一种基于多充电机的高压均流充电电路

技术领域

本申请涉及充电机技术领域，尤其涉及一种基于多充电机的高压均流充电电路。

背景技术

蓄电池是一种充电时将电能储存为化学能，在放电时将化学能转换为电能进行输出的电气化学设备。随着蓄电池技术的快速发展，越来越多的高端化精密化设备或系统开始采用蓄电池作为供电装置，以通过蓄电池提供设备或系统日常运行所需的能源。

利用蓄电池进行供电时，蓄电池一方面可以与设备或系统的能量输入端口连接，向设备或系统提供电能，另一方面可以与发电机连接，通过发电机持续补充电能。这样，蓄电池既可以向设备或系统长时间提供持续稳定的电能，又可以提供瞬间高电压高电流，满足设备或系统对于电能的多种需要，同时还可以通过发电机不断补充电能，实现电能的充放平衡。

在实现本申请的过程中，发明人发现上述技术至少存在以下问题：

发电机和蓄电池间一般连接有充电机，充电机用于将发电机提供的电能转换为指定电压的直流电，以便于为蓄电池提供电能。为了满足蓄电池的充电效率和功率需求，往往同时需要使用多个充电机并联，同时为蓄电池进行充电。然而，受充电机内部线路和元器件的内阻等参数的影响，不同充电机向蓄电池输出的电压不同，此时将会在多个充电机间构成内回路，从而导致大量的能源被浪费，甚至造成充电机内元器件的结构损坏。

发明内容

为了在多充电机电路间实现均流效果，避免多个充电机间构成内回路，本申请实施例提供了一种基于多充电机的高压均流充电电路。所述技术方案如下：

一种基于多充电机的高压均流充电电路，所述电路包括相互并联的多个充电机模块，每个所述充电机模块包括并联连接的电压前置调节模块和电压输出调节模块，所述电压输出调节模块包括电流采样单元、分压电阻R1、R2、R3和误差放大器，所述R1和所述R3串联后与所述充电机的输出端并联，所述R2的一端与所述电流采样单元连接，另一端连接R1和R3间的分压节点，所述电流采样单元基于负极母线b的电流生成采样电压，所述采样电压加载在所述R2和所述R3上，所述误差放大器基于预设电压值控制所述分压节点的电压值。

通过采用上述技术方案，在同时利用多个并联的充电机对负载（也即蓄电池组进行充电时），可以通过电压输出调节模块中的误差放大器，对分压电阻R1和R2间的分压节点处的电压值进行控制，从而可以实现对每个充电机电路的输出电压进行精细化调节，使得多个充电机电路的输出电压基本相等，以达到均流的效果。

可选的，所述电流采样单元包括串联在所述负极母线b上的采样电阻，和与所述采样电阻并联的电流采样器，所述电流采样器将所述采样电阻的两端压差作为所述采样电压。

通过采用上述技术方案，通过在负极母线上串联采样电阻，并利用电流采样器采集采样电阻两端的压差，从而可以较为精确地获取到负极母线上的电流值。

可选的，所述误差放大器的同相输入端连接所述分压节点，异相输入端设定为所述预设电压值；

所述误差放大器用于当所述采样电压发生变化时，通过在输出端进行频率调节，使得所述分压节点处的电压值与所述预设电压值相等。

通过采用上述技术方案，基于误差放大器的工作原理，在异相输入端设置指定的电压值，并在误差放大器的输出端进行频率调节，可以持续保证分压节点的电压值与预设电压值基本相等。

可选的，所述电压输出调节模块的输出端电压与所述负极母线b的电流的变换关系，满足所述电压前置调节模块的输出端电压与所述负极母线b的电流的变换关系。

通过采用上述技术方案，将电压输出调节模块的伏安特性曲线与电压前置调节模块的伏安特性曲线相拟合，可以实现对充电机的输出电压进行更为合理精确的控制。

可选的，所述预设电压值可以根据所述多个充电机的电压前置调节模块的输出电压值确定。

通过采用上述技术方案，利用多个充电机的电压前置调节模块的输出电压值来确定预设电压值，可以使得均流后各充电机的输出电压更加合理，从而可以大幅降低均流所带来的能源损耗。

可选的，所述电压前置调节模块包括BUCK变换回路和LLC谐振回路，所述BUCK变换回路的输入端连接电源输入，所述LLC谐振回路的输入端与所述BUCK变换回路的输出端相连，所述LLC谐振回路的输出端与所述电源输出调节模块相连。

可选的，所述Buck变换回路包括开关管Q1、续流二极管D1、滤波电抗器L1、滤波电容FC1。

可选的，所述LLC谐振回路(12)包括依次相连的开关网络、谐振腔电路、全桥整流电路和滤波器。

可选的，所述谐振腔电路包括变压器T1、隔直电容Cb、谐振电感Lr和励磁电感Lm，所述谐振电容Cb和谐振电感Lr串联在变压器T1的原边，所述励磁电感Lm与所述变压器并联。

通过采用上述技术方案，通过BUCK变换回路对电源输入的高压直流电压进行初步降压，再经过LLC谐振回路将经初步降压后得到的高压直流电压变换为低压交流方波电压，并通过整流、滤波处理将交流方波电压整流滤波输出为低压直流电压。

可选的，所述电路还包括预充电回路和输入滤波回路，所述预充电回路包含预充电电阻R4、预充电接触器KM2以及主接触器KM1，所述预充电电阻R4与预充电接触器KM2串联后，与主接触器KM1并联；

所述输入滤波电路包括滤波电抗器L2、放电电阻R5以及支撑电容FC2，所述滤波电抗器L2与所述主接触器KM1连接后串接入电源输入的正极母线a，放电电阻R5与支撑电容FC2并联在所述正极母线a和所述负极母线b之间。

通过采用上述技术方案，直流高压电输入后，先闭合预充电接触器KM2，通过预充电电阻R4对支撑电容FC2进行限流充电，当检测到支撑电容FC2两端的电压与电源输入电压的压差小于指定值后，控制主接触器KM1闭合，断开预充电接触器KM2，通过预充电电阻R4的限流充电，减少充电电流对支撑电容FC2的冲击，延长使用寿命。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

在同时利用多个并联的充电机对负载（也即蓄电池组）进行充电时，可以通过电压输出调节模块中部署的误差放大器，对分压电阻R1和R2间的分压节点处的电压值进行控制，从而可以实现对每个充电机电路的输出电压进行精细化调节，使得多个充电机电路的输出电压基本相等，进而可以在多个充电机电路间实现均流效果，避免了多个充电机间构成内回路，以及大量的能源被浪费，充电机内元器件的结构损坏的情况。

附图说明

图1为本申请实施例中一种基于多充电机的高压均流充电电路示意图；

图2为本申请实施例中一种基于多充电机的高压均流充电电路示意图；

图3为本申请实施例中一种基于多充电机的高压均流充电电路示意图；

图4为本申请实施例中一种基于多充电机的高压均流充电电路示意图；

图5为本申请实施例中一种基于多充电机的高压均流充电电路示意图；

图6为本申请实施例中一种基于多充电机的高压均流充电电路示意图；

附图标记说明：

1、电压前置调节模块； 2、电压输出调节模块；

21、电流采样单元； 211电流采样器；

22、误差放大器； 11、BUCK变换回路；

12、LLC谐振回路； 121、开关网络；

122、谐振腔电路； 123、全桥整流电路；

124、滤波器； 3、预充电电路；

4、输入滤波电路。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-6及实施例，对本申请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用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请实施例提供了一种基于多充电机的高压均流充电电路，参照图1所示，高压均流充电电路包括多个充电机模块，多个充电机模块相互并联，负载（蓄电池组）同时连接在多个充电机模块的输出端，多个充电机模块的输入端均与电源输入相连，在本实施例中，电源输入为发电机模块的输出端，图1中未画出该发电机模块。基于该结构，多个充电机可以同时从发电机处获取电能，并同时为蓄电池组进行充电。

参照图2，每个充电机模块中可以包括电压前置调节模块1和电压输出调节模块2，电压前置调节模块1和电压输出调节模块2并联连接，并均跨接在电源输入的正极母线a和负极母线b之间。电压输出调节模块2包括电流采样单元21、分压电阻R1、R2、R3和误差放大器22，其中，分压电阻R1和R3串联后与连接在充电机的输出端，分压电阻R2的一端与所述电流采样单元21相连接，分压电阻R2的另一端与分压电阻R1和R3之间的分压节点相连接。电流采样单元21用于采集负极母线b上的电流，并生成加载在所述R2和所述R3上的采样电压。误差放大器22用于对所述分压节点的电压值进行控制，以维持分压节点的电压值与预设电压值相等。

基于上述结构，误差放大器22通过对分压节点的电压值进行控制，从而实现了对充电机输出电压的间接控制，使得多个充电机的输出电压保持近似相等，进而可以在多个充电机间实现均流充电效果。

参照图3，电流采样单元21可以包括串联在负极母线b上的采样电阻Rs，以及与采样电阻Rs并联的电流采样器211。其中，采样电阻Rs可以选取毫欧级的电阻，电流采样器211通过采集流经采样电阻Rs的电流，获得采样电阻Rs的两端压差，并将其作为采样电压，以加载在分压电阻R2和R3上。

基于上述结构，由于采样电阻的阻值量级极小，可以极大降低对电能的消耗，并利用电流采样的方式获取采样电压，可以较为精准及时的获知负载上的电流变化情况，从而可以进一步快速触发误差放大器对分压节点处电压值的控制。

参照图4，误差放大器22包含同相输入端22+和异相输入端22-以及输出端22out，其中，同相输入端22+与分压节点连接，异相输入端22-可以设定有预设电压值。在误差放大器22的输出端22out可以进行频率调节，使得当采样电压发生变化时，分压节点处的电压值能够维持与预设电压值相等。基于该结构，可以通过在误差放大器22的输出端进行频率控制操作，实现对分压节点的电压值的调节处理。

进一步的，通过对分压电阻R1、R2、R3取值的设置，以及对预设电压值的设定，可以构建电压输出调节模块2的输出端电压与负极母线b上电流的变换关系（即伏安特性曲线），使得多充电机对应的伏安特性曲线相似，也即在各充电机对应的伏安曲线上，同一电压值对应的电流值之差均处于预设取值范围之内，从而可以在多充电机间实现近似均流的效果。具体的，先考虑电压前置调节模块1的输出端电压与负极母线b上电流的变换关系为：Vo=Va-Io*Rs，其中，Vo为电压前置调节模块1的输出端电压，Va为电源输入电压，Io为负极母线b上的电流，Rs为采样电阻的阻值；再考虑电压输出调节模块2的输出端电压与负极母线b上电流的变换关系为：Ref=Io*Rs*k2+Vo*k1，转换之后可以得到：Vo’=（Ref-Io*Rs*k2）/k1，其中，Vo’为电压输出调节模块2的输出端电压，Ref为误差放大器22上的预设电压值，Io为负极母线b上的电流，Rs为采样电阻的阻值，k2为分压电阻R2和R3的分压比，即k2=R3/(R2+R3)，k1为分压电阻R1和R3的分压比，即k1=R3/(R2+R3)。

参见图5，电压前置调节模块1可以包括依次跨接在电源输入的正负极母线上的BUCK变换回路11和LLC谐振回路12，其中，BUCK变换回路11的输入端与电源输入相连，BUCK变换回路11的输出端与LLC谐振回路12的输入端相连，LLC谐振回路12的输出端与电源输出调节模块2相连。

具体的，Buck变换回路11可以用于对电源输入进行稳压和调压处理，可以包括开关管(IGBT)Q1、续流二极管D1、滤波电抗器L1、滤波电容FC1。其中，开关管Q1和滤波电抗器L1依序串联在正极母线a上；续流二极管D1的阴极与Q1的发射极以及滤波电抗器L1的正极相连，阳极连接在负极母线b上；滤波电容FC1的正极与滤波电抗器L1的负极相连，负极连接在负极母线b上。

LLC谐振回路12可以用于将Buck变换回路11输出的电压变换为交流方波电压，并再次整流为指定电压幅值的直流电压，其可以包括依次相连的开关网络121、谐振腔电路122、全桥整流电路123和滤波器124。其中，开关网络121可以包括开关管Q2、Q3、Q4和Q5，Q2和Q3串联后跨接在正负极母线间，Q4和Q5串联后跨接在正负极母线间；谐振腔电路122可以包括变压器T1、隔直电容Cb和谐振电感Lr，Q2、Q3间的中性点与Q4、Q5间的中性点之间串联有隔直电容Cb、谐振电感Lr以及励磁电感Lm，励磁电感Lm两端分别连接变压器T1原边绕组两个输入端。LLC谐振回路12中采用单谐振电容Cb，谐振频率为 ,

参照图6，高压均流充电电路由输入端至输出端，可以包括依次连接的预充电电路3、输入滤波电路4、电压前置调节模块1和电压输出调节模块2，对于预充电电路3与输入滤波电路4，其中，预充电电路3包含预充电电阻R4、预充电接触器KM2以及主接触器KM1，预充电电阻R4与预充电接触器KM2串联后，与主接触器KM1并联；输入滤波电路4可以包含滤波电抗器L2、放电电阻R5以及支撑电容FC2，可以用于滤除直流输入电压谐波，稳定输入电压。滤波电抗器L2与主接触器KM1连接后串接入电源输入的正极母线a，放电电阻R4与支撑电容FC2并联至电源输入的正负极母线之间。

基于上述结构，直流高压电输入后，先闭合预充电接触器KM2，通过预充电电阻R4对支撑电容FC2进行限流充电，当检测到支撑电容FC2两端的电压与电源输入电压的压差小于指定值后，控制主接触器KM1闭合，断开预充电接触器KM2，通过预充电电阻R4的限流充电，减少充电电流对支撑电容FC2的冲击，延长使用寿命。

通过采用上述技术方案，在同时利用多个并联的充电机对负载（也即蓄电池组）进行充电时，可以通过电压输出调节模块中的误差放大器，对分压电阻R1和R2间的分压节点处的电压值进行控制，从而可以实现对每个充电机电路的输出电压进行精细化调节，使得多个充电机电路的输出电压基本相等，进而可以在多个充电机电路间实现均流效果，避免了多个充电机间构成内回路，以及大量的能源被浪费，充电机内元器件的结构损坏的情况。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其它等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。