雙向DC/DC變流器，調(diào)節(jié)移相角，往電網(wǎng)回饋蓄電池的電能，并將工作狀態(tài)發(fā)送其他控制系統(tǒng)，同時(shí)接收其它控制系統(tǒng)的信息。

實(shí)施案例五：煤礦井下的機(jī)電運(yùn)輸車等大型煤礦運(yùn)輸設(shè)備所需要的動(dòng)力來源一般都是鉛酸蓄電池組，由多個(gè)單節(jié)蓄電池相串聯(lián)再并聯(lián)而組成。鉛酸蓄電池組的容量從200Ah—1000Ah，串聯(lián)后的電壓規(guī)格為DC48V，60V，88V，90V，96V，110V，120V，132V，140V，144V，192V，550V等，這就導(dǎo)致鉛酸蓄電池種類多，電壓等級(jí)、容量、使用狀況各不相同，還需要充電速度快，也需要放電以及還需要兼顧地面和井下都能使用，自適應(yīng)輸入電源，故充電的難度體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）需要自適應(yīng)供電電源AC380V/AC660這兩種電源，以及能夠連續(xù)輸出DC0-550V的充電電壓，解決的方法是：PWM整流器穩(wěn)壓輸出，協(xié)調(diào)控制調(diào)節(jié)雙向DC/DC的占空比和雙向H橋逆變器Ⅰ的移相角，即自動(dòng)適應(yīng)兩種供電電源AC380V/AC660V，同時(shí)能給所有規(guī)格的鉛酸蓄電池充電；

（2）根據(jù)鉛酸蓄電池的維護(hù)保養(yǎng)初充等要求，需要給鉛酸蓄電池放電，尤其是井下，采用電阻放電，增加了隔爆殼的體積，同時(shí)隔爆性能、安全性能難以保證，解決的方法是，采用本發(fā)明的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能量雙向流動(dòng)，將鉛酸蓄電池組的電量快速回饋電網(wǎng)，節(jié)能環(huán)保；

（3）提高充電效率，提高鉛酸蓄電池的使用壽命，按現(xiàn)有的方法，主要是采用大電流充電來提高充電效率，這樣容易損壞鉛酸蓄電池，解決的辦法是采用本發(fā)明的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能量雙向流動(dòng)，采用變電流瞬間放電充電的方法，即采用鉛酸蓄電池可接受的較大充電電流來充電，并以一定頻率對(duì)蓄電池停止充電同時(shí)快速釋放一定量的極化電壓提高蓄電池可以接受的充電電流，即瞬間反向放電，從而大大縮短充電時(shí)間。本發(fā)明采用的回饋放電的方法，速度快，效率高。采用這種充電瞬間放電相結(jié)合的充電方法，能夠長(zhǎng)時(shí)間大電流充電而不會(huì)產(chǎn)生副作用，在較短的時(shí)間充進(jìn)足夠多的電量，縮短充電時(shí)間，提高效率，還不損壞鉛酸蓄電池，間接提高了鉛酸蓄電池的使用壽命。

（4）煤礦充電操作復(fù)雜，解決的辦法是：智能化充電，采用DSP控制技術(shù)，自適應(yīng)所有規(guī)格的鉛酸蓄電池，自動(dòng)檢測(cè)蓄電池的狀態(tài)，一鍵完成充電。

本發(fā)明有益效果：運(yùn)用高頻、全數(shù)字化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)充電放電功能，充放電相結(jié)合能更加有效的實(shí)現(xiàn)各種充電方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉛酸蓄電池的快充快放，自動(dòng)兼顧AC380/660V兩種輸入電壓等級(jí)，能給所有規(guī)格的蓄電池智能化充電，延長(zhǎng)了蓄電池的使用壽命和使用效率，具有的放電功能，避免了能源的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，提高了整個(gè)產(chǎn)品的隔爆性能和使用安全性能，同時(shí)具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思做出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。