CN112953235A - 一种用于超级电容公交车的大功率隔离型多模块并联的充电电源 - Google Patents

一种用于超级电容公交车的大功率隔离型多模块并联的充电电源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于超级电容公交车的大功率隔离型多模块并联的充电电源，涉及新能源汽车技术领域，包括输入隔离开关QS1、输入熔断器FU1、预充电回路、输入接触器KM01、输入放电电阻R2、DC/DC模块组件、防反二极管模块VD1，采用ZVS移相全桥软开关电路，多个DC/DC模块并联连接，可以实现冗余设计，大大地降低了电力电子器件由于开关带来的开关损耗，提高了充电效率。该电源每个模块可独立运行，冗余性好，且实现了系统输入输出完全隔离，具有安全性能好，输出电压稳定性好，充电速度快，效率高，纹波系数小等。

Description

一种用于超级电容公交车的大功率隔离型多模块并联的充电 电源
技术领域
本发明专利涉及新能源汽车技术领域，具体涉及一种用于超级电容公交车的大功率隔离型多模块并联的充电电源。
背景技术
随着新能源技术的不断发展，大量的新能源公交车在各个城市中投入运营。电动公交车作为新能源公交车的一种，是以车载电源为动力，并选配合适的车载蓄电池提供电能驱动行驶的公交车，具备节电、省油、低排放的优势。
超级电容公交车是电动公交车的变种，是以超级电容作为储能元件，在候车站安置快速充电电源，利用公交车停靠站、乘客上下车的30秒内完成充电，使公交车在城市内全线路离线运行的环保节能型电动公交车。
超级电容公交车利用公交车站台作为充电站，充分利用公交车在行驶途中的停靠时间进行电能补给，在公交车站台停靠时，需要利用公交车停靠时间进行电能补充，但目前大多的充电桩依然存在功率小，充电速度慢，输出电压稳定性差，纹波系数大等缺点，因此如何提高超级电容公交车停靠时的电能补充，充电过程中保证乘客安全，提高充电效率，改善供电质量，是亟需解决的问题。
附图说明
图1为本发明专利的充电电源系统设计图；
图2为本发明专利的移相全桥模块电路图；
图3为本发明专利的电路结构原理图；
图4为本发明专利的控制结构图。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于超级电容公交车的大功率隔离型多模块并联的充电电源，以解决上述背景技术中提到的问题。
一种用于超级电容公交车的大功率隔离型多模块并联的充电电源，包括输入隔离开关QS1、输入熔断器FU1、预充电回路、输入接触器KM01、输入放电电阻R2、DC/DC模块组件、防反二极管模块VD1；
所述输入隔离开关QS1的输入端与输入电源连接，所述输入隔离开关QS1的输出端与输入熔断器FU1连接，所述输入熔断器FU1的输出端与预充电回路的输入端连接，所述预充电回路的输出端与DC/DC模块组件的输入端连接，所述DC/DC模块组件的输出端并联有滤波电容C2以及输出放电电阻R3，所述输出放电电阻R3的正极输出端与防反二极管模块VD1的阳极连接，所述防反二极管VD1的阴极与充电电源接头的一端连接，所述充电电源接头的另一端与输出放电电阻R3的负极输出端连接。
优选的，所述预充电回路由预充电熔断器、预充电接触器以及预充电电阻串联而成。
优选的，所述DC/DC模块组件由4组DC/DC模块并联组成，所述DC/DC模块均采用ZVS移相全桥软开关电路。
优选的，所述DC/DC模块的支路的正极输出侧均串联有滤波电抗器、熔断器以及直流接触器。
优选的，所述ZVS移相全桥软开关电路采用变压器隔离，变压器为降压变压器。
优选的，所述ZVS移相全桥软开关电路的一次侧包括隔直电容C3、串联电感La、高频隔离变压器T以及4个绝缘栅双极型晶体管T1、T2、T3、T4，所述T1与T2为超前臂，所述T3以及T4为滞后臂，同一个桥臂上下两个管互补导通，所述T1、T2、T3以及T4上均反并联有二极管，所述T1的两端以及T2的两端均并联有吸收电容，所述隔直电容C3与串联电感La构成了谐振回路，所述ZVS移相全桥软开关电路的二次侧采用双回路整流二极管串联方式，包括两个绕组，两个桥式整流器、两个绕组分别与两个桥式整流器的输入端连接，两个桥式整流器输出端串联，所述ZVS移相全桥软开关电路的二次侧还设置有RCD吸收回路以及输出滤波回路。
优选的，充电电源输入侧配备有逆变器以及输入防雷模块，充电电源输出侧安装有绝缘检测模块以及输出防雷模块。
本发明的优点在于：采用ZVS移相全桥软开关电路，多个DC/DC模块并联连接，可以实现冗余设计，大大地降低了电力电子器件由于开关带来的开关损耗，提高了充电效率。该电源每个模块可独立运行，冗余性好，且实现了系统输入输出完全隔离，具有安全性能好，输出电压稳定性好，充电速度快，效率高，纹波系数小等。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
一种用于超级电容公交车的大功率隔离型多模块并联的充电电源，包括输入隔离开关QS1、输入熔断器FU1、预充电回路、输入接触器KM01、输入放电电阻R2、DC/DC模块组件、防反二极管模块VD1；
所述输入隔离开关QS1的输入端与输入电源连接，所述输入隔离开关QS1的输出端与输入熔断器FU1连接，所述输入熔断器FU1的输出端与预充电回路的输入端连接，所述预充电回路的输出端与DC/DC模块组件的输入端连接，所述DC/DC模块组件的输出端并联有滤波电容C2以及输出放电电阻R3，所述输出放电电阻R3的正极输出端与防反二极管模块VD1的阳极连接，所述防反二极管VD1的阴极与充电电源接头的一端连接，所述充电电源接头的另一端与输出放电电阻R3的负极输出端连接。
在本实施例中，所述预充电回路由预充电熔断器、预充电接触器以及预充电电阻串联而成。该电路主要作用为直流母排电容预储电能。当DC/DC模块接通的瞬间，由于DC/DC模块内电容两端电压起初为0，此时会产生很大的冲击电流，电源压降增大，形成对电网的干扰，所以通过预充电回路减小电容的充电电流。
在本实施例中，所述DC/DC模块组件由4组DC/DC模块并联组成，所述DC/DC模块均采用ZVS移相全桥软开关电路。每个模块可以单独工作，如果其中一个模块故障而停止工作，其他模块不受影响，可以继续工作，实现了冗余设计。
在本实施例中，所述DC/DC模块的支路的正极输出侧均串联有滤波电抗器、熔断器以及直流接触器。每个模块支路输出侧设计一个滤波电抗器，使得输出波形得到滤波，纹波电流大大降低，输出电压波形稳定；每个模块支路输出侧设计一个熔断器和直流接触器，如任何一个支路出现过流、过压时，及时保护支路，切除故障。
在本实施例中，所述ZVS移相全桥软开关电路采用变压器隔离，变压器为降压变压器。确保了输入输出隔离，保证充电安全性。
在本实施例中，所述ZVS移相全桥软开关电路的一次侧包括隔直电容C3、串联电感La、高频隔离变压器T以及4个绝缘栅双极型晶体管T1、T2、T3、T4，所述T1与T2为超前臂，所述T3以及T4为滞后臂，同一个桥臂上下两个管互补导通，所述T1、T2、T3以及T4上均反并联有二极管，所述T1的两端以及T2的两端均并联有吸收电容，所述隔直电容C3与串联电感La构成了谐振回路。
所述ZVS移相全桥软开关电路的二次侧采用双回路整流二极管串联方式，目的是为了降低二次整流二极管的电压应力，其中包括两个绕组，两个桥式整流器、两个绕组分别与两个桥式整流器的输入端连接，两个桥式整流器输出端串联，所述ZVS移相全桥软开关电路的二次侧还设置有RCD吸收回路以及输出滤波回路。RCD吸收回路用于减缓功率管关断时电压的上升速度，减小关断损耗。
在本实施例中，充电电源输入侧配备有逆变器以及输入防雷模块，充电电源输出侧安装有绝缘检测模块以及输出防雷模块。
工作过程及其原理：
如图1所示直流电网经隔离开关输入，接入输入熔断器FU1，然后通过预充电回路给模块支撑电容预充电，然后合上直流接触器KM01，直流电压经过多个DC/DC模块(ZVS移相全桥软开关电路)并联输出，每个DC/DC模块支路输出侧设计一个滤波电抗器(L1～Ln)，使得输出波形得到滤波，纹波电流大大降低，输出电压波形稳定；每个模块支路输出侧设计一个熔断器和直流接触器，如任何一个支路出现过流、过压时，及时保护支路，切除故障。经过滤波电抗器(L1～Ln)与滤波电容C2组成的滤波电路滤波后调制成充电电源所需的电压。
在充电电源输出侧安装绝缘检测模块，用于在线监测超级电容公交车高压直流系统正负极对地绝缘电阻值，其基于不平衡电桥原理，避免了平衡电桥在正负极同时存在接地故障无法检测的问题；能够在直流电压大幅度变化的情况下，精确测量电阻值，并且测量周期短，采用自适应调节测量时间的方法，避免正负极对地电容的影响，实时监测车辆高压系统对车辆的电气绝缘性能，确保车辆在绝缘状态下运行，最大程度保障乘客人身安全、电气设备正常工作以及车辆安全运行。
增加输入防雷与输出防雷，减少雷电对充电电源的整体电路的影响，输入侧配备有逆变器供控制回路交流供电使用。
如图2所示为本发明专利的DC/DC模块的电路图，T1～T4分别为超前臂IGBT和滞后臂IGBT，D1～D4为IGBT的反并联二极管，C1、C2分别为超前臂的吸收电容，滞后臂不加吸收电容；C3、La和T分别为隔直电容、串联电感和高频隔离变压器，其中隔直电容和串联电感构成了谐振回路，D5～D8以及D10～D13为两个整流桥电路；(D9、C4和Rb)与(D14、C6与Rc)为两组RCD吸收回路，用于减缓功率管关断时电压的上升速度，减小关断损耗。Lb和C5、Lc和C7构成输出滤波回路；T1和T2管分别超前T3和T4管，同一个桥臂上下两个管互补导通，通过调节T1和T4或T2和T3的导通移相角调节输出值的大小。
图4为本发明专利的控制结构图，4组移相全桥软开关DC/DC功率模块并联，ARP平台总控，模块自动均流。ARP平台实现总控制、保护功能、绝缘检测、上位机通讯功能和输出输入直流接触器控制。板载控制器实现测控功能，分别采集每个模块输出电流、温度、IGBT驱动故障，通过CAN总线上传ARP平台。绝缘检测通过模块实现，并与ARP平台通过CAN总线实现通信；PMMU模块实现总输出电流、输出电压、输入电压采样，PWM脉冲调制，汇总后的IGBT驱动故障处理。脉冲分配板将PMMU输出PWM光纤信号分配到每个功率模块，并将IGBT驱动故障信号汇总后，回传PMMU。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (7)

1.一种用于超级电容公交车的大功率隔离型多模块并联的充电电源，其特征在于，包括输入隔离开关QS1、输入熔断器FU1、预充电回路、输入接触器KM01、输入放电电阻R2、DC/DC模块组件、防反二极管模块VD1；
所述输入隔离开关QS1的输入端与输入电源连接，所述输入隔离开关QS1的输出端与输入熔断器FU1连接，所述输入熔断器FU1的输出端与预充电回路的输入端连接，所述预充电回路的输出端与DC/DC模块组件的输入端连接，所述DC/DC模块组件的输出端并联有滤波电容C2以及输出放电电阻R3，所述输出放电电阻R3的正极输出端与防反二极管模块VD1的阳极连接，所述防反二极管VD1的阴极与充电电源接头的一端连接，所述充电电源接头的另一端与输出放电电阻R3的负极输出端连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于超级电容公交车的大功率隔离型多模块并联的充电电源，其特征在于，所述预充电回路由预充电熔断器、预充电接触器以及预充电电阻串联而成。
3.根据权利要求1所述的一种用于超级电容公交车的大功率隔离型多模块并联的充电电源，其特征在于，所述DC/DC模块组件由4组DC/DC模块并联组成，所述DC/DC模块均采用ZVS移相全桥软开关电路。
4.根据权利要求3所述的一种用于超级电容公交车的大功率隔离型多模块并联的充电电源，其特征在于，所述DC/DC模块的支路的正极输出侧均串联有滤波电抗器、熔断器以及直流接触器。
5.根据权利要求3所述的一种用于超级电容公交车的大功率隔离型多模块并联的充电电源，其特征在于，所述ZVS移相全桥软开关电路采用变压器隔离，变压器为降压变压器。
6.根据权利要求3所述的一种用于超级电容公交车的大功率隔离型多模块并联的充电电源，其特征在于，所述ZVS移相全桥软开关电路的一次侧包括隔直电容C3、串联电感La、高频隔离变压器T以及4个绝缘栅双极型晶体管T1、T2、T3、T4，所述T1与T2为超前臂，所述T3以及T4为滞后臂，同一个桥臂上下两个管互补导通，所述T1、T2、T3以及T4上均反并联有二极管，所述T1的两端以及T2的两端均并联有吸收电容，所述隔直电容C3与串联电感La构成了谐振回路，所述ZVS移相全桥软开关电路的二次侧采用双回路整流二极管串联方式，包括两个绕组，两个桥式整流器、两个绕组分别与两个桥式整流器的输入端连接，两个桥式整流器输出端串联，所述ZVS移相全桥软开关电路的二次侧还设置有RCD吸收回路以及输出滤波回路。
7.根据权利要求1所述的一种用于超级电容公交车的大功率隔离型多模块并联的充电电源，其特征在于，充电电源输入侧配备有逆变器以及输入防雷模块，充电电源输出侧安装有绝缘检测模块以及输出防雷模块。
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