CN105119334A - 一种宽电压输出范围的变压电路和直流充电桩 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种宽电压输出范围的变压电路和直流充电桩，所述变压电路包括多个DC/DC变换单元，用于将输入的直流电进行变压后输出；串并联切换单元，与各DC/DC变换单元的输出端电连接，用于将所述多个DC/DC变换单元的输出端在串联和并联的电连接方式中进行切换，以使所述变压电路的电压输出范围变大。所述直流充电桩包括宽电压输出范围的变压电路。本申请的直流充电桩的输出电压范围很大，可以兼容具有不同充电电压的各类电动车。
Description
技术领域
本申请涉及变电和配电领域，尤其涉及一种具有宽电压输出范围的变压电路和直流充电桩。
背景技术
根据对2012-2020年的节能与新能源汽车产业发展规划，到2015年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量将达到50万辆，到2020年，，纯电动汽车和插电式混合动力汽车的年生产能力将达到200万辆，而累计产销量将超过500万辆。与此同时，充电设施的建设力度要跟上新能源汽车产销规模，根据“十三一”规划，预计到2020年，集中式充换电站将增长到1.2万座，而分散式充电桩将增长到450万个。
目前不同类型的电动汽车，其充电电压范围不一致，比如，四人轿车的充电范围一般为150～400Vdc，而中巴和大巴的充电范围一般为400～700Vdc；另外，由于生产厂家有各自的充电标准，因此即使是同一类型的电动汽车，其充电电压也可能不一样。
目前市场上的充电桩，充电范围较窄，往往只能为部分种类的车辆进行充电，这就导致了即使充电桩的数量很多，但某一用户实际能用的充电桩很少，车与充电桩不匹配的问题非常严重。
发明内容
为解决上述车与充电桩不匹配的问题，本申请提供一种宽电压输出范围的变压电路和直流充电桩。
根据本申请的第一方面，本申请提供一种宽电压输出范围的变压电路，包括：
多个DC/DC变换单元，用于将输入的直流电进行变压后输出；
串并联切换单元，与各DC/DC变换单元的输出端电连接，用于将所述多个DC/DC变换单元的输出端在串联和并联的电连接方式中进行切换，以使所述变压电路的电压输出范围变大。
根据本申请的第二方面，本申请提供一种直流充电桩，包括级联的第一级变换器和第二级变换器，其中：
所述第一级变换器用于将输入的交流电变换为直流电；
所述第二级变换器包括上述的宽电压输出范围的变压电路。
本申请的有益效果是：
依上述实施的宽电压输出范围的变压电路和直流充电桩，当需要输出比较大的电压进行充电时，可以通过串并联切换单元将多个DC/DC变换单元的输出端串联连接，由于有较大的充电电压，因此可以保证输出的充电功率较大；当需要输出比较小的电压进行充电时，可以通过串并联切换单元将各DC/DC变换单元的输出端并联连接，由于有较大的充电电流，因此也可以保证输出的充电功率较大，这样就做到了在具有宽电压输出的同时，输出的功率也较大。
附图说明
图1为本申请一实施例的直流充电桩的第一种结构示意图；
图2为本申请一种实施例的功率因数校正电路的结构示意图；
图3为本申请一种实施例的宽电压输出范围的变压电路的一种结构示意图；
图4为本申请一种实施例的直流充电桩的第二种结构示意图；
图5为本申请一种实施例的直流充电桩的第三种结构示意图；
图6为本申请只包括一个DC/DC变换单元的直流充电桩的结构示意图；
图7为本申请只包括一个DC/DC变换单元的直流充电桩的输出电压-功率曲线图；
图8为本申请包括两个DC/DC变换单元的直流充电桩的结构示意图；
图9为本申请包括两个DC/DC变换单元的直流充电桩的输出电压-功率曲线图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。
本申请公开了一种直流充电桩，其输出的充电电压范围很大，可满足不同类型的车辆充电电压的要求，下面具体说明。
请参照图1，在一实施例中，直流充电桩包括两级变换器：第一级变换器1和第二级变换器2，第一级变换器1和第二级变换器2级联。
第一级变换器1用于将输入的交流电变换为直流电，这里交流电可以为三相220V或380V交流电。在一较优的实施例中，请参照图2，第一级变换器1包括功率因数校正电路10，功率因数校正电路10用于校正功率因数及进行整流。在一具体实施例中，功率因数校正电路10可以包括由6个IGBT或MOS管构成的全桥电路，各IGBT或MOS管的控制极由脉宽调制信号控制，图中功率因数校正电路10接入的三相交流电。
第二级变换器2用于将第一级变换器1输出的直流电的电压变换成适合电动汽车等充电的直流电压。为了使直流充电桩能兼容更多不同充电电压的车辆，本申请还公开了一种宽电压输出范围的变压电路，用以实现第二级变换器2。在一具体实施例中，第二级变换器2包括上述的宽电压输出范围的变压电路，下面对此变压电路作具体的说明。
请参照图3，在一实施例中，变压电路包括串并联切换单元30和多个DC/DC变换单元20。
各DC/DC变换单元20用于将输入的直流电进行变压后输出，例如，DC/DC变换单元20是将第一级变换器1输出的直流电进行变压后输出。在一具体实施例中，DC/DC变换单元20包括依次级联的DC/AC变换模块21、变压器22和AC/DC变换模块23；DC/AC变换模块21用于将输入的直流电变换为交流电，变压器22用于将DC/AC变换模块21输出的交流电进行变压隔离，AC/DC变换模块23用于将变压器22输出的经过变压的交流电变换为直流电，通过DC/AC变换模块21、变压器22和AC/DC变换模块23的配合，就可以实现DC/DC变换单元20的功能，即将输出的直流电进行变压出后输出，并且输出的直流电所含高次谐波成分大大减少，具有良好的电磁兼容性。在一较优的实施例中，为了使输出的直流电更纯净，DC/DC变换单元20还包括一滤波用的电容C，电容C并联于AC/DC变换模块23的输出端。需要说明的是，图3中各DC/DC变换单元20的输入端并联连接，这仅仅是用于示意，其实各DCDC/DC变换单元20的输入端也可以串联连接后再接到电源的两端。
串并联切换单元30与上述各DC/DC变换单元20的输出端电连接，用于将上述多个DC/DC变换单元20的输出端在串联和并联的电连接方式中进行切换，以使变压电路的电压输出范围变大。在一较优的实施例中，串并联切换单元30包括若干个第一开关模块S31和第二开关模块S32。当所有的第一开关模块S31闭合时，DC/DC变换单元20的输出端被切换为串联连接，具体地，第一开关模块S31的两端分别连接一DC/DC变换单元20输出端的正极端和另一DC/DC变换单元20输出端的负极端。当所有的第二开关模块S32闭合时，DC/DC变换单元20的输出端被切换为并联连接，具体地，第二开关模块S32的两端分别连接一DC/DC变换单元20输出端的正极端/负极端和另一DC/DC变换单元20输出端的正极端/负极端。需要说明的是，这里第一开关模块S31和第二开关模块S32的结构可以相同也可以不同，只要起到开关的作用即可。需要说明的是，第一开关模块S31和第二开关模块S32是不可以同时闭合。
请参照图4，在一较优的实施例中，本申请的直流充电桩还可以包括电压识别模块3和控制模块4；电压识别模块3当电动车与直流充电桩相连时识别电动车充电的额定电压；控制模块4与电压识别模块3、串并联切换单元30电连接，用于根据电压识别模块3获取的电动车充电的额定电压，控制串并联切换单元30的切换，以使直流充电桩输出的充电电压与待充电的电动车相匹配，在一具体实施例中，控制模块4控制第一开关模块S31和第二开关模块S32的断开与闭合。另外，电压识别模块3可以不是像图4一样接到直流充电桩的输出端来获取电动车充电的额定电压。例如，在一具体实施例中，电压识别模块3与控制模块4电连接，电压识别模块3与待充电电动车进行通讯连接，通过与待充电电动车通讯后获取其充电的额定电压，再将此额定电压发送给控制模块4。
请参照图5，在一较优的实施例中，直流充电桩还可以包括控制模块4和人机交互模块5，用户可以根据待充电的电动车上的关于充电电压的标定，在人机交互模块5上手动选择直流充电桩输出的充电电压，人机交互模块5将用户手动输入的关于充电电压的选择信息发送给控制模块4，控制模块4根据所述选择信息控制串并联切换单元30的切换，以使直流充电桩输出的充电电压与待充电的电动车相匹配，在一具体实施例中，控制模块4控制第一开关模块S31和第二开关模块S32的断开与闭合；人机交互模块5包括一触摸显示屏。
需要说明的是，上述电压识别模块3、控制模块4和人机交互模块5是设置在直流充电桩中，在另一些实施例中，电压识别模块3、控制模块4和人机交互模块5还可以设置和/或集成于宽电压输出范围的变压电路中。
下面再以一个实际的例子来说明在直流充电桩中应用本申请公开的宽电压输出范围的变压电路，需要说明的是，本申请的宽电压输出范围的变压电路不仅还可应用下面所举的直流充电桩中，还可以应用在其他需要宽电压输出范围的场景。
直流充电桩一般先将交流电(比如市电)变换成直流电，再将直流电的电压变换成适合电动汽车充电的直流电压。如图6所示，直流充电桩采用的一个DC/DC变换单元，其满载输出电压范围较窄，或在低电压输出时，其输出功率需要减载。例如，如图7所示，一个额定输出功率为8kW、额定电流为20A和最高输出电压为700V的直流充电桩，因为其额定电流为20A，因此当输出的充电电压小于400V时，其输出功率是按按照Pout＝V*20A的曲线来输出，因此其输出功率达不到8kW，其中Pout指输出功率，V指输出的充电电压。所以，这种直流充电桩只适合给充电电压为400～700V的电动车充电，不适合给充电电压为150～400V的电动车(如背景技术中所提到的四人轿车)充电。
在输出最大总功率不变的情况下，本申请引入多个DC/DC变换单元20来解决在上述问题。仍以上述额定输出功率为8kW、额定电流为20A和最高输出电压为700V的直流充电桩为例，其可以包括多个DC/DC变换单元20，在本例子中，DC/DC变换单元20的数量可以为2，各DC/DC变换单元20的最大输出电压可以为400V，即通过直流充电电桩输出的额定功率8kW除以DC/DC变换单元20并联时的额定电流40A；额定电流还是为上述直流充电电桩的额定电流20A，通过串并联切换单元30，对这2个DC/DC变换单元20的输出端进行串联和并联的切换，以提高直流充电桩的输出能力，使上述直流充电桩即使在输出的充电电压小于400V时，其输出功率也可以达到额定输出功率为8kW。
请参照图8，直流充电桩当需要直流电的电压变换成适合电动汽车充电的直流电压时，应用本申请的宽电压输出范围的变压电路，在一例子中，其包括2个DC/DC变换单元20，以及串并联切换单元30，图中V为直流电，需要进行电压变换，RL为负载(比如待充电车辆)。2个DC/DC变换单元20的输入端都并联于V的两端，输出端都与串并联切换单元30电连接。串并联切换单元30包括一个第一开关模块S31和2个第二开关模块S32。第一个DC/DC变换单元20输出端的正极端作为直流充电桩输出端的正极端，第二个DC/DC变换单元20输出端的负极端作为直流充电桩输出端的负极端，第一开关模块S31的两端分别连接第一个DC/DC变换单元20输出端的负极端和第二个DC/DC变换单元20输出端的正极端，一个第二开关模块S32的两端分别连接第一个DC/DC变换单元20输出端的正极端和第二个DC/DC变换单元20输出端的正极端，另一个第二开关模块S32的两端分别连接第一个DC/DC变换单元20输出端的负极端和第二个DC/DC变换单元20输出端的负极端。
请参照图9，当闭合所有第一开关模块S31，断开所有第二开关模块S32时，2个DC/DC变换单元20的输出端处于串联模式下，由于DC/DC变换单元20的最大输出电压为400V、额定电流为20A，因此串联时，直流充电桩的最大输出电压仍为700V，在输出的充电电压范围为400～700V时，输出的功率可为8kW。当闭合所有第二开关模块S32，断开所有第一开关模块S31时，2个DC/DC变换单元20的输出端处于并联模式下，直流充电桩的最大输出电压为400V，电流为20A+20A＝40A，因此并联时，在输出的充电电压范围为200～400V时，其输出的功率可为8kW。这样，直流充电桩在输出的充电电压范围为200～700V时，其输出的功率可为8kW。因此，本例子中的直流充电桩可兼容背景技术中所提到的充电范围一般为150～400Vdc的四人轿车，以及充电范围一般为400～700Vdc的中巴和大巴。
以上内容是结合具体的实施方式、例子对本申请所作的进一步详细说明，需要说明的是，本申请所公开的具体实施例以及所举的例子，是用来说明本申请所公开的宽电压输出范围的变压电路和直流充电桩，不能认定本申请只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。
Claims (9)
1.一种宽电压输出范围的变压电路，其特征在于，包括：
多个DC/DC变换单元(20)，用于将输入的直流电进行变压后输出；
串并联切换单元(30)，与各DC/DC变换单元的输出端电连接，用于将所述多个DC/DC变换单元的输出端在串联和并联的电连接方式中进行切换，以使所述变压电路的电压输出范围变大。
2.如权利要求1所述的宽电压输出范围的变压电路，其特征在于，所述串并联切换单元(30)包括：
当闭合时将DC/DC变换单元的输出端串联连接的若干个第一开关模块，所述第一开关模块的两端分别连接一DC/DC变换单元输出端的正极端和另一DC/DC变换单元输出端的负极端；
当闭合时将DC/DC变换单元的输出端并联连接的若干个第二开关模块，所述第二开关模块的两端分别连接一DC/DC变换单元输出端的正极端/负极端和另一DC/DC变换单元输出端的正极端/负极端。
3.如权利要求1所述的宽电压输出范围的变压电路，其特征在于，所述DC/DC变换单元(20)包括依次级联的DC/AC变换模块、变压器和AC/DC变换模块，所述DC/AC变换模块用于将输入的直流电变换为交流电，所述变压器用于将DC/AC变换模块输出的交流电进行变压，所述AC/DC变换模块用于将变压器输出的经过变压的交流电变换为直流电。
4.如权利要求3所述的宽电压输出范围的变压电路，其特征在于，所述DC/DC变换单元(20)还包括用于滤波的电容，所述电容并联于所述AC/DC变换模块的输出端。
5.如权利要求1到4中任一项所述的宽电压输出范围的变压电路，其特征在于，所述DC/DC变换单元(20)的数量为2。
6.一种直流充电桩，包括级联的第一级变换器和第二级变换器，其特征在于：
所述第一级变换器用于将输入的交流电变换为直流电；
所述第二级变换器包括如权利要求1到5中任一项所述的宽电压输出范围的变压电路。
7.如权利要求6所述的直流充电桩，其特征在于，所述第一级变换器包括功率因数校正电路。
8.如权利要求6所述的直流充电桩，其特征在于，还包括：
电压识别模块，用于当所述直流充电桩与待充电电动车相连时获取所述待充电电动车的充电电压；
控制模块，用于根据所述电压识别模块获取的充电电压，控制控制串并联切换单元的切换，以使所述直流充电桩输出的充电电压与待充电电动车相匹配。
9.如权利要求6所述的直流充电桩，其特征在于，还包括：
人机交互模块，用于接收用户输入的关于充电电压的选择信息；
控制模块，接收人机交互模块发送的所述选择信息，并根据所述选择信息控制控制串并联切换单元的切换，以使所述直流充电桩输出的充电电压与待充电电动车相匹配。
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