[發明專利]蓄電池化成充放電變流電路

無效

• 申請號: 201110324142.X
• 申請日: 2011-10-22
• 公開（公告）號: CN102437628A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 顏湘武;董清;張波
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: H02J7/10
• 分類號: H02J7/10;H02M3/335
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 朱琨

技術領域

本發明屬于蓄電池化成技術領域，特別涉及蓄電池化成充放電變流電路。

背景技術

蓄電池化成是蓄電池生產過程中的一個重要環節。化學電源的正、負電極是由活性物質和支撐及導電用的“集電體”組成，一般為片狀多孔體，稱為極板；極板在制作時往往并非把活性物質直接加入集電體中，而是將原材料制成膠糊狀，涂敷在板柵之上，或者將原材料灌入玻璃絲管中，一般也稱這時的極板為“生極板”。所謂化成是指蓄電池生極板在電解液中通過充電轉變為荷電狀態，清除雜質，改善其電化學活性的電化學反應過程。蓄電池的化成充放電過程是一個在外加電壓作用下復雜的化學反應過程，需要能夠提供恒電流充放電、恒電壓充電或脈沖充放電等多種工作模式的專用充放電電源裝置。傳統采用的可控硅全橋輔以極性切換電路構成的化成電源裝置可以滿足上述工作模式，實現充放電化成功能，但不足之處是功率變換采用工頻相控方式，導致交流電流波形畸變嚴重，諧波分量大；功率因數低，且不可控；采用工頻變壓器變換電壓和電氣隔離，損耗大，造成整機能量變換效率低，還大量消耗有色金屬，成本高。

與傳統的AC/DC變流技術相比，PWM?AC/DC變流技術是一種新型電力電子變流技術，變流器網側電流接近正弦波，諧波含量小；網側功率因數可控，甚至可實現單位功率因數控制，同時，在保證直流電壓恒定的基礎上，在不改變電路的拓撲接線方式的情況下，電壓型PWM變流器自動實現能量的雙向變換，動態響應速度快，具有明顯的技術優勢。但是，蓄電池化成采用單級PWM?AC/DC變流器實現充、放電功率變換時，存在兩方面的不足，一是在整流工況運行下，電壓型PWM變流器相當于升壓變換器，只能在二極管全橋整流輸出直流電壓以上一定范圍內可控穩定運行，即輸出電壓范圍窄，適用蓄電池負載電壓的能力差；二是只能采用工頻變壓器隔離，仍然損耗大，效率低，大量消耗有色金屬，成本高。

一般一個蓄電池生產車間有上十臺甚至上百臺化成充電機同時并列運行，有的蓄電池組工作在充電狀態，有的工作在放電狀態，若將放電狀態中蓄電池組釋放出的電能回流到公共直流母線作為其它蓄電池組充電時的電能，會形成局部能量循環，這時能量利用的效率高，因此，從提高充放電裝置的靈活性和適用性考慮，蓄電池化成宜采用兩級變流方式。

當采用公用直流母線的蓄電池化成充放電二級變流拓撲結構時，第二級DC/DC雙向變換主電路目前多采用非隔離式斬波降壓式充電和非隔離式斬波升壓式放電的綜合電路構成，以最大限度地降低設備制造成本，避免采用雙套獨立的DC/DC變換器。在化成時，每臺雙向DC/DC變換器均連接一組由多個蓄電池串聯構成的蓄電池組，但是，整個直流系統、二級DC/DC雙向變換主電路以及連接的所有蓄電池均處于同一電耦合系統，所涵蓋區域的電氣連接點多面廣，分布整個化成車間，當系統出現一點接地時，不易察覺，難以探測具體接地點，容易形成事故隱患；當系統不同位置再出現接地問題時，則會導致系統短路故障。從而，采用非隔離式二級DC/DC雙向變換主電路會明顯降低系統的安全性、可靠性以及經濟性。

發明內容

本發明針對上述缺陷公開了蓄電池化成充放電變流電路，它的結構如下：交流電源、三相電壓型PWM變流器、直流母線、雙向DC/DC變流模塊和蓄電池模塊串聯；

第一交流電源火線經L_a線性電感接入第一橋臂的上下臂連接處，第二交流電源火線經L_b線性電感接入第二橋臂的上下臂連接處，第三交流電源火線經L_c線性電感接入第三橋臂的上下臂連接處；三相電壓型PWM變流器的C₁濾波電容與直流母線并聯；

雙向DC/DC變流模塊由1-N個對稱半橋LLC諧振式雙向直流-直流變換器并聯而構成，蓄電池模塊由1-N個蓄電池組構成，第1-N對稱半橋LLC諧振式雙向直流-直流變換器的右側分別與第1-N蓄電池組連接，左側均與直流母線并聯。

所述三相電壓型PWM變流器的結構如下：采用具有反并聯二極管的功率開關管構成上臂和下臂，上、下臂串聯構成一個橋臂；三個橋臂并聯組成三相橋式電路，直流側并聯C₁濾波電容。