CN107839525B - 一种10kv输入多路整流斩波一体化充电站 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种10KV输入多路整流斩波一体化充电站，包括有10KV输入多绕组电力变压器、N个大功率充电组件、N个电压保护装置和N个充电终端，N为变压器次级线圈的个数，每个大功率充电组件均包括有顺次连接的多脉波整流电路和非隔离降压变换器，多脉波整流电路的输入端与10KV输入多绕组电力变压器某一次级线圈的输出端连接，非隔离降压变换器的输出端与某一充电终端的输入端连接，每个电压保护装置连接于10KV输入多绕组电力变压器对应的一个次级线圈上。本发明采用多绕组电力变压器技术及降压型软开关斩波技术，可以实现系统结构优化，实现“多脉波整流+软开关DC/DC”的组合，系统功率因数高、转换效率高、性价比高。
Description
技术领域
本发明涉及新能源汽车充电应用领域，具体是一种10KV输入多路整流斩波一体化充电站。
背景技术
充电基础设施的市场方兴未艾，随着新能源汽车保有量的持续上升，充电刚需越来越强，对于充电功率组件的功率要求越来越高，而且未来充电设施要朝着智能电网和能源互联的方向发展。因此，在激烈的市场竞争中，充电站的性价比需要不断提升，并且需要向大功率和双向电流变换。
传统的充电站技术，是基于普通电力变压器和充电桩的组合。电力变压器输出标准的AC380V交流电，充电桩把AC380V交流电变成电动汽车所需要的直流电。在这种模式下，系统结构冗余，重复隔离、电能变压环节多，使得成本居高不下，大大阻碍了行业的发展。尤其在充电刚需很强的应用场合，矛盾十分突出。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种10KV输入多路整流斩波一体化充电站，采用多绕组电力变压器技术及降压型软开关斩波技术，可以实现系统结构优化，实现“多脉波整流+软开关DC/DC”的组合，系统功率因数高、转换效率高、性价比高。
本发明的技术方案为：
一种10KV输入多路整流斩波一体化充电站，包括有10KV输入多绕组电力变压器、N个大功率充电组件、N个电压保护装置和N个充电终端，N为多绕组电力变压器次级线圈的个数，每个大功率充电组件均包括有顺次连接的多脉波整流电路和非隔离降压变换器，每个大功率充电组件的多脉波整流电路的输入端与10KV输入多绕组电力变压器某一次级线圈的输出端连接，每个大功率充电组件的多脉波整流电路的输出端与对应的非隔离降压变换器的输入端连接，每个大功率充电组件的非隔离降压变换器的输出端与某一充电终端的输入端连接，每个电压保护装置连接于10KV输入多绕组电力变压器对应的一个次级线圈上；
所述的多脉波整流电路为由6个IGBT模块组成的三相可控整流桥，六个IGBT模块分别为第一IGBT模块、第二IGBT模块、第三IGBT模块、第四IGBT模块、第五IGBT模块和第六IGBT模块，第一IGBT模块的发射极、第二IGBT模块的集电极均与对应的一个次级线圈三相的第一输出端连接，第三IGBT模块的发射极、第四IGBT模块的集电极均与对应的一个次级线圈三相的第二输出端连接，第五IGBT模块的发射极、第六IGBT模块的集电极均与对应的一个次级线圈三相的第三输出端连接，所述的第一IGBT模块的集电极、第三IGBT模块的集电极、第五IGBT模块的集电极均与多脉波整流电路的正极输出端连接，第二IGBT模块的发射极、第四IGBT模块的发射极、第六IGBT模块的发射极均与多脉波整流电路的负极输出端连接；
所述的非隔离降压变换器包括有顺次连接的输入滤波电路、BUCK变换电路和输出滤波电路，所述的输入滤波电路是由电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4组成，电阻R1的一端、电容C1的一端、电容C2的一端均与多脉波整流电路的正极输出端连接，电阻R2的一端、电容C3的一端、电容C4的一端均与多脉波整流电路的负极输出端连接，电阻R1的另一端、电阻R2的另一端、电容C1的另一端、电容C2的另一端、电容C3的另一端和电容C4的另一端相互连接，所述的BUCK变换电路是由滤波电容Cr1、充电电感L1、IGBT模组、充电电感L2和滤波电容Cr2组成，IGBT模组包括有IGBT模块M1和IGBT模块M2，滤波电容Cr1的一端、充电电感L1的一端多脉波整流电路的正极输出端连接，充电电感L1的另一端、充电电感L2的一端、IGBT模块M2的集电极均连接IGBT模块M1的发射极，电感L2的另一端连接滤波电容Cr2的一端，滤波电容Cr1的另一端、滤波电容Cr2的另一端、IGBT模块M2的发射极、IGBT模块M1的集电极均与多脉波整流电路的负极输出端连接，所述的输出滤波电路连接于充电终端与滤波电容Cr2之间。
每个所述的电压保护装置均包括有RC接地电路和过压保护电路，RC接地电路包括有串联的接地电阻和接地电容，所述的对应的一个次级线圈三相输入端均通过RC接地电路接地，所述的过压保护电路包括有三个非线性电阻器，三个非线性电阻器的一端分别一一对应连接次级线圈的三相输出端，三个非线性电阻器的另一端均接地。
所述的多脉波整流电路的每个IGBT模块上均并联有阻尼二极管和整流电容。
所述的非隔离降压变换器的BUCK变换电路和输出滤波电路之间连接有输出接触器KM1。
所述的非隔离降压变换器还包括有第一组RCD吸收电路和第二组RCD吸收电路，第一组RCD吸收电路连接于IGBT模块M1的集电极和多脉波整流电路的负极输出端之间，滤波电容Cr1的另一端、滤波电容Cr2的另一端、IGBT模块M2的发射极均与多脉波整流电路的负极输出端连接，所述的第二组RCD吸收电路连接于充电电感L1的另一端和IGBT模块M2的集电极之间，充电电感L2的一端、IGBT模块M1的发射极均与IGBT模块M2的集电极连接。
所述的第一组RCD吸收电路包括有电阻R3、二极管D1、二极管D2、电容C5、电容C6、电容C7和电容C8，所述的电阻R3的一端、二极管D1的正极、二极管D2的正极均连接IGBT模块M1的集电极，电容C5的一端、电容C6的一端、电容C7的一端和电容C8的一端均连接多脉波整流电路的负极输出端，二极管D1的负极、二极管D2的负极、电容C5的另一端、电容C6的另一端、电容C7的另一端、电容C8的另一端均与电阻R3的另一端连接。
所述的第二组RCD吸收电路包括有电阻R4、二极管D3、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12和电容C13，电阻R4的一端、二极管D3的正极连接充电电感L1的另一端，电容C9的一端、电容C10的一端、电容C11的一端、电容C12的一端、电容C13的一端均连接IGBT模块M2的集电极，二极管D3的负极、电容C9的另一端、电容C10的另一端、电容C11的另一端、电容C12的另一端、电容C13的另一端均连接电阻R4的另一端。
所述的输出滤波电路包括有多个并联的电容以及与并联电容串联的EMI滤波器。
本发明的优点：
（1）、本发明采用多绕组电力变压器直接从10KV电网取电，避免高频PWM整流成本高、开关损耗大和效率低的问题，具有降低成本、提高效率的优点，使整个系统的性价比大大提升。
（2）、本发明的大功率充电组件采用降压型软开关斩波技术，多脉波整流电路采用多脉冲的驱动方式完成AC/DC转换，输出直流电压，非隔离降压变换器按照输出电压需求进行可控的电压输出调节，经滤波电路输出至充电终端，从而使大功率充电功率组件可实现快速充电，且可以具备电流双向变换功能，可以实现G2V和V2G的切换，有利于构建智能电网。
（3）、本发明的电压保护装置包括有RC接地电路和过压保护电路，RC接地电路采用直接工频隔离，减小了每个充电终端所对应的高频隔离环节，为消除电力变压器分布电容的影响，次级采用接地，其中接地电容的容量远大于变压器的分布电容，可有效旁路脉冲电压，而对于电动汽车直流而言，则属于直流隔离，过压保护电路采用非线性电阻器防止对地过电压，两者结合使整个充电站系统实现网侧与用电回路的隔离以及N路充电终端间的相互隔离。
附图说明
图1是本发明的简要电路图。
图2是本发明多脉波整流电路的电路图。
图3是本发明非隔离降压变换器的电路图。
图4是本发明电压保护装置的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
见图1，一种10KV输入多路整流斩波一体化充电站，包括有10KV输入多绕组电力变压器1、N个大功率充电组件2、N个电压保护装置和N个充电终端3，N为多绕组电力变压器次级线圈的个数，每个大功率充电组件2均包括有顺次连接的多脉波整流电路和非隔离降压变换器，每个大功率充电组件2的多脉波整流电路的输入端与10KV输入多绕组电力变压器1某一次级线圈的输出端连接，每个大功率充电组件2的多脉波整流电路的输出端与对应的非隔离降压变换器的输入端连接，每个大功率充电组件2的非隔离降压变换器的输出端与某一充电终端3的输入端连接，每个电压保护装置连接于10KV输入多绕组电力变压器1对应的一个次级线圈上。
见图2，多脉波整流电路为由6个IGBT模块组成的三相可控整流桥，每个IGBT模块上均并联有阻尼二极管和整流电容，六个IGBT模块分别为第一IGBT模块Q1、第二IGBT模块Q2、第三IGBT模块Q3、第四IGBT模块Q4、第五IGBT模块Q5和第六IGBT模块Q6，第一IGBT模块Q1的发射极、第二IGBT模块Q2的集电极均与对应的一个次级线圈三相的第一输出端连接，第三IGBT模块Q3的发射极、第四IGBT模块Q4的集电极均与对应的一个次级线圈三相的第二输出端连接，第五IGBT模块Q5的发射极、第六IGBT模块Q6的集电极均与对应的一个次级线圈三相的第三输出端连接，第一IGBT模块Q1的集电极、第三IGBT模块Q3的集电极、第五IGBT模块Q5的集电极均与多脉波整流电路的正极输出端连接，第二IGBT模块Q2的发射极、第四IGBT模块Q4的发射极、第六IGBT模块Q6的发射极均与多脉波整流电路的负极输出端连接；10KV多绕组变压器次级三相输入，6组IGBT模块组成三相可控整流桥，采用多脉冲的驱动方式，可实现AC/DC和DC/AC的双向变换。
见图3，非隔离降压变换器包括有顺次连接的输入滤波电路、BUCK变换电路、输出滤波电路、第一组RCD吸收电路和第二组RCD吸收电路，输入滤波电路是由电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4组成，电阻R1的一端、电容C1的一端、电容C2的一端均与多脉波整流电路的正极输出端连接，电阻R2的一端、电容C3的一端、电容C4的一端均与多脉波整流电路的负极输出端连接，电阻R1的另一端、电阻R2的另一端、电容C1的另一端、电容C2的另一端、电容C3的另一端和电容C4的另一端相互连接，
BUCK变换电路是由滤波电容Cr1、充电电感L1、IGBT模组、充电电感L2和滤波电容Cr2组成，IGBT模组包括有IGBT模块M1和IGBT模块M2，滤波电容Cr1的一端、充电电感L1的一端多脉波整流电路的正极输出端连接，充电电感L2的一端、IGBT模块M1的发射极均与IGBT模块M2的集电极连接，电感L2的另一端连接滤波电容Cr2的一端，滤波电容Cr1的另一端、滤波电容Cr2的另一端、IGBT模块M2的发射极均与多脉波整流电路的负极输出端连接；
第一组RCD吸收电路包括有电阻R3、二极管D1、二极管D2、电容C5、电容C6、电容C7和电容C8，所述的电阻R3的一端、二极管D1的正极、二极管D2的正极均连接IGBT模块M1的集电极，电容C5的一端、电容C6的一端、电容C7的一端和电容C8的一端均连接多脉波整流电路的负极输出端，二极管D1的负极、二极管D2的负极、电容C5的另一端、电容C6的另一端、电容C7的另一端、电容C8的另一端均与电阻R3的另一端连接；
第二组RCD吸收电路包括有电阻R4、二极管D3、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12和电容C13，电阻R4的一端、二极管D3的正极连接充电电感L1的另一端，电容C9的一端、电容C10的一端、电容C11的一端、电容C12的一端、电容C13的一端均连接IGBT模块M2的集电极，二极管D3的负极、电容C9的另一端、电容C10的另一端、电容C11的另一端、电容C12的另一端、电容C13的另一端均连接电阻R4的另一端；
输出滤波电路连接于充电终端与滤波电容Cr2之间，包括有并联的电容C17、电容C18、电容C19、电容C20以及与并联电容串联的EMI滤波器；
非隔离降压变换器的BUCK变换电路和输出滤波电路之间还连接有输出接触器KM1、预充电阻R5、串联的三个采样电阻R6、R7和R8、以及三个电容C14、C15和C16，预充电阻R5防止启动电流过大给电池造成损伤，三个采样电阻R6、R7和R8采集输出电压，三个电容C14、C15和C16用于稳定输出电压；
输入滤波电路稳定输入电压，BUCK变换电路进行电压变换，第一组RCD吸收电路和第二组RCD吸收电路保证IBGT模组正常工作，输出滤波电路稳定输出电压。
见图4，电压保护装置均包括有RC接地电路和过压保护电路，RC接地电路包括有串联的接地电阻R9和接地电容C21，对应的一个次级线圈三相输入端均通过RC接地电路接地，过压保护电路包括有三个非线性电阻器R10、R11和R12，三个非线性电阻器R10、R11和R12的一端分别一一对应连接次级线圈的三相输出端，三个非线性电阻器R10、R11和R12的另一端均接地。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种10KV输入多路整流斩波一体化充电站，其特征在于：包括有10KV输入多绕组电力变压器、N个大功率充电组件、N个电压保护装置和N个充电终端，N为多绕组电力变压器次级线圈的个数，每个大功率充电组件均包括有顺次连接的多脉波整流电路和非隔离降压变换器，每个大功率充电组件的多脉波整流电路的输入端与10KV输入多绕组电力变压器某一次级线圈的输出端连接，每个大功率充电组件的多脉波整流电路的输出端与对应的非隔离降压变换器的输入端连接，每个大功率充电组件的非隔离降压变换器的输出端与某一充电终端的输入端连接，每个电压保护装置连接于10KV输入多绕组电力变压器对应的一个次级线圈上；
所述的多脉波整流电路为由6个IGBT模块组成的三相可控整流桥，六个IGBT模块分别为第一IGBT模块、第二IGBT模块、第三IGBT模块、第四IGBT模块、第五IGBT模块和第六IGBT模块，第一IGBT模块的发射极、第二IGBT模块的集电极均与对应的一个次级线圈三相的第一输出端连接，第三IGBT模块的发射极、第四IGBT模块的集电极均与对应的一个次级线圈三相的第二输出端连接，第五IGBT模块的发射极、第六IGBT模块的集电极均与对应的一个次级线圈三相的第三输出端连接，所述的第一IGBT模块的集电极、第三IGBT模块的集电极、第五IGBT模块的集电极均与多脉波整流电路的正极输出端连接，第二IGBT模块的发射极、第四IGBT模块的发射极、第六IGBT模块的发射极均与多脉波整流电路的负极输出端连接；
所述的非隔离降压变换器包括有顺次连接的输入滤波电路、BUCK变换电路、第一组RCD吸收电路、第二组RCD吸收电路和输出滤波电路，所述的输入滤波电路是由电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4组成，电阻R1的一端、电容C1的一端、电容C2的一端均与多脉波整流电路的正极输出端连接，电阻R2的一端、电容C3的一端、电容C4的一端均与多脉波整流电路的负极输出端连接，电阻R1的另一端、电阻R2的另一端、电容C1的另一端、电容C2的另一端、电容C3的另一端和电容C4的另一端相互连接；
所述的BUCK变换电路是由滤波电容Cr1、充电电感L1、IGBT模组、充电电感L2和滤波电容Cr2组成，IGBT模组包括有IGBT模块M1和IGBT模块M2，滤波电容Cr1的一端、充电电感L1的一端多脉波整流电路的正极输出端连接，充电电感L1的另一端、充电电感L2的一端、IGBT模块M2的集电极均连接IGBT模块M1的发射极，电感L2的另一端连接滤波电容Cr2的一端，滤波电容Cr1的另一端、滤波电容Cr2的另一端、IGBT模块M2的发射极、IGBT模块M1的集电极均与多脉波整流电路的负极输出端连接；
所述的第一组RCD吸收电路连接于IGBT模块M1的集电极和多脉波整流电路的负极输出端之间，滤波电容Cr1的另一端、滤波电容Cr2的另一端、IGBT模块M2的发射极均与多脉波整流电路的负极输出端连接，所述的第二组RCD吸收电路连接于充电电感L1的另一端和IGBT模块M2的集电极之间，充电电感L2的一端、IGBT模块M1的发射极均与IGBT模块M2的集电极连接；
所述的输出滤波电路连接于充电终端与滤波电容Cr2之间；
每个电压保护装置均包括有RC接地电路和过压保护电路，RC接地电路包括有串联的接地电阻和接地电容，所述的对应的一个次级线圈三相输入端均通过RC接地电路接地，所述的过压保护电路包括有三个非线性电阻器，三个非线性电阻器的一端分别一一对应连接次级线圈的三相输出端，三个非线性电阻器的另一端均接地。
2.根据权利要求1所述的一种10KV输入多路整流斩波一体化充电站，其特征在于：所述的多脉波整流电路的每个IGBT模块上均并联有阻尼二极管和整流电容。
3.根据权利要求1所述的一种10KV输入多路整流斩波一体化充电站，其特征在于：所述的非隔离降压变换器的BUCK变换电路和输出滤波电路之间连接有输出接触器KM1。
4.根据权利要求1所述的一种10KV输入多路整流斩波一体化充电站，其特征在于：所述的第一组RCD吸收电路包括有电阻R3、二极管D1、二极管D2、电容C5、电容C6、电容C7和电容C8，所述的电阻R3的一端、二极管D1的正极、二极管D2的正极均连接IGBT模块M1的集电极，电容C5的一端、电容C6的一端、电容C7的一端和电容C8的一端均连接多脉波整流电路的负极输出端，二极管D1的负极、二极管D2的负极、电容C5的另一端、电容C6的另一端、电容C7的另一端、电容C8的另一端均与电阻R3的另一端连接。
5.根据权利要求1所述的一种10KV输入多路整流斩波一体化充电站，其特征在于：所述的第二组RCD吸收电路包括有电阻R4、二极管D3、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12和电容C13，电阻R4的一端、二极管D3的正极连接充电电感L1的另一端，电容C9的一端、电容C10的一端、电容C11的一端、电容C12的一端、电容C13的一端均连接IGBT模块M2的集电极，二极管D3的负极、电容C9的另一端、电容C10的另一端、电容C11的另一端、电容C12的另一端、电容C13的另一端均连接电阻R4的另一端。
6.根据权利要求1所述的一种10KV输入多路整流斩波一体化充电站，其特征在于：所述的输出滤波电路包括有多个并联的电容以及与并联电容串联的EMI滤波器。
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