一种智能型全自动快速充电机的设计

　　1 充电机的现状

　　目前，矿用电机车蓄电池的充电，无论是恒流充电、恒压充电或是先恒流再恒压的分段式充电，都有一个共同的问题，就是这种小电流慢充方式，蓄电池初充需70小时以上，进行普通充电也需10小时以上，这种充电方式在充电过程的初期，充电电流远小于蓄电池可接受的充电电流，因而拉长了充电时间，造成电能的浪费。而在充电过程的后期，充电电流又大于蓄电池可接受的电流，蓄电池内部温度升高，产生大量析气，并形成内部硫化结晶，大大缩短了蓄电池的循环使用寿命，甚至有可能永久性地损坏电池。这不仅造成了浪费，也增加了对环境的污染。同时，这种传统充电机采用变压器变压整流，可控硅控制的途径，技术落后，设备笨重，可靠性也差。

　　美国科学家马斯通过对铅酸蓄电池的大量试验研究，提出了一条铅酸蓄电池可接受的充电电流曲线。在充电过程的初期，蓄电池可接受的充电电流很大。随着充电过程的延续，充电电流逐渐按指数规律减小。让充电机的充电电流按这样一条理想电流曲线变化，就可以最大限度的提高充电效率。同时，试验表明，采用脉冲式的充电方式是消除各种极化现象，提高充电速度，延长蓄电池循环使用寿命的有效途径。这种充电方式是在对蓄电池充电的过程中适时暂停充电，并适当加入放电脉冲。当电池充电停止时，电池的欧姆极化消失，浓差极化和电化学极化减弱。若能在电池充电过程中让其反向放电，则极化现象迅速消失，电池内部温度也会因放电而得到有效控制。脉冲电流充放电对电池极板有加强其韧性的效果，可以大大提高蓄电池的循环使用寿命。同时，由于电池极化现象的消失，脉冲电流又可以深层次地激活电池内部的活性物质，从而大幅度提高蓄电池的充电有效容量。

　　当前，带有自适应控制技术的脉冲式充电机已成为矿用电机车充电机的主要发展方向。因此，开发新一代的智能快速充电机不仅可以提高充电效率，降低使用单位的运营成本，同时也具有节能、环保等诸方面的社会意义。

　　2 一种智能型全自动快速充电机

　　2.1 电气原理

　　充电机电气原理框图见图1。电气原理分为三大部分，即逆变主通道、检测控制单元和对话单元(显示操作单元)。

　　逆变主通道将380 V交流电源变换为可对电池进行充电的可控直流电源，由输入回路、工频整流滤波电路、移相全桥(ZVT-PWM)变换电路、高频整流电路滤波电路、输出回路及放电回路组成。

　　输入回路即供电回路，在非运行状态时，可切断主通道电源。输入回路设计有软启动功能，避免启动冲击对回路元件造成的损伤。

　　工频整流滤波电路将380 V交流电整流为约550 V的直流电，如图2所示。

　　移相全桥功率变换电路是主通道的核心，完成从直流到交流再到直流的变换。如图3所示。通过改变桥臂IGBT控制信号的相位，来改变耦合到高频变压器的波形宽度，从而改变输出给被充电池的电流、电压值。