專利名稱：基于高頻母線的蓄電池充電器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于蓄電池充電設備，涉及應用于移動電氣設備(如電動交通工具、電動工具等)、應急電源、光伏能源等適配蓄電池的充電器。
背景技術：
蓄電池的性能一直是各種移動電氣設備、應急電源、光伏電源等設備的技術瓶頸，這其中的充放電循環(huán)次數壽命是關鍵問題，與產品成本密切相關。
蓄電池單體的輸出電壓太低，在許多情況下都不能直接滿足應用需求，只能串聯(lián)成蓄電池組工作。經過大量研究表明，蓄電池組的壽命遠遠低于蓄電池單體壽命，原因在于蓄電池組內的各單體參數不一致，捆綁充電過程中更加劇了這種差異，并對部分電池單體造成危害，從而過早地結束蓄電池組的壽命，并加重了廢舊電池處理的環(huán)保壓力。顯然，蓄電池組壽命的提高具有顯著的經濟價值和社會效益。
目前已經有的較好對策有1)對蓄電池各單體單獨進行充電、放電管理，串聯(lián)供電。并使單體中電能存量多的比存量低的多放電。這種方案是對蓄電池組的壽命是很有利，只是這種做法很困難，成本也非常高，缺少實用性。
2)對電池單體并聯(lián)充電，然后通過開關切換串聯(lián)供電。這種方案中充電過程中點出組內各單體的電流分配比較難以控制均勻合適，但由于能夠控制電壓一致，還是能夠顯著延長蓄電池組的壽命，已經開發(fā)出實用產品。問題在于這一機械切換的實現并不方便有電火花、可靠性不好、成本較高。
3)各蓄電池單體獨立充電、串聯(lián)供電，但對放電不加平衡控制。這種方案也能顯著延長蓄電池組的壽命，克服了機械切換方案的部分缺點，而且充電過程對單體比并聯(lián)充電更加有利，目前也已經開發(fā)出實用產品。由于該方案需要與電池單體相應的多個獨立的電源變換器，成本相當高。
目前實現蓄電池單體獨立充電的較好的做法是采用多個獨立的高頻開關電源模塊，將直流或低頻交流(如50Hz)變換成高頻(如50kHz)，然后經變壓器隔離、整流，再供給蓄電池單體充電。這中間每個電源模塊都有一套直流或低頻交流變換成高頻的電路，使成本難以降低。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提出一種基于高頻母線的充電器，能夠實現對串聯(lián)電池組中單體電池進行獨立充電管理。
本發(fā)明下文所述的蓄電池組為許多串聯(lián)成的蓄電池模塊所構成，其中的蓄電池模塊一般是指是蓄電池單體，為擴大發(fā)明應用范圍不排除兩個以上單體串聯(lián)成的蓄電池模塊，由于同一模塊中各單體性能比較接近，實踐證明對各模塊獨立充電也是有益于整個電池組循環(huán)壽命提高的。
本發(fā)明提出的基于高頻母線的充電器，主要由一次側模塊、高頻母線、多個二次側模塊等組成，高頻母線采用單相或兩相以上的多相線路。其特征在于，一次側模塊采用高頻交流開關變換電路將直流或低頻交流電變換成高頻交流電輸出；二次側模塊包含隔離耦合電路、整流\調節(jié)模塊，其中隔離耦合電路為變壓器耦合、壓電耦合或電容器耦合中的一種，輸出適合于充電的可調節(jié)直流；一次側與二次側模塊之間通過高頻交流母線連接，多個二次側模塊輸入并聯(lián)、輸出直流電位相互隔離分別對相應的蓄電池模塊充電。實際的充電器可以將一次側模塊放在一個盒子中，多個二次側模塊與蓄電池放在一個盒子中，之間用一段高頻母線連接，譬如1米左右。
有益效果該發(fā)明可顯著提高蓄電池組壽命；并有望大幅度降低單體獨立充電、串聯(lián)供電的充電器成本。由于二次側模塊電路容易實現很高的工作效率，便于同電池組構成一體化生產。


圖1為本發(fā)明高頻母線充電器結構示意圖；圖2為二次側模塊變壓器隔離結構示意圖；圖3為二次側模塊電容器耦合結構示意圖；圖4為二次側模塊壓電耦合結構示意圖；圖5為一次側模塊AC/AC變換電路示意圖；圖6為一次側模塊DC/AC變換電路示意圖；圖7為二次側模塊多繞組變壓器耦合結構示意圖；
圖8為磁開關可控整流的二次側模塊整流/調節(jié)電路示意圖；圖9為電子式可控整流的二次側模塊整流/調節(jié)電路示意圖；圖10為高頻母線排螺繞環(huán)結構示意圖；圖11為二次側模塊線性二次調整電路示意圖。
具體實施例方式
參照

實施例如圖1所示的是本發(fā)明基于高頻母線的充電器的結構示意。圖2-4是各種常見電位隔離方案示意，常用的是變壓器耦合方案，但對于高頻線路而言電力電子技術中的電容隔離、壓電隔離方案也是現實可行的選擇。在這里，高頻母線通常是單相的，但也不排除多相的，有時多相的能夠傳遞更高、更平穩(wěn)的功率；采用多相高頻母線方案時，一次側模塊與二次側模塊線路均作相應改變，采用常規(guī)的多相逆變、多相整流電路。由此可見，本發(fā)明將各充電電源模塊的一次側電路合成一體，大大簡化了電路結構，使成本得以降低。通常一個二次側模塊對應一個蓄電池單體。
本發(fā)明的充電器一次側模塊電路方案可以采用常規(guī)的電力電子電路方案，也可以包括功率因數校正電路等，如圖5、6分別是一次側模塊的AC/AC變換拓撲與DC/AC變換拓撲示意。為便于二次側模塊電路的制作，一次側模塊電路也可采用具有降壓輸出功能的電路，帶變壓器降壓輸出的電路還可以使高頻母線對人身更加安全。
本發(fā)明的充電器中的多個二次側模塊中的變壓器也可以采用共用一副磁芯的多繞組變壓器，即每個整流/調節(jié)模塊的輸入端與多繞組變壓器中的一個獨立副邊繞組相連。采用該方案時，一次側模塊電路本身就不必用變壓器隔離輸出了。圖7是該方案的示意。這種做法的好處是，有時能夠更進一步地降低成本；缺點是當單體數量非常多時，實際制造有困難。
采用本發(fā)明的充電器需要各二次側模塊具有獨立的輸出調節(jié)功能。本發(fā)明的二次側模塊可以采用各種常規(guī)整流加DC/DC線性或現有的開關電源電路，圖11是線性二次側模塊線性調整電路的示意圖；本發(fā)明推薦采用磁開關或電子開關后級調節(jié)等可控整流電路中的一種，可控整流電路的整體變換效率更高。磁開關或電子開關后級調節(jié)電路也是根據充電控制要求和電源輸出反饋信號對高頻脈沖進行脈寬限制，從而控制直流輸出。圖8、9是該方案的示意。由于二次側模塊工作效率高，同電池放在一起不會明顯提高蓄電池的溫度，比較安全。
本發(fā)明的高頻母線可以采用各種低阻抗導線，例如多股排線或絞合線，以降低高頻阻抗。以單相為例，排線中的高頻母線是按照極性相間排放的；絞合線中的高頻母線也是按照極性盡可能相間排放。圖10是高頻母線排線的示意。
權利要求
1.基于高頻母線的蓄電池充電器，主要由一次側模塊、高頻母線、多個二次側模塊組成，高頻母線采用單相或兩相以上的多相線路，其特征在于，一次側模塊采用高頻交流開關變換電路將直流或低頻交流電變換成高頻交流電輸出；二次側模塊包含隔離耦合電路、整流\調節(jié)模塊，其中隔離耦合電路為變壓器耦合、壓電耦合或電容器耦合中的一種，輸出適合于充電的可調節(jié)直流；一次側與二次側模塊之間通過高頻交流母線連接，多個二次側模塊輸入并聯(lián)、輸出直流電位相互隔離分別對相應的蓄電池充電。
2.根據權利要求1所述的基于高頻母線的蓄電池充電器，其特征在于多個二次側模塊中的變壓器共用一副磁芯的多繞組變壓器，即每個整流\調節(jié)模塊的輸入端與多繞組變壓器中的一個獨立副邊繞組相連。
3.根據權利要求1所述的基于高頻母線的蓄電池充電器，其特征在于其二次側模塊采用磁開關或電子開關后級調節(jié)可控整流電路中的一種。
4.根據權利要求1所述的基于高頻母線的蓄電池充電器，其特征在于其高頻母線采用排線。
全文摘要
一種基于高頻母線的蓄電池充電器，為移動電氣設備、應急電源、光伏能源等適配的蓄電池充電設備，能夠實現對串聯(lián)電池組中單體電池進行獨立充電管理、顯著延長蓄電池組的壽命，有望大幅度降低單體獨立充電、串聯(lián)供電的充電器成本。結構特點是一次側模塊采用高頻交流開關變換電路將直流或低頻交流電變換成高頻交流電輸出；二次側模塊包含隔離耦合電路、整流\調節(jié)模塊，其中隔離耦合電路為變壓器耦合、壓電耦合或電容器耦合中的一種，輸出適合于充電的可調節(jié)直流；一次側與二次側模塊之間通過高頻交流母線連接，多個二次側模塊輸入并聯(lián)、輸出直流電位相互隔離分別對相應的蓄電池充電。
文檔編號H02J7/00GK101051761SQ20071006730
公開日2007年10月10日 申請日期2007年2月12日 優(yōu)先權日2007年2月12日
發(fā)明者呂征宇 申請人:呂征宇