CN105322624A - 新能源汽车节能型系列充电器装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了采用单相或三相供电的新能源汽车节能整流充电器装置，节能技术包括了低纹波单相整流器、低谐波三相整流器、虚拟六相整流器和多相整流器，以及采用旋转磁场的多相变压器等新设备，实现了将单相电改变为三相电的简易电路和三相电变换为多相电的相数变换设备的重大技术改进，新能源汽车充电桩装置覆盖了从小功率、中功率、大功率到特大功率的全功率系列、能源转换效率最高的产品技术。

Description

新能源汽车节能型系列充电器装置

发明领域

本发明属于电技术领域中的整流充电器系统，涉及将输入的单相或三相交流电功率高效变换为符合新能源汽车节能要求的整流充电器系列装置。

背景技术

新能源汽车是人类服务于减少化石能源消耗、节能减排、可持续发展的重大战略目标，牵涉到全球生态平衡和可持续发展。

在电源变流技术中，整流是用得最多最广的变流形式，在新能源汽车充电器中，需要将单相或三相交流电整流成直流电流以便对汽车蓄电池实施充电储能。由于需将电网供电的交流电转换为直流电存在多种电能损耗，例如，整流器损耗、谐波损耗、滤波损耗、变压器损耗、低功率因数的电阻损耗等等，使其电能转换中损耗大、浪费多、效率低，设备潜能没有充分利用发挥，不符合节能节材的严格要求，缺少有力度的低成本提高效率的系列性节能技术。

发明内容

本发明的目的是提高新能源汽车充电器的电源效率，达到减少电能消耗，节电节能的目标。

本发明是这样实现的，一种主要由整流器、充电控制器，以及可能加上整流变压器构成的新能源汽车充电器系列装置，其特征为，如采用单相供电，则整流为移相式低纹波整流器；如采用三相供电，则整流为虚拟六相整流器；对于多车充电的特大功率充电站，则采用一台三相变多相的旋转磁场变压器和多相整流器代替传统的多脉波变压器和整流器构成的低谐波直流整流电源，和带直流母线的共电型充电控制器。

本发明的效果是明显的，对于任何一种功率等级要求的新能源汽车充电器，所对应的整流器或变压器都具有比传统设备更节能的优势。例如，对于小功率的家用充电桩，采用单相供电的低纹波整流器可有效改善整流波形、减少纹波、降低滤波损耗。对于充电站的中功率充电，虚拟六相整流器可以克服电网三相电的线电压损失，获得很高的整流效率，增加整流器的功率和功效。对于多车充电的大型特大型功率充电站来说，采用集中的低谐波直流整流和带直流母线的直流充电控制器方案，将大功率的交流电整流成直流电，可有效防止电网电压畸变，减少谐波损耗，一台三相变多相的旋转磁场变压器可以代替多台多脉波整流变压器，还能减少多脉波变压器接线的麻烦，降低系统的造价。

附图说明

图1、传统单相桥式整流器线路结构和整流波形图。

图2、本发明的低纹波整流器拓朴结构图和整流波形图。

图3、用电感移相的低纹波整流器拓朴结构图。

图4、本发明的理想移相后的单相供电准三相整流器的电压相量图。

图5、本发明的虚拟六相整流器拓朴结构图。

图6、四相、五相交流电压矢量图。

图7、六相、七相交流电压矢量图。

图8、本发明的旋转磁场多相变压器的外形结构示意图。

图9、旋转磁场多相变压器的整体线路结构图。

图10、本发明的采用旋转磁场多相变压器的特大功率多路动力电池充电站结构框图。

图11、采用串联降压型非隔离直联脉宽调制充电控制器框图。

图12、采用DC/DC逆变的隔离型充电控制器框图。

具体实施方式

主要图例：

(1)：整流器，指将交流电变换为直流电的电子设备，本说明书中的整流器，可以是单相桥式整流器，也可能是二相、三相或更多相的多相桥整流器。

(2)：移相电路，指能改变交流电相位的电气部件和连接。

(3)：电容器组，本说明书中的电容器组，特指虚拟六相整流中的专用结构，既是滤波电容器，又是用于实现虚拟六相整流的中心点的电路结构件。

(4)：三相交流发电机或三相制电网，指对于本发明装置提供交流能源的设备。

(5)：旋转磁场多相变压器，本发明中一种新的交流电变压和改变相数的设备。

(6)：充电控制器，本说明书中的充电控制器，是对由各整流器输出的直流电提供电能，转换为一路或多路充电电流的充电调节器。

名词定义：

1、低纹波整流器：一种区别于单相整流器的整流器拓朴，利用移相整流的波形填补、覆盖单相整流器的波谷，以减小直流电中的交流纹波。本说明书中的低纹波整流器，也可以理解为二相整流器或三相整流器。

2、虚拟六相整流器：一种外形类似于三相整流器，但整流原理类似于六相整流器的高效整流器拓朴结构。虚拟六相整流器就是一种能采用三相供电，但其整流效率又与六相整流器一样高的新整流器设备。

3、单相整流器：由单相交流供电的整流器拓朴结构，基本电路通常采用四个整流管组成的桥路。

4、三相整流器：由三相交流供电的整流器拓朴结构，基本电路通常采用六个整流管组成的桥路。

5、多相整流器：由n相交流供电的整流器拓朴结构，基本电路通常采用2n个整流管组成的桥路。

6、新能源汽车：使用除汽油、柴油等化石能源之外所有其它能源的汽车。本说明书特指纯电动汽车、混合动力汽车和太阳能汽车。

7、汽车充电器：将车载或车外交流电变换成直流电，对汽车储能用动力电池进行充电和控制的电器装置。

8、汽车充电桩：内载或外附有汽车充电器、能实施汽车充电操作的桩状电子设备或接口设备。

9、旋转磁场多相变压器：利用交流电机中的旋转磁场，将三相电变换为多相电的相数变换变压器，旋转磁场多相变压器既能变压，也能变相数，例如将三相电改变为绝对平衡和对称的97相电。

所谓新能源汽车充电器，就是为新能源汽车，特别是电动汽车补充能量的装置，因便于像加油桩那样方便操作，也制成立桩的外形，其功能主要就是通过整流充电器的控制，将交流电能整流成的直流电流，通过充电，将电能储存在车载动力电池中，由电能转化为化学能或电荷能。新能源汽车充电桩的主要结构就是整流充电器。

充电器要达到节能的目的，主要关键是采用节能的高效整流器。

新能源汽车动力电池有两大类：蓄电池和超级电容器。蓄电池的分类有：

铅酸蓄电池，

镍镉蓄电池，

镍氢蓄电池，

铁镍蓄电池，

钠氯化镍蓄电池，

银锌蓄电池，

钠硫蓄电池，

锂蓄电池，

钒液流电池，

等等。

作为动力电池的蓄电池包括现有的传统铅酸蓄电池和镍镉蓄电池，但由于这两种电池均有存储效应，且容量/重量比或容量/体积比太小，寿命短，所以很少采用，目前的主流动力电池是锂离子电池，包括磷酸铁锂电池、锰酸锂电池和三元材料电池等。超级电容器储存的是电荷能，无化学能转换，所以其充放电速度等性能优于蓄电池。

图1a)为传统单相桥式整流器线路结构图，图1b)为整流前后的电压波形图。整流器为由四个二极管D1～D4组成的桥路，形成四个端口，中间两个端口通入单向交流电，两顶端口分别为直流电的正负端输出。如果将一个正弦交流电压Ua输入整流器交流端口，就相当于通过整流管将交流电的负半周反转后成为直流电的正半周，波形见Ud。如果没有滤波电容器，则在输出的直流电压波形中，从最高端电压到零电压，峰谷间的电压差非常大，也就是说Ud波形有一个个很大的缺口，直流电中所含的交流纹波值很大，只有用很大容量的电解电容器才能使这么大的含交流纹波的直流电符合稳定供电的应用条件，所以其滤波困难、损耗也很大，滤波电容器极易发热，而发热正是这种滤波电能损耗的反映。

图2为本发明的低纹波整流器拓朴结构图和整流波形图。在图2a)中，增加了移相电路(2)，和二个整流管D5和D6与原有四个整流管组成新的整流器(1)，D1～D4与图1相同，但是多了一个移相电容器C和二个整流管D5和D6组成的另一个整流并联支路，所以低纹波整流充电器的特征为，由单相交流供电；交流电有一路接入由6个二极管组成的二相整流器(1)的二个桥臂，另一路通过移相电路(2)接入整流器的第三桥臂；移相后的交流电压经整流后刚好落入原有直流电压波形的谷区。

原整流波形与移相后的整流波形复合的结果，使谷区面积大为缩减，Ud电压波形的包络线呈现较平坦的形状，纹波大大减小。图2b)为本发明的低纹波整流器整流波形图，图中实体部分就是增加的电压量，可见，低纹波整流器非但波形好，电压平均值也比传统单相整流器高。这样就不需要用很大的滤波电容去滤除纹波，滤波损耗当然将大为减小，这是产生节能效果的一大原因。

移相电容器C的数值需要根据直流充电电流的大小而定，以便得到最佳的波形填补效果和性价比。虽然增加了一个移相电容器，但滤波电容器的容量可大大减小，一增一减，如果设计合理就可以使低纹波整流器成本不至于增加。如果考虑到节能的经济价值这一块，那么节电等于降低设备的运行成本，在经济上更是划算的。

图3为用电感代替电容移相的低纹波整流器拓朴结构图。电感器的损耗比电容略大，成本也比电容高，但电感器的次级可感应一个小功率低电压(相当于小变压器的次级)供充电控制系统工作。由于分流的功率极小，所以电感器的功能基本不变，这是其胜于电容器移相的重要优点。

图4为本发明理想移相后的单相供电准三相整流器的电压相量图。对于固定的充电电流，选择合适的移相量，使由移相所得到的电压处于交流电压相量图中的B点，那么与原有电压AC两点很可能形成一个等边三角形ABC，这时，可以认为本发明通过移相，实际上等同于将单相电变成为三相电，低纹波整流器实际上改变成了三相整流器，其整流后的直流波形是6脉波的较高谐波频率。单相电通过移相后形成的准三相整流器的特征为，移相电与原单相电压形成为准三相电，即Uab＝Ubc＝Uac＝Ua，整流器成为三相整流器。

应该指出，单相电通过移相后形成的准三相整流器，在元器件容量确定的前提下，只有在某一确定的充电负载时才成立，负载改变后元器件容量必须随之改变，才能维持三相对称，否则，三个电压中的二个电压数值会产生变化。但即使不是完全的三相对称，比起单相桥的二倍频谐波，三相整流器的谐波量有质的降幅，滤波也更容易，节能效果更好。

对于低纹波单相整流器的详细说明，可见中国专利局文件201310331608.8。

新能源汽车充电器的整流器后面还必须配制充电控制器，才能执行对动力电池的充电功能，充电控制器的功能和类型在说明书后面段落中叙述。

以上内容为本发明的采用低纹波整流器作为充电器的实施方式，低纹波整流器由单相交流电供电，标准电压为220V，国际上可能还有低至100V的电压，功率较小，适合家用小功率新能源汽车充电桩，通常多采用小电流长时间慢充。为安全起见，单相电源输入端可以增加隔离变压器，也可采用先经过低纹波整流器后的直流斩波的高频变压器作电气隔离。

下面叙述本发明的虚拟六相整流器，虚拟六相整流器主要用于三相电输入的新能源汽车常规充电或快充的充电器，通常用于公共充电站中的充电桩。

所谓虚拟六相整流器，是因为发明人首先发现了“三相电制中的线电压损失”，而采用六相整流器可以把整流电压升高15.6％的倍率，使整流设备比传统三相整流器输出功率增加、效率上升。但是，现有电网已统一成为全球的三相供电网，无六相电供应。虚拟六相整流器就是一种能采用三相供电，但其效率又与六相整流器一样高的新整流器拓朴结构，因为不是真正的六相整流器，但其原理又与六相整流器有共同点，故名虚拟六相整流器。虚拟六相整流器能有效克服三相电制中的线电压损失，其技术原理如图5所示。

所谓“三相电制中的线电压损失”，可以解释为：如果发电机G的相电压为220V，星形接法，由三根相线将电压接入桥式整流器的输入端，实际上利用的是交流电的线电压380V。三相整流桥只能对380V的线电压进行整流，所以其输出直流电压与380V的线电压密切相关。而六相电的最高线电压为440V，则认为三相电损失了60V的线电压。

图5为本发明的虚拟六相整流器拓朴结构图和相量图。虚拟六相整流器的特征为：整流器(1)由三条并联支路组成，并联支路分别由二极器D1和D4、D2和D5、D3和D6相互成对同向串联，每条并联支路中所串联的二个二极管的中点接三相交流电源(4)的输出相线；整流器(1)中二极器D1-D3的共接负端为直流电的正极，二极器D4-D6的共接正端为直流电的负极；滤波电容(3)由相等容量的电容器C1和C2相串联，C1和C2的中点接到三相交流电源(4)的零线，C1和C2的另一端分别接直流电的正负极。虚拟六相整流器的拓朴结构见图5a)。

图5b)为三相交流电压相量图。虚拟六相整流器的本质就是通过整流器的“分隔”，利用相量Ua、Ub、Uc倒相后的-Ua、-Ub、-Uc共同得到的对称六相，分上下排整流管分别整流，然后合成的直流输出。

图6和图7所示分别为四相、五相、六相和七相交流电压矢量图。同样的220V相电压，五相制交流电的最高线电压418V，七相制交流电的最高线电压更高达429V，而四相和六相的最高线电压均为220V相电压的二倍，即440V，也就是说，偶数相制式不存在“线电压损失”。从图上可以很直观方便地比较出它们在数量上与三相电线电压的区别，也就是说当它们在同一发电机尺度结构下所得到的交流电功率虽然相同，但是经过整流器后所输出的直流电压和功率，多相制均明显大于三相电制。

可见，“线电压损失”，只是三相电制中特别明显的一种势能损失，其它多相系统的损失或者很小或者根本不存在，这就是虚拟六相整流器节能的内在原因。

关于虚拟六相整流器更详细的说明，详见中国专利局文件201310381920.8，本文不作赘述。

虚拟六相整流器的效率经用户和权威测试机构验证，确实有高于传统三相桥式整流器的效率，将虚拟六相整流器用于三相电输入的新能源汽车充电桩，具有明显的节能效果。

新能源汽车充电器的整流器后面还必须配制充电控制器，才能执行对动力电池的充电功能，充电控制器的功能和类型在说明书后面段落中叙述。

为提高功率因数、降低整流器损耗，本发明中的单相整流器、三相整流器或虚拟六相整流器，可以是不控整流，可以是可控整流，以提高功率因数，减少线损；为了调节直流电压，也可采用相控整流或PWM整流；整流管可以是硅二极管，也可以是MOS管或IGBT管。

整流器效率与整流管关系密切，整流器损耗主要有整流管正向压降产生的发热损耗和换向损耗，硅整流管的正向压降通常在0.6～1.6V，锗整流管、肖特基整流管可能低至约0.4V，晶体三极管、MOS管或IGBT管用作整流时的正向压降甚至可能低于0.1V。减少整流管换向损耗的措施是采用开关管或快恢复二极管，特别是开关频率较高的整流管。

采用三相电输入的虚拟六相整流器，主要用于新能源汽车常规充电或快充的充电桩，功率明显高于单相低纹波整流器。但是如果对容量更大的动力电池，特别是电动大客车，或是可供大量轿车同时快速充电的大型充电站，虚拟六相整流器输出大功率直流电时会向电网注入大量谐波，使交流电压波形严重畸变，因而在污染电网的同时产生谐波损耗，所以在用电量很大的直流供电场所，例如电解铝工厂、直流电弧炉或地铁牵引供电站，在整流供电所中必须配备整流变压器。

从上节的分析中发现，多相电的线电压损失小，有利于提高整流效率，而多相电整流后向电网注入的谐波量也少，所以多脉波整流变压器也成为大功率整流器装置的重要部件。多脉波整流变压器的本质是将三相电升格为多相电。

本发明对于极大功率整流充电器中采用了旋转磁场多相变压器，以替代多脉波整流变压器。

图8为本发明的旋转磁场多相变压器的外形结构示意图。在图8中，三相变多相变压器的原边(51)相当于绕线式感应电机的转子，上面镶嵌有三相星形或三角形接法的绕组。与电机不同的是变压器不需要轴，也不需要靠近轴处的铁心，而只要一个环状体铁磁轭就可以完成磁回路。旋转磁场多相变压器的原边嵌入三相结构的初级绕组，由初级绕组所产生的旋转磁场方向为径向，并在环内像时钟一样在径向旋转运动，这一磁场与大量应用的传统环形变压器的磁场方向完全不同，后者磁场均在环内沿圆周方向流动，只适合单相电变压。而旋转磁场多相变压器的绕组和磁路结构与异步绕线电机中的转子磁场是基本一致的，原理也相同。旋转磁场多相变压器的副边(52)嵌入多相结构的n相次级绕组，n为任意正整数，次级绕组通过公共磁路(53)与初级绕组紧耦合，次级绕组也是径向分布，并经由公共磁路(53)中的旋转磁场与初级绕组紧密交链耦合，并在次级绕组外端保留一个环状体铁轭通路，结构类似于交流电机的定子。其结构和原理与交流电机中定子电枢绕组和磁路也是基本一致的，所不同的是，在电机中的电枢绕组是三相结构，而本发明旋转磁场变压器中所称的次级绕组是按多相结构设计的。

图8中的布置是，初级绕组在内次级绕组在外，但初级绕组和次级绕组的位置可以互换，即次级绕组在内而初级绕组在外，这就与绕线式异步电机的输入输出关系更加接近。

图9为旋转磁场多相变压器的整体线路结构图。在旋转磁场多相变压器的内侧铁轭圆柱面的外侧线槽中镶嵌有三相原边绕组(51)，而在旋转磁场多相变压器的外侧铁轭圆柱面的内侧线槽中镶嵌有多相副边绕组(52)。多相副边绕组为n相，即有n组绕组。图示磁路结构为极对数p等于1的旋转磁场，其特点为可以容纳较多的相，缺点为磁路较长；随着极对数p的增加，磁路相应缩短，但不易获得更多的相数，所以p一般不会超过4。从图中可以看出，旋转磁场多相变压器的整体结构基本上相当于绕线式异步电机。

采用旋转磁场多相变压器作为整流变压器的充电整流装置的优点为：

1、旋转磁场多相变压器初级和次级间没有气隙，初次级绕组间的磁耦合更紧密，磁阻、漏磁更小，因此所需要的励磁电流也与普通变压器相当而远比电机为小。

2、旋转磁场多相变压器次级可以为环形连接的n相多相绕组，也可以是星形结构的n相多相绕组。环形接法的绕组利用率高，效果好。

3、在现有多相(脉波)整流变压器中，相数n必须是3的倍数，但是在本发明的旋转磁场多相变压器中，n可以是任意正整数，既可以是奇数，也可以是偶数，不必是3的倍数，奇数的效果更佳。

4、由于电机绕组结构的对称性，旋转磁场多相变压器的相电压对称性和一致性优于多脉波整流变压器，各相之间不存在类似现有传统多脉波变压器各相间在绕组和磁路间的差异，整流后的谐波特别是低次谐波量将明显减少，电网电压电流波形更接近纯正弦波，电网的谐波损耗和电磁污染将明显降低。

5、随着脉波数的增加，必须采用多台多脉波整流变压器，而旋转磁场多相变压器一台已足够，所以采用旋转磁场多相变压器能减少多脉波变压器接线的麻烦，降低系统的造价。

6、旋转磁场多相变压器可以采用零间隙磁路技术而进一步降低变压器的励磁损耗。

有关旋转磁场多相变压器的详细技术描述可见中国专利局文件ZL201320201736.6《低效电机改制成的高效电器》。

为了保持绕组的对称性，旋转磁场多相变压器通常采用中心轴垂直的安装结构形式，垂直安装结构也利于采用风冷或油冷散热结构。

在风冷结构中，鼓风机处于变压器的下端并向上吹风，绕组间和铁心间都设计有垂直方向的通风道，使各相散热均匀。也可采用逆向风冷，即冷却风机处于变压器的上端中心并向下吹风，经过绕组间和铁心间设计的垂直方向的通风道，向下流到变压器箱体底部，然后使热空气沿箱体四周的散热管排热，使上层变压器部分获得更好的散热效果。

在油冷结构中，则可以用中空的铜管部分或全部构成绕组，而铁心采用有间隔位置的分段布置和垂直方向的油孔，利于冷却油的流动散热。

由于电机绕组结构的对称性，旋转磁场多相变压器的各相之间不存在类似现有传统变压器各相间在绕组和磁路间的差异，各相绕组的平衡度高于多脉波整流变压器。

图10为本发明采用旋转磁场多相变压器的特大功率多路动力电池充电站结构框图。图10中，将三相电网的电力引入旋转磁场多相变压器(5)，由变压器次级得到n相交流电，将交流输出连接到整流器(1)，当然，本例中的整流器为n相整流器，n相整流器含有2n个整流管。如果n为奇数，则在电网中产生的最低谐波频率也为工频的2n倍，因此其谐波量很少，也很容易被滤除，使谐波损耗减到最少。同时，通过多相整流器可以获得更平滑稳定的大功率直流电输入直流母线，由直流母线将直流功率输入充电控制器(6)。

本节方案中的充电控制器将直流母线电压接入后，或者直接经直流开关后受调节器调制成所需的充电电流，给一个特大动力电池负荷充电；或者经多路直流分路开关后调制成所需的充电电流给多个动力电池同时充电。充电的方式有恒压充电，恒流充电，或者长时间慢充，或者短时间快充，充电控制器(6)有足够的功率余量满足所有的多组大功率动力电池的充电需要。

虽然特大功率低谐波充电器能提供冗余能量供应多台大功率充电桩对多辆新能源汽车的动力电池进行充电，但各动力电池充电的要求各异，在不同的容量、不同的充电时间都有不同的充电电流要求，有时差异可能是非常悬殊的。为此，必须对每一个充电支路作差异调节，调节量首先取决与设定，然后由实际充电电流的反馈作比较后，向功率部件发出调节信号，从而才能以恰当的电流为动力电池充电。

充电控制器是新能源汽车充电器的重要部分，前面每个实施方案中，整流器后面都必须配制充电控制器，才能执行对动力电池的充电功能，在本说明书的本节中作集中详细描述。

适合于充电控制器的直流电源种类繁多，电路更是不计其数。首先，充电电路按是否与动力电池电气隔离可分为非隔离和有隔离二大类。充电控制器与动力电池间可以采取非电气隔离的连接，也可采取有电气隔离的连接。由于具体的充电控制器种类、线路繁多，本发明书不可能包罗万象，全部阐述，只能择要将一种非隔离型和一种有隔离型的基本结构加以简要说明。

非隔离型充电控制器通常采用直流脉宽控制电路，按输入电压与输出电压的极性可分为同向型和反向型，本发明装置中只需采用同向型。按输入电压与输出电压的量值可分为降压式、升压式、升压降压式、Cuk转换器、Zeta转换器和SEPIC转换器六种。在单管转换器中，Buck和Boost式转换器是基本型二大类，都适合本发明装置所采用。

例如，图11为采用串联降压型非隔离直联脉宽调制充电控制器框图。在非隔离型中是一种较典型的应用方案。在本发明的该装置中，充电控制器(6)中含有N个充电控制单元(61)，每个控制单元的电路结构基本相同，功率容量可以相同，也可以不同，以对不同容量和充电电流要求的动力电池进行充电。因为，如同电力拖动中的功率配置一样，大功率设备在小负荷应用中，经常是“大马拉小车”，能源效率往往低于适用的小功率设备，不符合本发明的节能宗旨。

图11主电路含有功率开关管降压调节器(611)、控制和输出电路(612)二大部件。直流供电电压——即系列设备中整流器(1)的输出电压必须高于动力电池电压一定的数量，功率开关管降压调节器包括开关管、续流二极管和电感器，开关管工作在脉宽控制状态，脉宽信号由控制电路提供，脉冲宽度大，功率开关管导通的时间比例高，则充电电流增大；反之，充电电流减小。控制和输出电路包括测量、取样、反馈、保护的控制功能电路和器件，通常做成IC控制模块；输出电路包括滤波电路和自动开关，用于滤除充电电流中的高频分量，防止电磁波向外扩散，自动开关用作安全防护。

在有隔离型充电控制器中，通常采用斩波逆变的DC/DC高频变压器和高频整流的电路结构。按电路结构不同，大致可分为正激式、反激式、推挽式和半桥式等类型。

图12为采用DC/DC逆变的隔离型充电控制器框图。设定充电控制器(6)中仍含有N个充电控制单元(61)，每个控制单元的主电路含有功率开关振荡器(613)、控制和输出电路(614)二大部件。

在隔离型充电控制器中，由于有隔离变压器的匝比设计作电压变换，直流供电电压可以高于也可以低于动力电池电压，输出直流极性也与输入无关，可随意设计变化。图中，功率开关振荡器包括开关管、开关脉冲尖峰吸收电路和高频变压器初级，开关管工作在自激状态并受设定和反馈信号的双重控制。脉冲宽度大，功率开关管导通的时间比例高，则充电电流增大；反之，充电电流减小。控制和输出电路包括高频变压器次级、高频整流和滤波器，用于滤除充电电流中的高频分量，防止电磁波向外扩散，此外线路中还有一些测量、取样、反馈、保护器件，通常做成IC专用控制模块，还有自动开关用作安全防护。

相对于能源效率高的开关型充电控制器而言，线性充电控制器的效率低、损耗大，不在本发明书所阐述范围之列。

Claims (10)

1.一种由整流器或者加上变压器，以及充电控制器构成的新能源汽车节能型充电器系列装置，其特征为，如采用单相供电，则整流为移相式低纹波整流器；如采用三相供电，则整流为虚拟六相整流器；对于多车充电的特大功率充电站，则采用一台三相变多相的旋转磁场变压器和多相整流器代替传统的多脉波变压器和整流器构成的低谐波直流整流电源，和带直流母线的共电型充电控制器。

2.根据权利要求1所述的充电器系列装置，其特征为，由单相交流供电；交流电有一路接入由6个二极管组成的二相整流器(1)的二个桥臂，另一路通过移相电路(2)接入整流器的第三桥臂；移相后的交流电压经整流后刚好落入原有直流电压波形的谷区。

3.根据权利要求2所述的充电器系列装置，其特征为，由单相交流供电；移相电路(2)中的移相器件为电容器C或电感器L。

4.根据权利要求3所述的充电器系列装置，其特征为，由单相交流供电；移相电路(2)中的移相器件为电感器L；且电感器L上还有一个次级绕组可感应一个小功率低电压，产生直流电能作为充电控制器的工作电源。

5.根据权利要求1或权利要求3所述的充电器系列装置，其特征为，由单相交流供电；移相电与原单相电压形成为准三相电，即Uab＝Ubc＝Uac＝Ua；整流器成为三相整流器。

6.根据权利要求1所述的充电器系列装置，其特征为，由三相交流供电；整流器为虚拟六相整流器，即整流器(1)由三条并联支路组成，并联支路分别由二极器D1和D4、D2和D5、D3和D6相互成对同向串联，每条并联支路中所串联的二个二极管的中点接三相交流电源(4)的输出相线；整流器(1)中二极器D1-D3的共接负端为直流电的正极，二极器D4-D6的共接正端为直流电的负极；滤波电容(3)由相等容量的电容器C1和C2相串联，C1和C2的中点接到三相交流电源(4)的零线，C1和C2的另一端分别接直流电的正负极。

7.根据权利要求2或权利要求6所述的充电器系列装置，其特征为，由三相交流供电；整流器可以工作于不控整流，也可以工作于可控整流；为了调节直流电压，也可采用相控整流或PWM整流；整流管可以是硅二极管，也可以是MOS管或IGBT管。

8.根据权利要求1所述的充电器系列装置，其特征为，采用由三相交流供电的直流母线结构；整流变压器采用旋转磁场多相变压器代替多脉波整流变压器；直流母线将直流功率输入充电控制器(6)，由充电控制器分别对一路或多路动力电池实施充电。

9.根据权利要求8所述的充电器系列装置，其特征为，采用由三相交流供电的直流母线结构；旋转磁场多相变压器采用中心轴垂直的安装结构形式；旋转磁场多相变压器的冷却器采用风冷散热结构或油冷散热结构；充电控制器(6)中含有N个充电控制单元(61)，每个充电控制单元为非隔离型的降压式、升压式、升压降压式、Cuk转换器、Zeta转换器或SEPIC转换器中的一种；在单管转换器中，则为Buck和Boost式转换器。

10.根据权利要求8所述的充电器系列装置，其特征为，由三相交流供电的直流母线结构；充电控制器与动力电池间采取电气隔离的连接，有正激式、反激式、推挽式和半桥式四种结构类型；充电控制器(6)中含有N个充电控制单元(61)，每个充电控制单元中含有功率开关振荡器(613)、控制和输出电路(614)二大部件；高频变压器为功率开关振荡器(613)、控制和输出电路(614)共有。