多路蓄电池充电间充电机充电系统设计方案

充电间充电机主要是为各种蓄电池厂家及装甲车，观光车进行集中充电的蓄电池充电机设备，采用5套大功率充电柜、水箱及外置充电线组成。整套系统采用水冷散热方式，充电主机安装在指定机房内，单独的每个充电柜采用60KW的充电机并联组成，5套充电柜最终用铜排并联到直流母排上。其中1-4号充电柜采用8个单机功率60KW充电模块并联，5号充电柜包括水箱、水泵、2套60KW充电模块以及监控系统组成。整套控制采用分层式CAN总线控制，整个充电柜参数设置灵活，既可以对单个电池充电也可以对不同电池组进行关联充电。还可以根据需要将电池组数据上传到上位机监控以及信息记录，方便记录以及打印整个充电数据。每路充电机采用手动人为选择启动、停止、急停以及参数设定（或通过CAN总线与BMS进行通信）。充电机通过检测电池状态自动调整充电机的工作，并且将实时数据上传给充电机。

充电模块采用脉宽调制（PWM）技术，核心元器件采用军品级IC，以英飞凌第四代IGBT功率模块作为开关元器件，由滤波模块、整流模块、逆变模块、功率变换模块以及控制单元组成整个完善的系统体系。整机具有体积小、重量轻、高效节能、可靠性高等突出特点。

源条件：

（1）       交流输入电压：380V±15％；

（2）   交流电源频率：50Hz±1Hz；

（3）   配电总功率：2300KW。

5.6   规格参数：

(1)     直流额定电压： 0-660V（手动设定或程控）；

(2)     直流额定电流：0-3000A（手动设定或程控）；

(3)     单机模块功率：不小于60KW；

(4)         稳压精度：≤0.5％；

(5)         稳流精度：≤0.5％；

(6)         输出纹波系数：≤1%；

(7)         工作效率： 92%；

(8)         工作温度：-20℃～+50℃；

(9)         工作湿度：≤90% 防结露；

(10)                  总谐波电流（THDi）: ≤5%（额定输入电压， 100% 负载）；

(11)      通  信 接 口    两路CAN-bus，预留GPRS、以太网接口，可扩展；

(12)      显示方式：电池电压、电流、温度、时间、状态、容量、报警（充电柜5有操作监    控触摸屏）；

(13)      工作方式：手动或BMS智能控制；

(14)      充电模块：具有多种充电模式可选；

(15)      能提供多种充电方式（如按照能量、容量、时间等方式充电）；

(16)      脱机工作功能：上位机出现问题、通信中断或者接其他负载后，设备能继续进行测试；

(17)      具备管理员操作或身份识别，可以识别用户身份，提供相关的用户权限及操作功能；

(18)      负载选择：阻性、容性及其他任何形式负载；

(19)      硬件双闭环功能：恒流转恒压平滑过渡，无电流尖峰，无电流断点；

(20)      工作时间：连续运行；

(21)      保护功能：短路、防反接、过流、过压、欠压；

(22)      冷却方式：水冷；

(23)      安装方式：移动式（机柜底部安装脚轮方便移动）；

(24)      防护等级：连接器处IP65；整机IP33；

(25)      报警方式：声光报警；

(26)      充电模块外形尺寸：≤480×800×300mm（长X宽X高）；

(27)      充电柜外形尺寸：≤700×1000×2200mm（长X宽X高）；

(28)      特殊要求：在充电柜总的输出直流母排正端串联大电流高压电磁继电器一套；

(29)      其他指标：符合相关行业标准并且满足各种蓄电池充电方法，满足车载设备防护标准；

5.7结构形式：

（1）              分体式并机模式：充电柜由若干个充电模块并联组成，交直流变换和直流输出控制两部分结构分立，它们之间通过电缆连接组成一套完整的充电机。充电机整流部分应为模块化设计，当部分模块出现故障时，应不影响其他模块和整台设备的正常使用。

（2）              充电机应具备通过加装新的整流模块，实现充电机增容改造，且改造方案不应存在技术壁垒。

5.8  功能要求：

5.8.1              充电设定方式

a)        自动设定方式：在充电过程中，充电机依据蓄电池本身特性动态调整充电参数、执行相应动作，完成充电过程。

b)        手动设定方式：由操作人员设置充电电压、充电电流、充电时间、充电容量等参数，充电机根据设定的参数执行相应操作，自动完成充电过程。

c)        充电机应具备充电模块自动投切功能。当检测到某一充电模块发生故障，能够自动切除该模块，不影响充电机其他功率模块的正常输出

5.8.2              人机交互功能

a)        充电机应显示的信息：电源、充电、故障状态指示；充电电压、充电电流、已充电量、故障及报警信息；在手动设定过程中的交互信息；充电结束之后，显示本次消费电量、以及已充容量等信息。

b)        充电机可显示的信息：充电时间、设定参数、温度、电压、电流、容量等。

c)        信息显示字符清晰、完整，应不依靠环境光源即可辨认。

5.8.3              计量功能

充电机应具有对电能量进行计量的功能。电能计量装置应符合国家电网公司相关要求。

5.8.4              刷卡开机功能

充电机应具备IC卡读卡装置，读卡器支持M1卡片读取，能够与 内置电能计量装置进行通信，配合IC卡实现充电控制及充电计费。

5.8.5              通信功能

充电柜与充电柜，充电模块与充电模块之间采用稳定性极高的CAN总线控制。

5.8.6              保护功能

a)        充电机应具备电源输入侧的过压、欠压保护。当出现交流输入过压、欠压时，充电机应能自动切断直流输出并发出告警提示。

b)        充电机应具备输出过压保护。在电流指令值发生急剧变化或突然失去负荷时，输出电压也不得超过当前输出的10%。

c)        充电机应具备防止电池电流倒灌功能。

d)        充电机在启动充电时应需人工确认启动。

e)        充电机应具备急停功能，能通过手动开关或上级监控通信指令紧急停止充电。

f)         充电机在充电过程中，应保证蓄电池的充电电压、充电电流不超过允许值。

g)        充电机在充电过程中，当出现蓄电池的温度、电压超过允许限值时，充电机应停止充电。

h)        充电机应具备过温保护功能。当出现交直流变换功率单元过温时，充电机应能自动切断直流输出并发出告警信号。

i)         充电机应具备直流输出侧的过压、短路保护。当出现直流输出过压时，充电机应能自动切断直流输出并发出告警信号；当出现直流输出短路时，充电机应能自动进入限流输出状态。

j)         充电机应具备直流输出侧的绝缘监察及绝缘降低报警功能。

k)        充电机在停止充电时，应保证直流输出回路处于断开状态。

5.8.7          自动负荷分配

具备多个直流输出接口的同时，如多辆车的充电功率合计需求大于充电机可以提供的最大功率，可根据充电的次序、上级互动平台对用户级别的认证等策略，进行自动负荷分配。

5.8.8          定时充电

支持设定时间后定时充电。

5.8.9          有序充电

支持接受上级互动平台远程控制，进行有序充电。

5.9        性能要求

5.9.1              环境防护要求

a)   IP防护等级：充电机外壳防护等级不应低于GB 4208-2008中IP32（室内）的规定。

b)   三防(防潮湿，防霉变，防盐雾)保护：充电机内印刷线路板、接插件等电路应具有防潮湿、防霉变、防盐雾处理，保证充电机在潮湿、盐雾环境下正常运行。

c)   防锈(防氧化)保护：充电机铁质外壳和暴露的铁质支架、零件应采用双层防锈措施，非铁质的金属外壳也应具有防氧化保护膜或防氧化处理。

5.9.2              电击防护要求

充电机的电击防护要求应符合GB/T 18487.1-2001中第9章的要求。

5.9.3              电气间隙和爬电距离

充电机的电气间隙和爬电距离应符合表1的规定。

表1  电气间隙和爬电距离

额定绝缘电压Ui （V）	电气间隙 （mm）	爬电距离 （mm）
Ui≤60	3	3
60＜Ui≤300	5	6
300＜Ui≤700	8	10
注1：当主电路与控制电路或辅助电路的额定绝缘电压不一致时，其电气间隙和爬电距离可分别按其额定值选取。 注2：具有不同额定值主电路或控制电路导电部分之间的电气间隙与爬电距离，应按最高额定绝缘电压选取。

5.9.4              绝缘性能要求

a)   绝缘电阻：用开路电压为表3规定电压的测试仪器测量，充电机非电气连接的各带电回路之间、各独立带电回路与地（金属外壳）之间绝缘电阻应大于等于10MΩ。

b)   工频耐压：充电机非电气连接的各带电回路之间、各独立带电回路与地（金属外壳）之间，按其工作电压应能承受表3所规定历时1 min的工频耐压试验（也可采用直流电压，试验电压为交流电压有效值的1.4倍）。试验过程中应无绝缘击穿和闪络现象。

c)   冲击电压：充电机各带电回路、各带电电路对地（金属外壳）之间，按其工作电压应能承受表2所规定标准雷电波的短时冲击电压试验。试验过程中应无击穿放电。

表2  绝缘试验的试验等级

5.9.5              电压调节范围

充电机的直流稳压输出电压应在额定值的0～100%范围内可调。

5.9.6              电压误差

在恒压状态下，在规定的输出电压可调范围内，充电机输出直流电压误差不应超过±0.5%。

5.9.7              电流误差

在恒流状态下，输出直流电流设定在额定值的0～100%范围内，在设定的输出直流电流≥300A时，充电机输出直流电流误差不应超过±1%；在设定的输出直流电流<30A时，充电机输出直流电流误差不应超过±0.3A。

5.9.8              稳压精度

当交流电源电压在额定值的±15%范围内变化、输出直流电流在额定值的0～100%范围内变化时，输出直流电压在规定的可调范围内任一数值上，充电机输出电压稳压精度不应超过±0.5%。

5.9.9              稳流精度

a)   当交流电源电压在额定值的±15%范围内变化、输出直流电压在规定的可调范围内变化时，输出直流电流在额定值的0～100%范围内任一数值上，充电机输出电流稳流精度不应超过±1%。

b)   充电机输出电流跟踪蓄电池特性电流指令速度>20A/s。

5.9.10          纹波系数

当交流电源电压在额定值的±15%范围内变化、输出直流电流在额定值的0～100%范围内变化时，输出直流电压在规定的可调范围任一数值上，充电机输出纹波有效值系数不应超过±0.5%，纹波峰值系数不应超过±1%。

5.9.11          限压、限流特性

a)   充电机在恒流状态下运行时，当输出直流电压超过限压整定值时，应能立即进入恒压状态，自动限制其输出电压的增加。

b)   充电机在恒压状态下运行时，当输出直流电流超过限流整定值时，应能立即进入限流状态，自动限制其输出电流的增加。

5.9.12          启动性能

a)   软启动时间：在额定输入电压及输出100%额定负载条件下，充电机从开机启动至输出直流电压上升到额定整定值的过程时间范围为（3～8）s。

b)   输入冲击电流：在额定输入电压及输出100%额定负载条件下，充电机开机启动过程引起的输入冲击（浪涌）电流峰值不应大于额定输入电流的120%。

c)   输出过冲电压：在额定输入电压及输出空载、50%额定负载、100%额定负载条件下，充电机开机启动过程引起的输出过冲电压峰值不应大于稳态输出电压的110%。

5.9.13          待机功耗

在额定输入电压下，当充电机处于待机状态时，其整机功耗不应大于输出额定功率的0.15％。

5.9.14          效率

在额定输入电压下，当输出功率为额定功率的50%～100%时，充电机效率不应小于92％。

5.9.15          功率因数

在额定输入电压下，当输出功率为额定功率的50%～100%时，充电机功率因数不应小于0.92（B级设备）。

5.9.16          温升

正常试验条件下，交流输入为额定值，在额定负载下长期连续运行，充电机内部各发热元器件及各部位的温升不应超过表3中的规定。

表3  充电机各部件极限温升

5.9.17          高低温和湿热性能

a)   低温性能：按GB/T 2423.1-2008中试验Ad规定的方法进行试验，试验温度为规定的下限值，待达到试验温度后启动充电机，充电机应能正常工作。试验温度持续2小时后，测试充电机的稳压精度应符合的规定，纹波系数应符合的规定。

b)   高温性能：按GB/T 2423.2-2008中试验Bd规定的方法进行试验，试验温度为规定的上限值，待达到试验温度后启动充电机，充电机应能正常工作。试验温度持续2小时后，测试充电机的稳压精度应符合的规定，纹波系数应符合的规定。

c)   湿热性能：按GB/T 2423.4-2008中试验Db规定的方法进行试验，试验温度为（40±2）℃，循环次数为2次，在试验结束前2h进行绝缘电阻和介电强度检测，其中绝缘电阻不应小于1MΩ，介电强度按表3规定值的75％施加测量电压。试验结束后，恢复至正常大气条件，通电后检查充电机各项功能应正常。

5.9.18          机械强度

按GB/T 2423.55-2006规定的方法进行试验，剧烈冲击能量为20J（5kg，在0.4m）。试验结束后，充电机的IP等级不受影响，绝缘性能不应降低，门的操作和锁止点不应损坏。

5.9.19          电磁兼容

2.3.21.1 抗扰度要求

a)   振荡波抗扰度：充电机应能承受GB/T 17626.12-1998中第5章规定的试验等级为3级的1MHz和100kHz振荡波抗扰度试验。

b)   静电放电抗扰度：充电机应能承受GB/T 17626.2-2006中第5章规定的试验等级为3级的静电放电抗扰度试验。

c)   射频电磁场辐射抗扰度：充电机应能承受GB/T 17626.3-2006中第5章规定的试验等级为3级的射频电磁场辐射抗扰度试验。

d)   电快速瞬变脉冲群抗扰度 ：充电机应能承受GB/T 17626.4-2008中第5章规定的试验等级为3级的电快速瞬变脉冲群抗扰度试验。

e)   浪涌（冲击）抗扰度：充电机应能承受GB/T 17626.5-2008中第5章规定的试验等级为3级的浪涌（冲击）抗扰度试验。

f)   射频场感应的传导骚扰抗扰度：充电机应能承受GB/T 17626.6-2008中第5章规定的试验等级为3级射频场感应的传导骚扰抗扰度试验。

g)   工频磁场抗扰度：充电机应能承受GB/T 17626.8-2006中第5章规定的试验等级为4级的工频磁场抗扰度试验。

h)   阻尼振荡磁场抗扰度：充电机应能承受GB/T 17626.10-1998中第5章规定的试验等级为4级的阻尼振荡磁场抗扰度试验。

2.3.21.2 电磁发射限制要求

a)   传导和辐射发射限值要求：充电机的电源端口应符合表5规定的传导发射限值，外壳端口应符合表4规定的辐射发射限值。

表4  传导发射限值

频率范围/MHz	发射限值/dB(μV)
	准峰值	平均值
0.15～0.5（不含0.5）	79	66
0.5～30	73	60

表6  辐射发射限值

频率范围/MHz	在10 m测量距离处辐射发射限值/dB(μV/m)
	准峰值
30～230	40
230～1000（不含230）	47

b)   谐波电流限值要求：A级设备谐波电流限值应小于5%，B级设备谐波电流限值应小于30%。