CN103107583A - 一种电动汽车充电站主电路拓扑结构 - Google Patents

一种电动汽车充电站主电路拓扑结构 Download PDF

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薛金会
荣海
李涛永
闫华光
王鹤
范滢
蒋利民
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Abstract

本发明提供一种电动汽车充电站主电路拓扑结构,所述结构包括三相变压器、PWM整流器、电动汽车充电机和电动汽车蓄电池;交流电源经三相变压器和PWM整流器分别进行降压和整流后,为所述电动汽车充电机提供直流电源,所述电动汽车充电机为电动汽车蓄电池提供电能。本发明可以有效提高电动汽车充电机的充电能效水平,实现功率因数的校正,解决功率因数和电流波形质量等问题,减小直流充电系统对电网的谐波污染,可以有效的降低充电站的电能损耗,提高整体能效。

Description

一种电动汽车充电站主电路拓扑结构
技术领域
[0001 ] 本发明属于现代交通技术领域,具体涉及一种电动汽车充电站主电路拓扑结构。背景技术
[0002] 以电动汽车为主的新能源汽车发展已经列入“十二五”规划,成为我国节能减排、推动产业升级的重大工程。各行业都积极开展电动汽车及交流充电桩、直流充换电站等基础设施的试点建设工作。出租车、环卫车、公交车等公共服务领域的电动汽车试点建设项目开展迅速,预计到2015年左右,会在20个以上示范城市和周边区域建成由40万个充电桩、2000个充换电站构成的网络化供电体系,来满足电动汽车大规模商业化示范能源供给需求。
[0003] 充电站为电动汽车运行提供能量补给,是电动汽车的重要基础支撑系统,也是电动汽车商业化、产业化过程中的重要环节,对电动汽车的产业发展具有重大影响。而现在充电站的供电方式主要是独立交流充电方式,采用三相交流作为输入电源,每个充电机接入交流母线。每个充电机具有完整的功率变换电路,包括二极管整流桥、LC滤波环节、DC/DC变换器等部分,输入端用二极管整流。由于每个充电机都具有交直流变换装置,造成系统整体效率较低,由于对输出电压没有控制,输出电压随负载波动变化较大,使得下一级电路的设计必须留出一定的裕量,造成对器件使用效率的限制,且输入端电流谐波含量十分丰富,网侧功率因数低,对电网的污染大。如果在大型充电站中,多台充电机同时工作时,产生的谐波和无功功率问题,会对电网及其他用电设备产生巨大的影响。
发明内容
[0004] 为了克服上述现有技术的不足,本发明提供一种电动汽车充电站主电路拓扑结构,可以有效提高电动汽车充电机的充电能效水平,实现功率因数的校正,解决功率因数和电流波形质量等问题,减小直流充电系统对电网的谐波污染,可以有效的降低充电站的电能损耗,提闻整体能效。
[0005] 为了实现上述发明目的,本发明采取如下技术方案:
[0006] 提供一种电动汽车充电站主电路拓扑结构,包括三相变压器、PWM整流器、电动汽车充电机和电动汽车蓄电池;交流电源经三相变压器和PWM整流器分别进行降压和整流后,为所述电动汽车充电机提供直流电源,所述电动汽车充电机为电动汽车蓄电池提供电倉泛。
[0007] 所述三相变压器为降压变压器,其将电网侧IOkV电压降低到0.4kV电压经PWM整流器提供给电动汽车充电机。
[0008] 所述PWM整流器为三相桥式PWM整流器;所述三相桥式PWM整流器采用直接电流控制,通过运算求出交流输入电流指令值,弓I入交流电流反馈,通过对交流电流的直接控制而使其跟踪指令电流值,使其输入电流接近正弦波,且和输入电压同相位,功率因数近似为
1[0009] 所述三相桥式PWM整流器采用直流母线供电方式为电动汽车充电机提供直流电源。
[0010] 所述电动汽车充电机包括非隔离DC/DC变换器;所述非隔离DC/DC变换器为降压型非隔离DC/DC变换器。
[0011] 所述非隔离DC/DC变换器的主电路包括IGBT、续流二极管、滤波电感和电容,所述IGBT和续流二极管反并联,所述IGBT导通时负载电流呈指数曲线上升,IGBT关断时负载电流经续流二极管续流,负载电流呈指数曲线下降。
[0012] 与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
[0013] 1、本发明整合利用直流母线供电方式、PWM整流技术、电动汽车充电机只包含非隔离DC-DC变换器,有效降低电动汽车充电机的能耗,提高了整体能效,解决了以往每个电动汽车充电机都具有交直流变换装置,系统整体效率较低,谐波量较大,元器件使用效率低等问题;
[0014] 2、本发明应用三相桥式PWM整流器,由电流内环、电压外环构成的双闭环控制系统,采用SPWM算法对输入电流、输出电压进行控制,实现电网侧电流正弦化、单位功率因数和直流母线电压稳定;
[0015] 3、本发明所提出的电动汽车充电机只应用非隔离型DC/DC变换器,与传统的电动汽车充电机所采用的隔离DC-DC变换器相比可以根据蓄电池需要提供多个档级的电压,又不会使供电电流过大,效率更高,体积更小,电路更简单。
附图说明
[0016] 图1是本发明实施例中电动汽车充电站主电路拓扑结构示意图;
[0017] 图2是本发明实施例中PWM整流器控制策略示意图;
[0018] 图3是本发明实施例中非隔离DC/DC变换器的主电路拓扑结构图。
[0019] 图4是本发明实施例中电动汽车充电机控制策略示意图。
具体实施方式
[0020] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0021] 如图1,提供一种电动汽车充电站主电路拓扑结构,包括三相变压器、PWM整流器、电动汽车充电机和电动汽车蓄电池;交流电源经三相变压器和PWM整流器分别进行降压和整流后,为所述电动汽车充电机提供直流电源,所述电动汽车充电机为电动汽车蓄电池提供电能。
[0022] 所述三相变压器为降压变压器,其将电网侧IOkV电压降低到0.4kV电压经PWM整流器提供给电动汽车充电机,提供整个充电站所需功率,整流降压变压器使电网系统与充电站系统隔尚。
[0023] 所述PWM整流器为三相桥式PWM整流器;所述三相桥式PWM整流器采用直接电流控制,通过运算求出交流输入电流指令值,弓I入交流电流反馈,通过对交流电流的直接控制而使其跟踪指令电流值,使其输入电流接近正弦波,且和输入电压同相位,功率因数近似为
1
[0024] PWM整流器现今已广泛应用在交、直流输电系统中,具有功率因数高、接近单位功率因数、谐波含量小、系统不需外加谐波和无功补偿装置等优点,可以有效减小对电网的污染。PWM整流器控制原理图如图2所示,按照正弦信号波和三角波相比较的方法对图2中的T11, T12, T21, T22, T31, T32进行SPWM控制,就可以在桥的交流输入端得到SPWM电压,所得电压中含有和正弦信号波同频率且幅值成比例的基波分量,以及和三角形载波有关的频率很高的谐波,而不含有低次谐波。由于电感的滤波作用,高次谐波电压只会使交流电流产生很小的脉动,可以忽略。这样,当正弦信号波的频率和电源频率相同时,各相电流也为与电源频率相同的正弦波,在交流电压一定的情况下,各相电流的幅值和相位仅有电压中基波分量的幅值及其与相电压的相位差来决定,这样就可获得所需要的电压与电流的相位差,使输入电流波形接近正弦并与输入电网同相位,从而获得单位功率因数;应用SPWM等开关逻辑控制方法使PWM整流电路的输出电压随给定指令变化,输出稳定的直流输出电压。
[0025] 所述三相桥式PWM整流器采用直流母线供电方式为电动汽车充电机提供直流电源,避免了无功功率的存在造成的送电容量的限制,无需大量的交直流变换装置,效率更闻。
[0026] 所述电动汽车充电机包括非隔离DC/DC变换器,不含有高频隔离变压器,效率更高。避免了隔离型DC/DC变换器中变压器部分对电动汽车充电机转换效率的影响;所述非隔离DC/DC变换器为降压型非隔离DC/DC变换器。
[0027] 如图3,所述非隔离DC/DC变换器的主电路包括IGBT、续流二极管、滤波电感和电容,所述IGBT和续流二极管反并联,所述IGBT导通时负载电流呈指数曲线上升,IGBT关断时负载电流经续流二极管续流,负载电流呈指数曲线下降。非隔离DC/DC变换器具有电路简单、体积小等特点,输出纹波更小,在相同电感峰值电流的情况下其带负载能力更强,因此效率也更高,非隔离DC/DC变换器效率最高可达97%。该类型电动汽车充电机控制策略如附图4所示。
[0028] 所述电动汽车蓄电池为锂离子蓄电池。
[0029] 本发明提供的该电动汽车充电站主电路拓扑结构采用大功率PWM整流器对输入的三相交流电进行整流,经滤波后,形成稳定的直流输出电压,提供给只包含非隔离DC/DC变换器的充电机对电动汽车车载电池进行充电。
[0030] 最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种电动汽车充电站主电路拓扑结构,其特征在于:包括三相变压器、PWM整流器、电动汽车充电机和电动汽车蓄电池;交流电源经三相变压器和PWM整流器分别进行降压和整流后,为所述电动汽车充电机提供直流电源,所述电动汽车充电机为电动汽车蓄电池提供电能。
2.根据权利要求1所述的电动汽车充电站主电路拓扑结构,其特征在于:所述三相变压器为降压变压器,其将电网侧IOkV电压降低到0.4kV电压经PWM整流器提供给电动汽车充电机。
3.根据权利要求1所述的电动汽车充电站主电路拓扑结构,其特征在于:所述PWM整流器为三相桥式PWM整流器;所述三相桥式PWM整流器采用直接电流控制,通过运算求出交流输入电流指令值,弓I入交流电流反馈,通过对交流电流的直接控制而使其跟踪指令电流值,使其输入电流接近正弦波,且和输入电压同相位,功率因数近似为I。
4.根据权利要求3所述的电动汽车充电站主电路拓扑结构,其特征在于:所述三相桥式PWM整流器采用直流母线供电方式为电动汽车充电机提供直流电源。
5.根据权利要求1所述的电动汽车充电站主电路拓扑结构,其特征在于:所述电动汽车充电机包括非隔离DC/DC变换器;所述非隔离DC/DC变换器为降压型非隔离DC/DC变换器。
6.根据权利要求5所述的电动汽车充电站主电路拓扑结构,其特征在于:所述非隔离DC/DC变换器的主电路包括IGBT、续流二极管、滤波电感和电容,所述IGBT和续流二极管反并联,所述IGBT导通时负载电流呈指数曲线上升,IGBT关断时负载电流经续流二极管续流,负载电流呈指数曲线下降。
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