專利名稱：化成充、放電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種充/放電機(jī)，特別是涉及一種蓄電池生產(chǎn)企業(yè)的主要關(guān)鍵設(shè)備一一化成充/放電機(jī)。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人類對二次能源的需求及品質(zhì)要求越來越高，普通開口式鉛酸蓄電池由于其結(jié)構(gòu)，性能等固有的弊端，將逐漸退出歷史舞臺，取而代之的密封免維護(hù)鉛酸蓄電池的市場需求越來越大。
然而，目前國內(nèi)外蓄電池制造業(yè)還沒有尋找到一種能完全滿足密封免維護(hù)蓄電池內(nèi)化成所需的充/放電設(shè)備，仍然沿用普通槽化成充/放電設(shè)備進(jìn)行電池內(nèi)化成生產(chǎn)。由于密封免維護(hù)電池內(nèi)化成時極板的熱容量遠(yuǎn)比槽化成極板熱容量小，同時熱傳導(dǎo)及熱平衡條件也比槽化成惡劣，同時普通槽化成充電設(shè)備采用可控硅相控整流方式，其工作載頻僅300HZ。在深控狀態(tài)下，尖峰電流約等于平均電流的5-8倍，諧波電流更大，因而造成電池內(nèi)化成時溫升高.析氣量大.時間長.效率低.極板受到?jīng)_擊傷害，嚴(yán)重影響著密封免維護(hù)蓄電池的產(chǎn)品質(zhì)量及一致性，是當(dāng)今制約密封免維護(hù)蓄電池產(chǎn)品品質(zhì)及發(fā)展的瓶頸問題。
同時，目前國內(nèi)外蓄電池槽化成或電池內(nèi)化成充電控制方式過于簡單，常采用如下控制模式①恒壓限流充電方式，②恒流限壓充電方式，雖各有利弊，但都沒有真正解決蓄電池化成充電時，應(yīng)確保無傷害充電及應(yīng)充入電量這一本質(zhì)問題。由于蓄電池制造過程是一套繁瑣復(fù)雜的工藝過程。在每一項(xiàng)工藝過程中，不可能保證其材料.工藝.溫度等諸多條件的可重復(fù)性。所以，恒壓限流充電時，以末期最小電流判斷其充足或恒流限壓充電時，以末期階段充電電壓值保持基本穩(wěn)定不變判斷其充足，對于循環(huán)使用中的蓄電池進(jìn)行充足判斷是基本可行的。但對于工業(yè)化生產(chǎn)過程中，生極板電池內(nèi)化成充電，其判斷方法是無科學(xué)依據(jù)的。我們知道，要將金屬鉛粉的極板轉(zhuǎn)化為pbo2及海棉狀活性鉛極板，必須保證在一定溫度范圍內(nèi)，應(yīng)充電量達(dá)到某一指標(biāo)，否則，轉(zhuǎn)換后的β-pb02及a-pb02含量不夠，電池容量不足或一致性不好。
另外，隨著二次能源應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，蓄電池的品種，規(guī)格越來越多，蓄電池廠為了滿足市場的需求，需要生產(chǎn)不同規(guī)格，型號的蓄電池。然而，國內(nèi)外目前所能提供的化成充/放電機(jī)，一種規(guī)格的設(shè)備，只能適應(yīng)某一部份規(guī)格的蓄電池，因而造成蓄電池生產(chǎn)廠必須購買多種規(guī)格的充/放電化成機(jī)若干臺，每臺設(shè)備利用率很低，有的規(guī)格設(shè)備用幾次就長期擱置，待市場確認(rèn)后再啟動該設(shè)備，導(dǎo)致設(shè)備擱置時間過長，某些元件(特別是電解電容類)自然老化，又得重新維修，企業(yè)叫苦不跌，但為了佔(zhàn)領(lǐng)市場，又不得不如此。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述目前國內(nèi)外普遍采用的化成充、放電機(jī)的一些致命弱點(diǎn)，提供一種不僅能完全達(dá)到設(shè)計要求，而且能解決國內(nèi)外蓄電池內(nèi)化成充電的諸多問題的新型化成充、放電機(jī)。
本實(shí)用新型的目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
本實(shí)用新型的化成充、放電機(jī)，其包括弱電控制部分和強(qiáng)電控制部分，其特征在于所述的弱電控制部分采用了可控硅相控整流與絕緣柵雙極型晶體管IGBT斬波調(diào)節(jié)相結(jié)合的控制方式，該控制方式的電路構(gòu)成為A.B.C三相電源接熔斷器RD1-RD3的一端，熔斷器RD1-RD3的另一端接接觸器KM6的輸入端，輸出端接隔離變壓器B1的初級，隔離變壓器B1次級的三相線圈電壓接快速熔斷器一端，快速熔斷器另一端接可控硅RS1-RS6全控橋輸入端，全控橋輸出的300HZ直流電壓正負(fù)端經(jīng)連接線118～119號線接至接觸器KM5的輸入端，接觸器KM5的輸出端接至接觸器KM1～KM4的輸入端，其輸出端連接至絕緣柵雙極型晶體管IGBT1～I(xiàn)GBT5的集電極，絕緣柵雙極型晶體管IGBT1～I(xiàn)GBT5的集電極、基極、發(fā)射極連接至接口PC1～PC5，接口PC1～PC5的接口由單片微處理器80C196及移相控制模塊PWM脈寬調(diào)制來調(diào)節(jié)模塊控制，單片微處理器80C196接收來自母回路輸出ED5及四路子回路輸出ED1～ED4的輸出電流I1～I(xiàn)5.電壓V1～V5、溫度T1-T5的反饋信號，經(jīng)多路開關(guān)CD4067集成電路選擇送至80C196KB微處理器高速輸入口，經(jīng)比較運(yùn)算后，通過微處理器D/A口送至移相模塊及脈寬調(diào)制PWM控制模塊，形成5000-10000HZ的脈沖信號，分別調(diào)節(jié)可控硅全控橋RS1-RS6的移相角及IGBT1-IGPT5的脈沖寬度，通過斬波，精確控制各路輸出電壓、輸出電流、應(yīng)充電量、電池溫度，實(shí)現(xiàn)了可控硅相控整流預(yù)調(diào)節(jié)，絕緣柵雙極型晶體管IGBT進(jìn)行精確控制的目的。
為了使本實(shí)用新型能適應(yīng)多種規(guī)格的蓄電池，本化成充、放電機(jī)的強(qiáng)電部分采用了母/子結(jié)構(gòu)控制方式，該控制方式的電路構(gòu)成是全控橋輸出的300HZ直流電壓正負(fù)端，經(jīng)連接線118～119號線接至接觸器KM5輸入端，接觸器KM5的輸出端接接觸器KM8輸入端及絕緣柵雙極型晶體管IGBT5的集電極，接觸器KM8輸出端及絕緣柵雙極型晶體管IGBT5的發(fā)射極接至快速熔斷器RK4輸入端，快速熔斷器RK4輸出端接平波電抗器L5輸入端，平波電抗器L5輸出端輸出300A10000HZ高頻大電流母輸出到輸出端ED5蓄電池組；分回路1-4經(jīng)接觸器KM1-KM4與絕緣柵雙極型晶體管IGBT1-IGBT4的集電極相連，絕緣柵雙極型晶體管IGBT1-IGBT4的發(fā)射極分別通過接觸器KM9-KM12，輸出75A10000HZ高頻中小電流子輸出至輸出端ED1-ED4蓄電池組。實(shí)現(xiàn)了母/子結(jié)構(gòu)控制方式。(接觸器KM8接通后短接IGBT5用于逆變放電狀態(tài))。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本化成充、放電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是(1)采用可控硅相控整流與絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)斬波調(diào)節(jié)相結(jié)合的控制方式，利用可控硅容量大，可靠性高的特點(diǎn)，將輸出電壓進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié)，再利用IGBT工作頻率高，開關(guān)特性好的特點(diǎn)，進(jìn)行高頻化處理，使其工作在低壓差，大電流高頻開關(guān)工作狀態(tài)，完全克服了IGBT二次擊穿及拖尾難題，其可靠性，穩(wěn)壓，穩(wěn)流精度大幅提高，設(shè)備的載頻由300HZ提高到10000HZ，加之平波電抗器的續(xù)流作用，完全杜絕了充電時尖峰電流對電池的沖擊。
(2)微處理器采用INTEL公司的80C196KB-16位單片機(jī)，利用其軟，硬件資源豐富，運(yùn)算速度快，自帶A/D及D/A電路等顯著優(yōu)勢，使得整機(jī)硬件電路簡明合理，可靠性高，軟件方面，提出了一種以應(yīng)充電量為函數(shù)，以溫度檢測及電壓檢測為依據(jù)，以時間及充電電流為變量的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行模糊控制，并采用“黃金分割法”進(jìn)行運(yùn)算處理，使得一片微處理器適時控制、顯示各路電壓、電流、時間、電量、溫度等諸多參數(shù)，并自動計算、調(diào)整充電時間及充電電流，從而確保應(yīng)充入電量及無傷害充/放電。應(yīng)用此數(shù)學(xué)摸型實(shí)現(xiàn)的控制方式，化成充電時，電池溫升低.析氣量少.產(chǎn)品一致性好；另外，在片選及關(guān)鍵控制邏輯電路部份，采用可編程控制邏輯器件GAL16V8進(jìn)行讀寫保護(hù)措施，使得知識產(chǎn)權(quán)得到一定保護(hù)，無法仿制；(3)其強(qiáng)電控制部份，提出了一種母/子結(jié)構(gòu)控制方式，共用一臺隔離主變壓器，當(dāng)市場需求大中型蓄電池時，利用母回路輸出電流大(300V300A)的特點(diǎn)，由母回路輸出控制，復(fù)蓋300AH-3000AH系列電池，當(dāng)市場需求中小型蓄電池時，通過按鍵選擇，將一路母回路自動分裂成四路子回路，利用四路子回路輸出電流小(300V75A×4路)、精度高的特點(diǎn)，由四路子回路輸出，復(fù)蓋5AH-400AH系列電池，各路均可獨(dú)立控制，分別同時顯示，因此，一臺母/子式化成充/放電機(jī)，相當(dāng)于五臺不同規(guī)格的充/放電機(jī)，生產(chǎn)效率明顯提高，占地面積減少，設(shè)備利用率極高，稍加改進(jìn)，還可用于電動汽車加電站的快速充電(25min充入額定容量的90％以上)、電動汽車智能充電(3-4h完全充足)以及用于軍事領(lǐng)域，更加靈活，方便，便于移動，意義更大。


圖1是本化成充、放電機(jī)的電路圖；圖2是本化成充、放電機(jī)的原理框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。
如圖1、圖2所示，化成充、放電機(jī)，其包括弱電控制部分和強(qiáng)電控制部分，所述的弱電控制部分采用了可控硅相控整流與絕緣柵雙極型晶體管IGBT斬波調(diào)節(jié)相結(jié)合的控制方式，該控制方式的電路構(gòu)成為A.B.C三相電源接熔斷器RD1-RD3的一端，熔斷器RD1-RD3的另一端接接觸器KM6的輸入端，輸出端接隔離變壓器B1的初級，隔離變壓器B1次級的三相線圈電壓接快速熔斷器一端，快速熔斷器另一端接可控硅RS1-RS6全控橋輸入端，全控橋輸出的300HZ直流電壓正負(fù)端經(jīng)連接線118～119號線接至接觸器KM5的輸入端，接觸器KM5的輸出端接至接觸器KM1～KM4的輸入端，其輸出端連接至絕緣柵雙極型晶體管IGBT1～I(xiàn)GBT5的集電極，絕緣柵雙極型晶體管IGBT1～MGBT5的集電極、基極、發(fā)射極連接至接口PCI～PC5，接口PCI～PC5的接口由單片微處理器80C196及移相控制模塊、脈寬調(diào)制PWM來調(diào)節(jié)模塊控制，單片微處理器80C196接收來自母回路輸出ED5及四路子回路輸出ED1～ED4的輸出電流I1～I(xiàn)5.電壓V1～V5、溫度T1-T5的反饋信號，經(jīng)多路開關(guān)CD4067集成電路選擇送至80C196KB微處理器高速輸入口，經(jīng)比較運(yùn)算后，通過微處理器D/A口送至移相模塊及脈寬調(diào)制PWM控制模塊，形成5000-10000HZ的脈沖信號，分別調(diào)節(jié)可控硅全控橋RS1-RS6的移相角及IGBT1-IGPT5的脈沖寬度，通過斬波，精確控制各路輸出電壓、輸出電流、應(yīng)充電量、電池溫度，實(shí)現(xiàn)了可控硅相控整流預(yù)調(diào)節(jié)，絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)進(jìn)行精確控制的目的；所述的強(qiáng)電控制部分采用了母/子結(jié)構(gòu)控制方式，該控制方式的電路構(gòu)成是全控橋輸出的300HZ直流電壓正負(fù)端，經(jīng)連接線118～119號線接至接觸器KM5輸入端，接觸器KM5的輸出端接接觸器KM8輸入端及絕緣柵雙極型晶體管IGBT5的集電極，接觸器KM8輸出端及絕緣柵雙極型晶體管IGBT5的發(fā)射極接至快速熔斷器RK4輸入端，快速熔斷器RK4輸出端接平波電抗器L5輸入端，平波電抗器L5輸出端輸出300A10000HZ高頻大電流母輸出到輸出端ED5蓄電池組；分回路1-4經(jīng)接觸器KM1-KM4與絕緣柵雙極型晶體管IGBT1-IGBT4的集電極相連，絕緣柵雙極型晶體管IGBT1-IGBT4的發(fā)射極分別通過接觸器KM9-KM12，輸出75A10000HZ高頻中小電流子輸出至輸出端ED1-ED4蓄電池組。實(shí)現(xiàn)了母/子結(jié)構(gòu)控制方式。(接觸器KM8接通后短接IGBT5用于逆變放電狀態(tài))。
本化成充/放電機(jī)工作時，通過啟動按鈕接通主接觸器KM1，KM1將三相380V交流電源接入隔離變壓器B1的初級，B1的次級連接至三相全控橋SCR1-SCR6，單片微處理器80C196KB根據(jù)三相電源的同步相序及鍵盤鍵入的程序參數(shù)，發(fā)出同步移相信號，經(jīng)移向控制模塊及脈沖變壓器送至G1-G6，S1-S6，粗調(diào)輸出的充/放電電壓及電流，同時，通過霍爾電壓、電流、溫度傳感器反饋的參數(shù)，經(jīng)多路開關(guān)CD4060送至80C196KB微處理器的模/數(shù)變換A/D輸入口，經(jīng)內(nèi)部比較運(yùn)算后，通過微處理器數(shù)/模變換D/A口送至脈寬調(diào)制PWM模塊輸入端，PWM模塊輸出的10000HZ脈寬調(diào)節(jié)信號接至可編程控制邏輯器件GAL2、GAL3(GAL16V8)，通過邏輯組合分別送至PC1-PC5接口，控制絕緣柵雙極型晶體管IGBT1-IGBT5的導(dǎo)通與關(guān)斷，達(dá)到精確控制各路輸出電壓、輸出電流、應(yīng)充電量及電池溫升的目的。同時，微處理器80C196KB數(shù)據(jù)總線輸出的數(shù)據(jù)至5片可編程并行I/D擴(kuò)展接口82C55芯片的I/D口，可編程邏輯器件GAL1(GAL16V8)的輸入端與微處理器輸出的地址總線A12-A15相連，GAL1輸出的片選信號與程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器及5路可編程并行I/D擴(kuò)展接口82C55的片選端相連，微處理器輸出的讀、寫控制信號與上述存儲器及并行擴(kuò)展接口的讀、寫端相連，從而保證了整機(jī)在微處理器的控制下，有序穩(wěn)定的工作并分時動態(tài)刷新各路的輸出數(shù)據(jù)至顯示板，顯示當(dāng)前各路的輸出電壓、電流及已充電量等參數(shù)。
權(quán)利要求1.一種化成充、放電機(jī)，其包括弱電控制部分和強(qiáng)電控制部分，其特征在于所述的弱電控制部分采用了可控硅相控整流與絕緣柵雙極型晶體管IGBT斬波調(diào)節(jié)相結(jié)合的控制方式，該控制方式的電路構(gòu)成為A.B.C三相電源接熔斷器RD1-RD3的一端，熔斷器RD1-RD3的另一端接接觸器KM6的輸入端，輸出端接隔離變壓器B1的初級，隔離變壓器B1次級的三相線圈電壓接快速熔斷器一端，快速熔斷器另一端接可控硅RS1-RS6全控橋輸入端，全控橋輸出的300HZ直流電壓正負(fù)端經(jīng)連接線118～119號線接至接觸器KM5的輸入端，接觸器KM5的輸出端接至接觸器KM1～KM4的輸入端，其輸出端連接至絕緣柵雙極型晶體管IGBT1～I(xiàn)GBT5的集電極，絕緣柵雙極型晶體管IGBT1～I(xiàn)GBT5的集電極、基極、發(fā)射極連接至接口PC1～PC5，接口PC1～PC5的接口由單片微處理器80C196及移相控制模塊、脈寬調(diào)制PWM來調(diào)節(jié)模塊控制，單片微處理器80C196接收來自母回路輸出ED5及四路子回路輸出ED1～ED4的輸出電流I1～I(xiàn)5.電壓V1～V5、溫度T1-T5的反饋信號，經(jīng)多路開關(guān)CD4067集成電路選擇送至80C196KB微處理器高速輸入口，經(jīng)比較運(yùn)算后，通過微處理器D/A口送至移相模塊及PWM控制模塊，形成5000-10000HZ的脈沖信號，分別調(diào)節(jié)可控硅全控橋RS1-RS6的移相角及IGBT1-IGPT5的脈沖寬度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化成充放電機(jī)，其特征在于所述的強(qiáng)電部分采用了母/子結(jié)構(gòu)控制方式，該控制方式的電路構(gòu)成是全控橋輸出的300HZ直流電壓正負(fù)端，經(jīng)連接線118～119號線接至接觸器KM5輸入端，接觸器KM5的輸出端接接觸器KM8輸入端及絕緣柵雙極型晶體管IGBT5的集電極，接觸器KM8輸出端及絕緣柵雙極型晶體管IGBT5的發(fā)射極接至快速熔斷器RK4輸入端，快速熔斷器RK4輸出端接平波電抗器L5輸入端，平波電抗器L5輸出端輸出300A10000HZ高頻大電流母輸出到輸出端ED5蓄電池組；分回路1-4經(jīng)接觸器KM1-KM4與絕緣柵雙極型晶體管IGBT1-IGBT4的集電極相連，絕緣柵雙極型晶體管IGBT1-IGBT4的發(fā)射極分別通過接觸器KM9-KM12，輸出75A10000HZ高頻中小電流子輸出至輸出端ED1-ED4蓄電池組。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種化成充、放電機(jī)，其包括弱電控制部分和強(qiáng)電控制部分，所述的弱電控制部分采用了可控硅相控整流與絕緣柵雙極型晶體管IGBT斬波調(diào)節(jié)相結(jié)合的控制方式，所述的強(qiáng)電部分采用了母/子結(jié)構(gòu)控制方式。本實(shí)用新型采用可控硅相控整流與絕緣柵雙極型晶體管IGBT斬波調(diào)節(jié)相結(jié)合的控制方式，完全克服了IGBT二次擊穿及拖尾難題，其可靠性，穩(wěn)壓，穩(wěn)流精度大幅提高，完全杜絕了充電時尖峰電流對電池的沖擊；采用母/子結(jié)構(gòu)控制方式，使一臺本化成充、放電機(jī)相當(dāng)于五臺不同規(guī)格的充/放電機(jī)，生產(chǎn)效率明顯提高，占地面積減少，設(shè)備利用率極高。并成功解決了快速無傷害充電的技術(shù)難題，用于電池內(nèi)生極板化成充電，電池溫升低、析氣量少、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定一致。
文檔編號H02J7/10GK2879502SQ200520118920
公開日2007年3月14日 申請日期2005年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月14日
發(fā)明者李開貴, 封小平, 梁惟干 申請人:唯豐凱電源技術(shù)有限公司