CN105207326A - 一种新能源汽车电池更换充电模式共直流母线的新型结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新能源汽车电池更换充电模式共直流母线的新型结构，采取共直流母线供电拓扑网络，所述共直流母线供电拓扑网络包括配电装置、双向AC/DC模块、共直流网络和供电系统装置，共直流网络设有共直流母线，配电装置从高压电网接入，进行变压和滤波后，与双向AC/DC模块连接在一起，共直流网络设有供电系统装置，所述供电系统装置接入并共享所述共直流母线。本发明双向DC/DC装置则进行直流电压的转换，以适应不同电压等级的电池充电要求。由于本发明采用高频双向AC/DC模块整流，功率因数达到0.99，所述供电系统装置谐波含量控制低于5%。因此无需另外加装无功补偿设备和有源滤波设备，隔离了充电设备运行对电网的影响。

Description

一种新能源汽车电池更换充电模式共直流母线的新型结构

技术领域

本发明属于新能源汽车领域，具体涉及一种新能源汽车电池更换充电模式共直流母线的新型结构。

背景技术

根据电动汽车动力电池组的技术和使用特性，电动汽车的充电模式存在一定的差别。对于充电方案的选择，当前纯电动车充电模式主要有：常规充电、快速充电、电池更换三种模式。（1）常规充电模式蓄电池在放电终止后，应立即充电（在特殊情况下也不应超过24h），充电电流相当低，约为15A，这种充电叫做常规充电（普通充电）。常规蓄电池的充电方法都采用小电流的恒压或恒流充电，一般充电时间为5-8h，甚至长达10-20h。常规充电模式由于所用功率和电流的额定值并不关键，因此充电器和安装成本比较低；可充分利用电力低谷时段进行充电，充电成本相对较低；可提高充电效率和延长电池的使用寿命。常规充电模式的主要缺点为充电时间过长，当车辆有紧急运行需求时难以满足。（2）快速充电模式常规蓄电池的充电方法一般时间较长，给实际使用带来许多不便。快速充电电池的出现，为纯电动汽车的商业化提供了技术支持。快速充电又称应急充电，是以较大电流短时间在电动汽车停车的20min至2h内，为其提供短时补电服务，一般充电电流为150～400A。快速充电模式充电时间短一般可以在短时间内使电池储电量达到50%-80%。如某款锂电池电动车在330V快充电压下，20分钟即可充满80%电量。相对常规充电模式，快速充电技术仍不够成熟。快速充电技术对电池、充电设备的制造技术要求较高，并且会对电网造成不利影响，安全方面存在一定的隐患。（3）电池更换模式电池更换模式又称地面充电系统，即电池组快速更换系统，也称机械充电。通过直接更换电动汽车的电池组来达到为其充电的目的。由于电池组重量较大，更换电池的专业化要求较强，需配备专业人员借助专业机械来快速完成电池的更换、充电和维护。

发明内容

为了克服现有技术不足，本发明提出了一种新能源汽车电池更换充电模式共直流母线的新型结构，所述结构利用电池更换充电模式，电动汽车用户可租用充满电的蓄电池，更换已经耗尽的蓄电池，有利于提高车辆使用效率，也提高了用户使用的方便性和快捷性；对更换下来的蓄电池可以利用低谷时段进行充电，降低了充电成本，提高了车辆运行经济性；从另一个侧面来看，也解决了充电时间乃至蓄存电荷量、电池质量、续驶里程长及价格等难题；可以及时发现电池组中单电池的问题，对于电池的维护工作将具有积极意义。电池组放电深度的降低也将有利于提高电池的寿命。

本发明技术方案为，一种新能源汽车电池更换充电模式共直流母线的新型结构，采取共直流母线供电拓扑网络，所述共直流母线供电拓扑网络包括配电装置、双向AC/DC模块、共直流网络和供电系统装置，共直流网络设有共直流母线，配电装置从高压电网接入，进行变压和滤波后，与双向AC/DC模块连接在一起，经过双向AC/DC模块整流后，接入所述共直流网络的共直流母线上，共直流网络设有供电系统装置，所述供电系统装置接入并共享所述共直流母线。

所述供电系统装置设有双向DC/DC装置和电池负载，电池负载通过双向DC/DC装置与所述共直流母线相接连。

所述供电系统装置功率因数达到0.99。

所述供电系统装置谐波含量控制低于5%。

有益效果：

本发明更改传统的相变到充电机的结构为相变，双向AC/DC加DC/DC，所有双向DC/DC装置挂于共直流母线上。双向AC/DC模块交流电源转换为电压稳定的直流电源，在系统安装有储能装置时或电池需要放电时，电能通过双向AC/DC模块回馈电网。双向DC/DC装置则进行直流电压的转换，以适应不同电压等级的电池充电要求。由于本发明采用高频双向AC/DC模块整流，功率因数达到0.99，所述供电系统装置谐波含量控制低于5%。因此无需另外加装无功补偿设备和有源滤波设备，隔离了充电设备运行对电网的影响。

附图说明

图1为本发明的网络结构图。

图中，1、高压电网；2、配电装置；3、低压电网；4、双向AC/DC模块；5、共直流母线；6、供电系统装置；7、双向DC/DC装置；8、电池负载。

具体实施方式

如图1所示，本发明采取共直流母线供电拓扑网络，所述共直流母线供电拓扑网络包括配电装置2、双向AC/DC模块4、共直流网络和供电系统装置6，共直流网络设有共直流母线5，配电装置2从高压电网1接入，进行变压和滤波后，与双向AC/DC模块4连接在一起，经过双向AC/DC模块4整流后，接入所述共直流网络的共直流母线5上。共直流网络设有供电系统装置6，所述供电系统装置6接入并共享所述共直流母线5。

所述供电系统装置6设有双向DC/DC装置7和电池负载8，电池负载8通过双向DC/DC装置7与所述共直流母线5相接连。

配电装置2的主要功能是将10KV高压电网1转变成低压电网3，形成AC400V的电源，再经双向AC/DC模块4整流，提供高质量直流母线供电，并提供相应的高低压配电安全保护功能，高压电网1包括进线柜、计量柜、变压器柜、出线柜、联络柜、开关柜等；低压电网3包含AC/DC整流柜和DC/DC直流调压部分。双向AC/DC整流模块4采用相对二极管整流方式，极大地提高了整流的效率，并且具有使再生能量反馈到三相电网的功能。本发明AC/DC和DC/DC模块相分离，使之处在不同的网络上，提供直流电压源，为负载的直流接入和直流电传输提供了接口。本发明的控制系统可根据供配电及负载的使用情况对直流母线电压大小及传输逻辑实现智能控制，提高了本发明的自动化水平。

1）变压器容量选择

充电负荷=（充电机总输出功率/变压器效率/线路损耗）×充电机同时利用系数

其中：变压器效率：0.9

线路损耗：0.95

充电机同时利用系数根据实际使用情况估算

其他负荷：

总负荷（kVA）＝充电负荷

考虑变压器负荷裕量，主变负载率一般选取在０.85左右，依此选择合适容量的变压器。

2）去掉传统充电机，直接采用AC/DC+DC/DC的方式，提高了系统的功率因素，DC/DC的调压范围增大使充电电池的电压等级增多；

3）不需要有分离的整流桥、充电单元、电容组，直接采用模块化的方式；

4）每一个双向DC/DC装置7都可以单独从直流母线中分离出来而不影响其他系统；

5）通过连锁接触器来控制双向DC/DC装置7到共用直流母线5的联络；

6）快熔来保护挂在直流母线上各模块的电容单元；

在逆变器能量回馈到电网时，通过对双向AC/DC模块4内部的逆变器和变压器的控制，可使电压在规定范围内仍保持恒定，内部的整流/回馈单元的功率部分由2个反并联晶闸管桥组成，可在输入端电网和逆变器中间回路之间整流和回馈，通过变压器的能量回馈可提高回馈支路中的电源电压，目的是在能量回馈过程中不必降低中间回路电压，使得逆变器能够获得一个较恒稳的直流电源。图1中，从电网中取3相10KV电压，通过配电装置将电压降至400V，供与双向AC/DC模块4，双向AC/DC模块4的整流功能将AC400V变成适当的直流电压，并作为母线电压源向各负载单元传送，所有的直流充电机均置于共直流母线5上，方便布线和电池充电机的管理和应用。

Claims (4)

1.一种新能源汽车电池更换充电模式共直流母线的新型结构，其特征在于：采取共直流母线供电拓扑网络，所述共直流母线供电拓扑网络包括配电装置、双向AC/DC模块、共直流网络和供电系统装置，共直流网络设有共直流母线，配电装置从高压电网接入，进行变压和滤波后，与双向AC/DC模块连接在一起，经过双向AC/DC模块整流后，接入所述共直流网络的共直流母线上，共直流网络设有供电系统装置，所述供电系统装置接入并共享所述共直流母线。

2.根据权利要求1所述的新能源汽车电池更换充电模式共直流母线的新型结构，其特征在于：所述供电系统装置设有双向DC/DC装置和电池负载，电池负载通过双向DC/DC装置与所述共直流母线相接连。

3.根据权利要求1所述的新能源汽车电池更换充电模式共直流母线的新型结构，其特征在于：所述供电系统装置功率因数达到0.99。

4.根据权利要求1所述的新能源汽车电池更换充电模式共直流母线的新型结构，其特征在于：所述供电系统装置谐波含量控制低于5%。