双电压等级输入式防爆锂离子蓄电池电源充电机的制作方法

1.本实用新型防爆锂离子蓄电池技术领域，特别涉及一种双电压等级输入式防爆锂离子蓄电池电源充电机。


背景技术：

2.2021年前，以防爆锂离子蓄电池为动力的无轨车需开至地面进行充电，井下不能对锂离子蓄电池电源进行充电，严重影响煤矿新能源车的推广应用。近两年来，在安标国家中心及国家能源集团共同推进下，已允许在井下对以锂离子蓄电池电源为动力的防爆车辆进行充电，多用于防爆无轨胶轮车、单轨吊机车等辅助运输领域。防爆锂离子蓄电池充电机是解决井下锂电池车辆补电最重要方式之一，防爆锂离子蓄电池电源充电机通过防爆电缆连接器与锂电池机车上的防爆锂离子蓄电池电源相连接(如图1)，充电机通过can通讯交互得知锂离子蓄电池电源所需的充电电流、充电电压，人为对充电机外部按键进行启停操控，充电机内部整流模块或igbt模块将交流电(ac)整流为直流电(dc)，再通过dc/dc模块输出防爆锂离子蓄电池电源所需的充电电流、充电电压。充电机显示屏实时显示充电电流、充电电压、锂离子蓄电池电源soc等信息，并具有输出过流、输出过压、反接、绝缘监测、接触器粘连、急停等保护功能。
3.一般来说，煤矿井下常存在660v、1140v电压等级两种配电交流电压，这就需要煤矿用户按照实际情况下的配电交流电压的配置660v或1140v输入电压等级的防爆锂离子蓄电池电源充电机，此种情况则不利于煤矿用户成本控制及生产厂家的组织生产，但采用前级加大功率变压器方式，同样存在不利于煤矿井下有限空间布局及生产制造成本的控制。


技术实现要素：

4.基于此，为解决现有问题，因此提出了一种能够兼容660v和1140v两种输入电压等级的防爆锂离子蓄电池电源充电机。
5.一种双电压等级输入式防爆锂离子蓄电池电源充电机，其特征在于，包括：控制回路以及受控于控制回路的充电主回路；所述充电主回路包括交流接触器、至少一个充电模块以及直流接触器，交流接触器一侧连接至三相交流电配电端，另一侧连接至充电模块，充电模块的另一侧连接至直流接触器，直流接触器的另一侧连接至防爆锂离子蓄电池电源，所述三相交流电配电端能够配置两种不同的电压等级的输出电压。
6.优选地，充电模块包括模块控制单元、滤波单元、ac/dc单元、降压模块以及dc/dc单元；滤波单元一侧连接至交流接触器，另一侧连接至ac/dc单元；ac/dc单元另一侧分别连接降压模块以及dc/dc单元；降压模块另一侧连接至模块控制单元；dc/dc单元另一侧分别连接模块控制单元以及直流接触器。
7.优选地，所述降压模块包括igbt驱动模块。
8.优选地，所述滤波单元采用emi单元。
9.优选地，所述控制回路包括控制变压器、开关电源、主控单元以及人机交互单元；
控制变压器一侧连接至三相交流电配电端，另一侧连接至开关电源，开关电源的另一侧连接至主控单元，主控单元分别连接充电模块、直流接触器以及防爆锂离子蓄电池电源；人机交互单元连接至主控单元。
10.优选地，所述人机交互单元包括按键以及显示屏。
11.优选地，所述直流接触器通过防爆充电枪连接至防爆锂离子蓄电池电源。
12.优选地，所述防爆充电枪具有配置有多个充电接口的充电接口端，以同时为多个防爆锂离子蓄电池电源提供充电接口。
13.本实用新型具有如下有益效果：
14.首先、本实用新型能够基于煤矿井下存在660v、1140v电压等级两种配电交流电压的现状，通过本案的充电模块有效完成660v与1140v两种输入电压等级的兼容，在充分利用煤矿井下有限空间的前提下同步完成生产制造成本的控制；其次，本实用新型能够为多个防爆锂离子蓄电池电源充电机提供充电电源。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.其中：
17.图1为现有的锂离子蓄电池电源充电机充电连接示意图；
18.图2为实施例1所对应的双电压输入式防爆锂离子蓄电池电源充电机电气原理图；
19.图3为实施例1所对应的充电模块电气原理图；
20.图4为实施例1所对应的控制板驱动ac/dc单元、dc/dc单元工作原理图；
21.图5为实施例2所对应的电气原理图；
22.图6为实施例3所对应的电气原理图；
23.图7为实施例1所对应的电路板设计例图。
具体实施方式
24.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
25.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。可以理解，本实用新型所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本技术的范围的情况下，可以将第一元件称为第二元件，且类似地，可将第二元件为第一元件。第一元件和第二元件两者都是元件，但其不是同一元件。
26.在本实施例中，如图1-7，提出了一种能够兼容660v和1140v两种输入电压等级的
防爆锂离子蓄电池电源充电机，如图2，其包括：控制回路以及受控于控制回路的充电主回路；所述充电主回路包括交流接触器、至少一个充电模块以及直流接触器，交流接触器一侧连接至三相交流电配电端，另一侧连接至充电模块，充电模块的另一侧连接至直流接触器，直流接触器的另一侧连接至防爆锂离子蓄电池电源，所述三相交流电配电端能够配置两种不同的电压等级的输出电压。
27.根据上一段的基础设计内容，形成以下具体实施方案：
28.实施例1、一种兼容660v和1140v两种输入电压等级的防爆锂离子蓄电池电源充电机，其包括控制回路以及受控于控制回路的充电主回路；所述充电主回路包括交流接触器、充电模块以及直流接触器，充电模块包括模块控制单元、滤波单元、ac/dc单元、降压模块以及dc/dc单元；滤波单元一侧连接至交流接触器，另一侧连接至ac/dc单元；ac/dc单元另一侧分别连接降压模块以及dc/dc单元；降压模块另一侧连接至模块控制单元；dc/dc单元另一侧分别连接模块控制单元以及直流接触器。
29.充电主回路的电气原理为：
30.充电主回路的输入端为三相交流电配电端(输入ac660v或ac1140v的三相交流电)，经过主接触器-交流接触器后由充电模块将三相交流电转换为蓄电池可以接受的直流电，再通过直流接触器和充电枪，给防爆锂离子蓄电池电源充电(如图2所示)。
31.其中，交流接触器的主要功能为在控制回路的主控单元控制下，完成输入交流电的通断，即前级交流电输入并输出给充电模块由主控单元控制。
32.直流接触器的通断也由控制回路的主控单元进行控制，其电源正极、负极各1只，充电模块传输直流电给直流接触器，直流接触器与防爆充电枪连接。
33.其中，优选地，上一段描述的控制回路与充电主回路电机电气部分安装于防爆机械箱体内部，同时充电模块通过安装的铜散热器进行散热。
34.如图3，充电主回路的电气原理为：模块控制单元由开关电源24v供电，模块控制单元的通讯方式为can通讯方式，模块控制单元根据控制需求驱动ac/dc单元、dc/dc单元工作，采集ac/dc单元温度、输入电压、母线电压、母线电流等信息采集，当超过限制值时进行保护并传输给模块控制单元；所述滤波单元采用emi单元，交流接触器吸合后，将输入交流电传输给emi单元，进行交流电滤波处理后传输给ac/dc单元，增强系统抗干扰能力；ac/dc单元能够将emi单元过滤后的交流电通过内部整流桥整流为直流电，传输给dc/dc单元；dc/dc单元将ac/dc单元传输过来的直流电经过igbt逆变为交流电，进行高频变压器隔离处理，最后再通过整流后传输给直流接触器。
35.所述降压模块采用igbt驱动模块，其能够配合本系统其他元器件，实现兼容660v与1140v两种输入电压等级的输入电压，以灵活适应煤矿井下的660v、1140v电压等级两种配电交流电压的实际使用需求，优选的可选用英飞凌公司的ff450r17me4芯片，模块控制单元根据检测到输入电压为1140v还是660v电压等级进行相应动作，当输入电压为660v电压等级时，ac/dc单元整流后母线电压约为900v，此时设定降压模块不工作，通过dc/dc单元的隔离电路给锂离子蓄电池电源充电；当模块控制单元检测到输入电压为1140v时，ac/dc单元整流后约1700v的母线电压通过模块控制单元驱动降压电压将母线降低约为900v，后级的dc/dc单元以同样的方式给锂离子蓄电池电源充电。
36.另，使得防爆锂离子蓄电池电源充电与防爆锂离子蓄电池电源以恒流限压充电方
式进行充电。即当最高单体电池电压低于3.46v时，以365v，最大充电电流0.3c(可设置)进行充电，否则转到下一阶段；当最高单体电池电压低于3.48v时，以365v，20a进行充电，否则转到下一阶段；最后进行5a进行充电，保持30s。
37.其中，优选地，所述控制回路包括控制变压器、开关电源、主控单元以及人机交互单元；控制变压器一侧连接至三相交流电配电端，另一侧连接至开关电源，开关电源的另一侧连接至主控单元，主控单元分别连接充电模块、直流接触器以及防爆锂离子蓄电池电源；人机交互单元连接至主控单元，人机交互单元包括按键以及显示屏。
38.控制回路的电气原理为：
39.开关电源能够提供24v供电开关电源，主控单元的控制板与防爆充电枪连接至锂离子蓄电池电源，与之can通讯交互，锂离子蓄电池电源所需的充电电流、充电电压告知控制板，按键单元的按键控制启停开关量输入给控制板，控制板与模块控制单元的模块控制板相连接(can通讯)，使之驱动控制ac/dc单元、dc/dc单元、降压模块，同时驱动控制板将ac/dc单元温度、输入电压、母线电流、母线电压，dc/dc单元输出电压、输出电流、温度信息传输给控制板，控制板与显示屏通过rs232通讯，使各运行状态参数、故障信息显示在显示屏上。其中，显示屏与控制板连接(rs232通讯)，对其采集处理的各运行状态参数、故障信息进行显示；按键与控制板连接，以将人为主动启动、停止开关量信号传输给控制板；开关电源接收控制变压器输出220v交流电并输出24v直流电给控制板，其为宽输入电压范围；控制变压器其前级与进线交流电连接，次级输出220v交流电，并与开关电源连接。
40.另，控制回路的按键还提供“启停”控制与“急停”操作，其显示屏显示“待机”、“运行”、“故障”状态指示；且显示屏可作为人机交互设备则提供刷卡、充电方式设置与启停控制操作。
41.其中，优选地，所述直流接触器通过防爆充电枪连接至防爆锂离子蓄电池电源，直流接触器与控制回路的控制板的can通讯通过所述防爆充电枪与锂离子蓄电池电源连接，实现对锂离子蓄电池电源的充电；同时锂离子蓄电池电源通过防爆充电枪实现与防爆锂离子蓄电池电源充电机通讯交互并对内部电池充电。
42.实施例2、相对于实施例1，本实施例的区别在于受控于控制回路的充电模块的个数为两个以上的，如图5所示，其能够同时对两个以上的防爆锂离子蓄电池电源提供充电路径，以为用户构造输出多充电模块、输出多枪模式的防爆锂离子蓄电池电源充电机。
43.实施例3、相对于实施例1、2，本实施例的防爆充电枪具有配置有多个充电接口的充电接口端，以同时为多个防爆锂离子蓄电池电源提供充电接口，如图6所示，进而为用户构造1只防爆充电枪多充电端口为多台锂离子蓄电池电源充电的充电模式。
44.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种双电压等级输入式防爆锂离子蓄电池电源充电机，其特征在于，包括：控制回路以及受控于控制回路的充电主回路；所述充电主回路包括交流接触器、至少一个充电模块以及直流接触器，交流接触器一侧连接至三相交流电配电端，另一侧连接至充电模块，充电模块的另一侧连接至直流接触器，直流接触器的另一侧连接至防爆锂离子蓄电池电源，所述三相交流电配电端能够配置两种不同的电压等级的输出电压。2.根据权利要求1所述的防爆锂离子蓄电池电源充电机，其特征在于，所述充电模块包括模块控制单元、滤波单元、ac/dc单元、降压模块以及dc/dc单元；滤波单元一侧连接至交流接触器，另一侧连接至ac/dc单元；ac/dc单元另一侧分别连接降压模块以及dc/dc单元；降压模块另一侧连接至模块控制单元；dc/dc单元另一侧分别连接模块控制单元以及直流接触器。3.根据权利要求2所述的防爆锂离子蓄电池电源充电机，其特征在于，所述降压模块包括igbt驱动模块。4.根据权利要求2所述的防爆锂离子蓄电池电源充电机，其特征在于，所述滤波单元采用emi单元。5.根据权利要求1所述的防爆锂离子蓄电池电源充电机，其特征在于，所述控制回路包括控制变压器、开关电源、主控单元以及人机交互单元；控制变压器一侧连接至三相交流电配电端，另一侧连接至开关电源，开关电源的另一侧连接至主控单元，主控单元分别连接充电模块、直流接触器以及防爆锂离子蓄电池电源；人机交互单元连接至主控单元。6.根据权利要求5所述的防爆锂离子蓄电池电源充电机，其特征在于，所述人机交互单元包括按键以及显示屏。7.根据权利要求1所述的防爆锂离子蓄电池电源充电机，其特征在于，所述直流接触器通过防爆充电枪连接至防爆锂离子蓄电池电源。8.根据权利要求7所述的防爆锂离子蓄电池电源充电机，其特征在于，所述防爆充电枪具有配置有多个充电接口的充电接口端，以同时为多个防爆锂离子蓄电池电源提供充电接口。

技术总结
本实用新型公开了一种双电压等级输入式防爆锂离子蓄电池电源充电机，其特征在于，包括：控制回路以及受控于控制回路的充电主回路；所述充电主回路包括交流接触器、至少一个充电模块以及直流接触器，交流接触器一侧连接至三相交流电配电端，另一侧连接至充电模块，充电模块的另一侧连接至直流接触器，直流接触器的另一侧连接至防爆锂离子蓄电池电源，所述三相交流电配电端能够配置两种不同的电压等级的输出电压。本实用新型过本案的充电模块有效完成660V与1140V两种输入电压的兼容，在充分利用煤矿井下有限空间的前提下同步完成生产制造成本的控制。产制造成本的控制。产制造成本的控制。


技术研发人员：应洋 钱军 郑立章 朱骏驰 许雷 谢爽 孙俊杰 陈斐
受保护的技术使用者：常州科研试制中心有限公司
技术研发日：2023.04.18
技术公布日：2023/8/2