地铁牵引锂电池充电机的制作方法

1.本实用新型涉及充电机技术领域，具体提供一种地铁牵引锂电池充电机。


背景技术：

2.地铁车辆采用车载蓄电池进行应急牵引，当列车运行发生供电故障或者停在断电区等特殊应急情况下时，可通过激活司机室的蓄电池牵引功能按钮/开关，使牵引系统由车载蓄电池供电，让列车在无高压输入的情况下自行牵引，维持车辆进站或驶离断电区。通过短时间牵引，实现车辆段内列车位置的移动，从而可取消车辆段内滑触线的使用，既降低了库区设置滑触线的建设成本和运营单位调车转轨作业的工作量，又进一步保证了维护人员和司机的安全。
3.目前地铁上主流的蓄电池均是采用dc110v的碱性电池，但其功率密度低、体积大、重量重、需要定期维护。因而，随着近年来锂电池技术的快速发展，地铁上也开始尝试采用功率密度高、体积小、重量轻、且免维护的锂电池来储能，但地铁车上采用锂电池充电机方案的电压较高：输入为dc1500v、输出为dc460v，即需将dc1500v电源转变为dc460v后、供电给锂电池充电。
4.然而，目前市面上还没有可以满足上述要求的充电机系统，因此有必要研发上述充电机系统、以满足市场需要，同时，在研发上述充电机系统时，还必须要考虑到因锂电池过冲或短路而引起的锂电池自燃的安全保护问题。
5.有鉴于此，特提出本实用新型。


技术实现要素：

6.为了克服上述缺陷，本实用新型提供了一种地铁牵引锂电池充电机，其电路结构简约、合理，对输出电压的控制精度高，可实现精确的恒流、恒压充电，并具备好的短路保护功能。
7.本实用新型为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种地铁牵引锂电池充电机，包括第一电磁干扰滤波器emi1、降压斩波电路和全桥llc谐振电路，所述第一电磁干扰滤波器emi1的输入端连接于直流牵引电网，所述降压斩波电路具有两个第一igbt管q1、一第一电感l1和一第一滤波电容c3，两个所述第一igbt管q1相连接、以构成一igbt半桥模块，且该igbt半桥模块的输入端连接于所述第一电磁干扰滤波器emi1的输出端上，所述第一电感l1和所述第一滤波电容c3串接后、再一起并联于该igbt半桥模块的输出端上，所述降压斩波电路用于将滤波后的直流牵引电网的电压降压成中间电压；所述全桥llc谐振电路的输入端连接于所述降压斩波电路的输出端，以对该中间电压进行降压、整流、滤波后供电给锂电池。
8.作为本实用新型的进一步改进，两个所述第一igbt管q1的栅极均分别连接于第一igbt驱动板，且第一个所述第一igbt管q1的发射极与第二个所述第一igbt管q1的集电极相连接，第一个所述第一igbt管q1的集电极和第二个所述第一igbt管q1的发射极均分别连接
于所述第一电磁干扰滤波器emi1的输出端上；
9.所述第一电感l1和所述第一滤波电容c3串接后，再一起并联于第一个所述第一igbt管q1的集电极与第二个所述第一igbt管q1的发射极之间；
10.在所述第一滤波电容c3的两端之间还并联连接有一第一放电电阻r3。
11.作为本实用新型的进一步改进，在该igbt半桥模块的输入端与所述第一电磁干扰滤波器emi1的输出端之间还设有一预充电电路。
12.作为本实用新型的进一步改进，所述第一电磁干扰滤波器emi1的输出端具有正极输出端和负极输出端；
13.所述预充电电路具有第一接触器k1、第二接触器k2、限流电阻r1、支撑电容c1和第二放电电阻r2，其中，所述第一接触器k1、所述限流电阻r1和所述支撑电容c1依次串联连接，且所述第一接触器k1的输入触点连接于所述第一电磁干扰滤波器emi1的正极输出端，所述支撑电容c1背向所述限流电阻r1的一端连接于所述第一电磁干扰滤波器emi1的负极输出端，所述第二接触器k2并联连接于所述第一接触器k1的输入触点和所述限流电阻r1背向所述第一接触器k1的一端之间，所述第二放电电阻r2并联连接于所述支撑电容c1的两端之间；
14.第一个所述第一igbt管q1的集电极与所述第二接触器k2的输出触点相连接，第二个所述第一igbt管q1的发射极与所述支撑电容c1背向所述限流电阻r1的一端相连接。
15.作为本实用新型的进一步改进，所述全桥llc谐振电路具有四个第二igbt管q2、一第二电感l2、一谐振电容c5、一变压器t1、四个整流二极管d1和一第二滤波电容c7，其中，四个所述第二igbt管q2两两串联后再并联在一起、共同组成一igbt全桥逆变模块，且该igbt全桥逆变模块的输入端还连接于所述第一滤波电容c3的两端之间；所述第二电感l2和所述谐振电容c5均连接于所述变压器t1的一次侧上，即所述第二电感l2、所述谐振电容c5和所述变压器t1的一次侧共同构成一llc谐振模块，且所述第二电感l2的一端和所述谐振电容c5的一端还分别与该igbt全桥逆变模块的输出端相连接；四个所述整流二极管d1两两串联后再并联在一起、共同组成一全桥整流模块，且该全桥整流模块的输入端还连接于所述变压器t1的二次侧上；所述第二滤波电容c7并联连接于该全桥整流模块的输出端上，并在所述第二滤波电容c7的两端上分别引出一根供与锂电池相连接的第一电源线。
16.作为本实用新型的进一步改进，四个所述第二igbt管q2的栅极均分别连接于第二igbt驱动板。
17.作为本实用新型的进一步改进，在所述变压器t1的二次侧上还串接有隔直电容c6；
18.在所述第二滤波电容c7的两端上还并联连接有一第三放电电阻r4；
19.在两根所述第一电源线之间还连接有第二电磁干扰滤波器emi2。
20.作为本实用新型的进一步改进，所述直流牵引电网的供电电压为dc900v～dc1900v；所述中间电压的电压值为dc700v；所述全桥llc谐振电路输出的电压值为dc460v。
21.本实用新型的有益效果是：
①
本实用新型通过采用两级降压调压电路结合，即：所述降压斩波电路实现第一级降压调压工作，所述全桥llc谐振电路实现第二级降压调压工作；可很好的实现正向dc900v～dc1900v电源输入转变为dc460v电源输出、以供电给锂电池进行充电，很好地满足了地铁工程车的工作需求。
②
本实用新型所述地铁牵引锂电池充电
机的电路结构简约、合理，对输出电压的控制精度高，不仅可实现精确的恒流、恒压充电，还具备很好的短路保护功能，使短路故障不具破坏性，另外还降低了电路的输出纹波，提高了锂电池充电机工作时的可靠性。
附图说明
22.图1为本实用新型所述地铁牵引锂电池充电机的电路结构示意图；
23.图2为图1所示降压斩波电路、预充电电路和第一电磁干扰滤波器连接在一起时的放大结构示意图；
24.图3为图1所示全桥llc谐振电路的放大结构示意图。
25.结合附图，作以下说明：
26.1—降压斩波电路；2—全桥llc谐振电路；3—预充电电路。
具体实施方式
27.以下借由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技艺的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
28.须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技艺的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。于本说明书中所述的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”等仅为便于叙述明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
29.实施例：
30.请参阅附图1所示，其为本实用新型所述地铁牵引锂电池充电机的电路结构示意图。本实用新型所述的地铁牵引锂电池充电机包括第一电磁干扰滤波器emi1、降压斩波电路1和全桥llc谐振电路2，所述第一电磁干扰滤波器emi1的输入端连接于直流牵引电网，所述降压斩波电路1具有两个第一igbt管q1、一第一电感l1和一第一滤波电容c3，两个所述第一igbt管q1相连接、以构成一igbt半桥模块，且该igbt半桥模块的输入端连接于所述第一电磁干扰滤波器emi1的输出端上，所述第一电感l1和所述第一滤波电容c3串接后、再一起并联于该igbt半桥模块的输出端上，所述降压斩波电路1用于将滤波后的直流牵引电网的电压降压成中间电压；所述全桥llc谐振电路2的输入端连接于所述降压斩波电路1的输出端，以对该中间电压进行降压、整流、滤波后供电给锂电池。
31.在本实施例中，优选的，所述第一电磁干扰滤波器emi1采用常规电子器件，其能有效抑制电网侧的过电压，保护后级电路在安全电压范围内工作，使得产品能适应恶劣的电网条件；且见附图1和2所示，所述第一电磁干扰滤波器emi1的输入端通过带接口xt1的第二电源线连接于直流牵引电网，并在所述第二电源线上还连接有熔断器fu。
32.优选的，见附图1和2所示，两个所述第一igbt管q1的栅极均分别连接于第一igbt驱动板（igbt管由igbt驱动板控制工作，属于常规技术手段），且第一个所述第一igbt管q1的发射极（或称为输出端）与第二个所述第一igbt管q1的集电极（或称为输入端）相连接，第
一个所述第一igbt管q1的集电极（或称为输入端）和第二个所述第一igbt管q1的发射极（或称为输出端）均分别连接于所述第一电磁干扰滤波器emi1的输出端上；所述第一电感l1和所述第一滤波电容c3串接后，再一起并联于第一个所述第一igbt管q1的集电极与第二个所述第一igbt管q1的发射极之间；
33.在所述第一滤波电容c3的两端之间还并联连接有一第一放电电阻r3。
34.在本实施例中，优选的，见附图1和2所示，在该igbt半桥模块的输入端与所述第一电磁干扰滤波器emi1的输出端之间还设有一预充电电路3。
35.进一步优选的，所述第一电磁干扰滤波器emi1的输出端具有正极输出端和负极输出端；
36.所述预充电电路3具有第一接触器k1、第二接触器k2、限流电阻r1、支撑电容c1和第二放电电阻r2，其中，所述第一接触器k1、所述限流电阻r1和所述支撑电容c1依次串联连接，且所述第一接触器k1的输入触点连接于所述第一电磁干扰滤波器emi1的正极输出端，所述支撑电容c1背向所述限流电阻r1的一端连接于所述第一电磁干扰滤波器emi1的负极输出端，所述第二接触器k2并联连接于所述第一接触器k1的输入触点和所述限流电阻r1背向所述第一接触器k1的一端之间，所述第二放电电阻r2并联连接于所述支撑电容c1的两端之间；
37.第一个所述第一igbt管q1的集电极与所述第二接触器k2的输出触点相连接，第二个所述第一igbt管q1的发射极与所述支撑电容c1背向所述限流电阻r1的一端相连接。
38.在本实施例中，优选的，见附图1和3所示，所述全桥llc谐振电路2具有四个第二igbt管q2、一第二电感l2、一谐振电容c5、一变压器t1、四个整流二极管d1和一第二滤波电容c7，其中，四个所述第二igbt管q2两两串联后再并联在一起、共同组成一igbt全桥逆变模块，且该igbt全桥逆变模块的输入端还连接于所述第一滤波电容c3的两端之间；所述第二电感l2和所述谐振电容c5均连接于所述变压器t1的一次侧上，具体的，所述第二电感l2和所述谐振电容c5分别连接于所述变压器t1一次侧的两根线上，即所述第二电感l2、所述谐振电容c5和所述变压器t1的一次侧共同构成一llc谐振模块，且所述第二电感l2的一端和所述谐振电容c5的一端还分别与该igbt全桥逆变模块的输出端相连接；四个所述整流二极管d1两两串联后再并联在一起、共同组成一全桥整流模块，且该全桥整流模块的输入端还连接于所述变压器t1的二次侧上；所述第二滤波电容c7并联连接于该全桥整流模块的输出端上，并在所述第二滤波电容c7的两端上分别引出一根供与锂电池相连接的第一电源线，两根所述第一电源线的极性相反，且两根所述第一电源线上均带有接口xt2。
39.进一步优选的，四个所述第二igbt管q2的栅极均分别连接于第二igbt驱动板，且所述第二igbt驱动板与所述第一igbt驱动板相互独立。
40.进一步优选的，在所述变压器t1的二次侧上还串接有隔直电容c6，具体为：在所述变压器t1二次侧的两根线上均分别串接有一隔直电容c6；所述隔直电容c6与所述谐振电容c5组合，可有效控制短路电流，即使电路出现短路情况，也不会超过整个主回路的电流承载能力，进而使短路故障不具破坏性；同时，所述隔直电容c6与所述谐振电容c5组合还会降低电路的输出纹波，提高了锂电池充电机的可靠性；
41.在所述第二滤波电容c7的两端上还并联连接有一第三放电电阻r4；在两根所述第一电源线之间还连接有第二电磁干扰滤波器emi2，所述第二电磁干扰滤波器emi2亦采用常
规电子器件，所述第二电磁干扰滤波器emi2能有效抑制该锂电池充电机输出端的过电压，保护锂电池在安全电压范围内充放电。
42.在本实施例中，优选的，所述直流牵引电网的供电电压为dc900v～dc1900v；所述中间电压的电压值为dc700v；所述全桥llc谐振电路2输出的电压值为dc460v。
43.在本实施例中，优选的，见附图1至附图3所示，在所述第一电磁干扰滤波器emi1的输出端与所述预充电电路3的输入端之间还连接有一用于测量电压值的第一电压互感器tv1；在所述降压斩波电路1的输入端与所述预充电电路3的输出端之间还连接有一用于测量电流值的第一电流互感器ta1和一第二电压互感器tv2；在所述降压斩波电路1的输出端与所述全桥llc谐振电路2的输入端之间还连接有第二电流互感器ta2和第三电压互感器tv3；在两根所述第一电源线上还连接有第三电流互感器ta3、第四电压互感器tv4和第五电压互感器tv5。
44.综上所述，本实用新型通过采用两级降压调压电路结合，即：所述降压斩波电路实现第一级降压调压工作，所述全桥llc谐振电路实现第二级降压调压工作；可很好的实现正向dc900v～dc1900v电源输入转变为dc460v电源输出，以供电给锂电池进行充电，很好地满足了地铁工程车的工作需求。此外，本实用新型所述地铁牵引锂电池充电机的电路结构简约、合理，对输出电压的控制精度高，不仅可实现精确的恒流、恒压充电，还具备很好的短路保护功能，使短路故障不具破坏性，并且还降低了电路的输出纹波，提高了锂电池充电机工作时的可靠性。
45.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，但并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为在本实用新型的保护范围内。