一種礦用動(dòng)力電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電池充電器，特別涉及一種礦用動(dòng)力電池。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋰離子電池是20世紀(jì)末研發(fā)成功的新型高能電池，由于鋰離子電池具有放電電 壓穩(wěn)定，工作溫度范圍寬、自放電率低、無(wú)公害等優(yōu)點(diǎn)，目前已逐漸替代鉛酸蓄電池成為電 池的主流。鋰離子動(dòng)力電池是指容量在3Ah以上的鋰離子電池，相對(duì)于鎳氫、鉛酸、鎳鎘電 池，就能量、體積、壽命、環(huán)保等多方面，其具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，這些年來(lái)備受人們青睞。輕 量化的高頻智能充電器，再結(jié)合智能化的電池管理系統(tǒng)是由電力電子技術(shù)、微電腦控制技 術(shù)、檢測(cè)技術(shù)而構(gòu)成的裝置，它與鋰離子動(dòng)力電池同步而生，同步發(fā)展，是支撐鋰離子動(dòng)力 電池應(yīng)用發(fā)展的關(guān)鍵性技術(shù)裝置。電池管理系統(tǒng)對(duì)電池組和電池單元運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān) 控，精確測(cè)量電池的剩余電量，同時(shí)對(duì)電池進(jìn)行充放電保護(hù)，并使電池工作在最佳狀態(tài)，達(dá) 到延長(zhǎng)其使用壽命，降低運(yùn)行成本，提高電池組運(yùn)行的可靠性。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外紛紛掀起研 宄鋰離子動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的熱潮，國(guó)外一些大的汽車生產(chǎn)商和電池生產(chǎn)商對(duì)電池管理系 統(tǒng)的研宄已取得了一定的成果，如美國(guó)Aerovironment公司開發(fā)的SmartGuard系統(tǒng)，德國(guó) B.Hauck設(shè)計(jì)的BATTMAN系統(tǒng)，有很多芯片產(chǎn)商也推出了一些鋰離子電池管理芯片，如比亞 迪微電子的BM309/310,可以對(duì)級(jí)聯(lián)多數(shù)量的電池組進(jìn)行管理。國(guó)內(nèi)針對(duì)鋰離子動(dòng)力電池， 也在關(guān)鍵性技術(shù)的發(fā)展上給予了一定政策和資金的支持，但國(guó)內(nèi)就鋰離子電池的很多方面 都還沒(méi)有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，目前，國(guó)內(nèi)很多高校聯(lián)合汽車制造商和電池供應(yīng)商在做這方面 的研發(fā)，如北京理工大學(xué)、清華大學(xué)、北京交大等，在電池充電和管理方面取得了一些成果。 但由于針對(duì)鋰離子動(dòng)力電池的容量等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)試試驗(yàn)條件都還很不成熟，因此，針對(duì) 鋰離子動(dòng)力電池的充電器和管理系統(tǒng)，還有許多關(guān)鍵技術(shù)有待研宄。
[0003] 雖然說(shuō)鋰離子動(dòng)力電池在通信、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域的研宄和應(yīng)用取得了較大的進(jìn) 展，但在煤礦機(jī)電裝備上至今還未使用，直至今年6月我國(guó)才首次出臺(tái)一項(xiàng)"lOOAh容量的 鋰離子動(dòng)力電池防爆應(yīng)用"標(biāo)準(zhǔn)，鋰離子動(dòng)力電池在煤礦井下的應(yīng)用潛力巨大。例如避難硐 室動(dòng)力電源的提供，礦用軌道牽引電機(jī)車、牽引膠輪機(jī)、單軌吊車、運(yùn)人侯車等設(shè)備，這些都 是煤礦重要的運(yùn)輸裝備，其運(yùn)行狀況、可靠性、耗能情況、運(yùn)輸成本等，直接影響著煤礦生產(chǎn) 的安全、效率和經(jīng)濟(jì)效益。如今，這些動(dòng)力的能量提供還主要依靠傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池，它存 在體積大、重量重，污染重、不環(huán)保，設(shè)備自重大、工作效率低，可靠性差、報(bào)廢率高，維護(hù)繁 瑣、占場(chǎng)地大等一系列缺點(diǎn)。而鋰離子電池完全可以克服這些缺點(diǎn)，所以在煤礦設(shè)備上推 廣應(yīng)用鋰離子動(dòng)力電池優(yōu)勢(shì)明顯、潛力巨大。可以針對(duì)鋰離子動(dòng)力電池在煤礦領(lǐng)域應(yīng)用的 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，其井下隔爆智能充電器技術(shù)，以及智能化的電池管理系統(tǒng)等方面展開研宄，取得 一些成果，為鋰離子動(dòng)力電池在煤礦井下的推廣應(yīng)用服務(wù)，這種研宄需求是很迫切的。具體 概括如下：
[0004] 1、鋰離子電池是20世紀(jì)末研發(fā)成功的新型高能電池，相對(duì)于鎳氫、鉛酸、鎳鎘電 池，就能量、體積、壽命、環(huán)保等多方面，其具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，這些年來(lái)備受人們青睞，已 逐漸替代鉛酸蓄電池成為電池的主流。
[0005] 2、鋰離子動(dòng)力電池在煤礦機(jī)電動(dòng)力裝備上至今還未使用，鋰離子動(dòng)力電池在煤礦 井下的應(yīng)用潛力巨大。針對(duì)鋰離子動(dòng)力電池在煤礦領(lǐng)域應(yīng)用的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)井下隔爆智能 充電器技術(shù)以及電池管理系統(tǒng)等方面展開研宄，為鋰離子動(dòng)力電池在煤礦井下的推廣應(yīng)用 服務(wù)，這種研宄需求是很迫切的。
[0006] 3、電池管理系統(tǒng)對(duì)電池組和電池單元運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，精確測(cè)量電池的剩 余電量，同時(shí)對(duì)電池進(jìn)行充放電保護(hù)，并使電池工作在最佳狀態(tài)，達(dá)到延長(zhǎng)其使用壽命，降 低運(yùn)行成本，提高電池組運(yùn)行的可靠性，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外紛紛掀起研宄鋰離子動(dòng)力電池管理 系統(tǒng)的熱潮。
[0007] 煤礦行業(yè)對(duì)鋰離子動(dòng)力電池智能充電器的要求：
[0008] 1、考慮到煤礦蓄電池組的實(shí)際串并聯(lián)情況，充電器的容量應(yīng)不低于55kW，最大充 電電流為60A;
[0009] 2、鋰離子動(dòng)力電池充電器輸出電壓：0V-100V連續(xù)可調(diào)；輸出電壓精度：±0. 5% ; 輸出電流：〇~60A連續(xù)可調(diào)；輸出電流精度：±1A ;
[0010] 3、鋰離子動(dòng)力電池充電器要滿足蓄電池組充電的要求，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；
[0011] 4、考慮到井下的防爆要求，充電器為自然散熱；
[0012] 5、自動(dòng)適應(yīng)井下供電網(wǎng)電壓波動(dòng)的適應(yīng)能力（75%~120% )。
[0013] 現(xiàn)有的充電器主要采用幾種充電器主回路方案：
[0014] 1、傳統(tǒng)交-直（AC-DC)
[0015] 這是目前礦用鉛酸蓄電池充電器普遍使用的充電方案。主電路采用工頻變壓器和 晶閘管三相整流電路。輸出電壓的連續(xù)調(diào)節(jié)是通過(guò)晶閘管相控方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
[0016] 此充電方案電能變換直接簡(jiǎn)單，直接由直流電整流成交流電，同時(shí)變壓器的加入 有效實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的輸入輸出電氣隔離使，但此充電方案表現(xiàn)出的不足之處有兩點(diǎn)，首先：根 據(jù)變壓器的構(gòu)造原理可知，工頻變壓器的加入在一定程度上增加了整個(gè)充電設(shè)備的體積和 重量。其次是控制系統(tǒng)一般采用模擬控制，充電模式單一化，很難實(shí)現(xiàn)蓄電池的多段快速充 電功能，更大程度的偏離蓄電池可接受的充電曲線，達(dá)不到預(yù)期充電效果。
[0017] 2、交-直-直（AC/D(VDC2)
[0018] 此充電方案主電路由工頻變壓器、二極管整流電路和斬波電路組成，660V/50HZ三 相交流電壓經(jīng)過(guò)工頻變壓器、二極管三相不控整流濾波和IGBT斬波后輸出直流電壓，輸出 電壓的連續(xù)調(diào)節(jié)是通過(guò)控制IGBT斬波部分來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
[0019] 此充電方案是依靠IGBT來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓的有效調(diào)節(jié)，控制方法新穎，自動(dòng)化程度高。 但主電路中工頻變壓器的加入以及直流側(cè)濾波電感的加入，大大增加了設(shè)備的體積和重 量，不便于安裝、搬運(yùn)和拆卸。
[0020] 3、現(xiàn)有的礦用蓄電池充電方案主要針對(duì)的對(duì)象是鉛酸蓄電池，充電方式比較簡(jiǎn) 單，只需控制好充電電壓電壓和充電電流實(shí)現(xiàn)多段充電即可，無(wú)需復(fù)雜的電池管理系統(tǒng) (BMS)，而大容量鋰離子動(dòng)力電池在煤礦上的應(yīng)用，就必須有與之相配套的安全智能充電方 案，與傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池充電方案相比最大的不同就是在充電的過(guò)程中加入了電池管理系 統(tǒng)（BMS)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰離子動(dòng)力電池組的均衡性、智能性充電，而且通過(guò)合理的電池荷電 狀態(tài)估算方法，可以有效的避免過(guò)充和欠充等現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021] 為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷與不足，本發(fā)明提供一種適用于礦用AC380V/660V輸 入電壓，井下和地面均可適用，充電過(guò)程中主回路和電池管理系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，給鋰離子電池 進(jìn)行安全充電的礦用動(dòng)力電池。
[0022] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0023] -種礦用動(dòng)力電池，包括充電主電路及分別與其連接的檢測(cè)電路、移相脈沖控制 器和基于單片機(jī)的主控單元；主控單元通過(guò)檢測(cè)電路檢測(cè)充電器的工作狀態(tài)，通過(guò)移相脈 沖控制器發(fā)出充電控制信號(hào)，完成對(duì)輸出電流和電壓的檢測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)蓄電池充電過(guò)程 的控制。
[0024] 所述充電主電路由整流電路、高頻直流變換電路組成。
[0025] 優(yōu)選的，所述充電主電路由即前級(jí)功率變換器和后級(jí)功率變換器共二級(jí)功率變換 器組成。
[0026] 優(yōu)選的，所述前級(jí)功率變換器輸入三相AC380V 50Hz交流正弦電壓經(jīng)三相不可控 二極管整流，再接入電容濾波，利用電容所具有的儲(chǔ)能作用將整流后輸出電壓的脈動(dòng)成分 降低，得到DC510V的直流電，再