CN201656508U - 电动汽车充电设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动汽车充电设备，要解决的技术问题是延长电动汽车蓄电池的使用寿命。本实用新型采用以下方案：一种电动汽车充电设备，由顺序连接的电源输入模块、功率因数校正模块、DC/DC变换器模块、正负极脉冲模块和输入/输出端组成。本实用新型与现有技术相比，采用正负脉冲组合活化充电，延长电动汽车蓄电池的使用寿命。

Description

电动汽车充电设备

技术领域

本实用新型涉及一种充电设备，特别是一种电动汽车充电设备。

背景技术

目前，中国已经成为全球第一大汽车市场，如果中国的汽车业以当前12％的年均增长率发展，到2030年，中国的乘用车总量可达2.87亿辆，约占当时世界汽车总量的30％，如此庞大的汽车保有数量将对能源和环境产生巨大压力，如果电动汽车在2030年占中国全部乘用车的30％，届时中国将节省其石油总需求量的10％，目前的电动汽车充电设备普遍采用恒压、恒流充电，而目前电动汽车所用的免维护铅酸蓄电池在长期浮充状态下会出现活性物质脱落，电解液干涸、栅极腐蚀、极板变形及硫化现象，影响蓄电池的使用寿命。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种电动汽车充电设备，要解决的技术问题是延长电动汽车蓄电池的使用寿命。

本实用新型采用以下技术方案：电动汽车充电设备由顺序连接的电源输入模块、功率因数校正模块、DC/DC变换器模块、正负极脉冲模块和输入/输出端组成。

本实用新型的输入/输出端连接显示模块，显示模块还分别与触摸按键、读卡器连接。

本实用新型的正负脉冲模块的第一三极管的发射极和第三三极管的发射极与DC/DC变换器模块输出直流电压的正极相连，第一三极管的集电极接蓄电池的正极，基极经第四电阻与第四三极管的集电极相连；第四三极管的发射极分别接地及DC/DC变换器的负极，基极接微控制器的脉宽调制1端口，第三三极管的发射极经限流器接蓄电池的正极，基极接微控制器的脉宽调制2端口，第二三极管的集电极经第一电阻分别接蓄电池的正极及第一三极管的集电极，发射极分别接地及DC/DC变换器的负极，基极接微控制器的脉宽调制3端口，第二电阻一端分别接蓄电池正极及第一三极管的集电极，另一端一路经第三电阻接地及DC/DC变换器的负极，另一路与微控制器的Vsense端口相连，蓄电池的负极一路经电流检测电阻分别接地及DC/DC变换器的负极，另一路接运算放大器的输入端，输出端接微控制器，所述微控制器还接有温度传感器。

本实用新型的电源输入模块的三相电源经串联的保险丝、浪涌抑制电路、电磁干扰滤波器、抑制开机电流电路后输出给功率因数校正模块；所述三相电源U、V、W分别经第三保险丝、第二保险丝和第一保险丝送入由U、V两相之间连接的第一压敏电阻，V、W两相之间连接的第二压敏电阻，U、W两相之间连接的第三压敏电阻组成的浪涌抑制电路；所述电磁干扰滤波器由分别串接在每相中的第一滤波电感、第二滤波电感、第三滤波电感和滤波电感两端、每相与地之间连接的第一至第六滤波电容以及滤波电感的后端、每两相之间连接的第一至第三相间滤波电容组成；所述抑制开机电流电路由分别串联在每相电路中并联的第十一电阻和第一继电器的触点、第十二电阻和第二继电器的触点、第十三电阻和第三继电器的触点组成。

本实用新型的功率因数校正模块采用3个单相功率因数校正电路在输出端并联输出的电路，每个单相的全桥整流输出正电压端经第三十一电感分别与第三十一二极管的正极和第三十一功率开关管的漏极相连；全桥整流输出负电压端经第三十二电感分别与第三十二二极管的负极和第三十一功率开关管的源极相连；第三十一二极管的负极经并联的输出滤波电容和后级负载与第三十二二极管的正极相连。

本实用新型的DC/DC变换器模块采用移相控制全桥变换器，输入电压的正极分别与第一功率开关管的漏极、第一电容、第二功率开关管的漏极相连，第一电容的另一端分别与第一功率开关管的源极、第三功率开关管的漏极、第二电容、变压器的A端相连，第二电容的另一端分别与第三功率开关管的源极、输入电压的负极、第四功率开关管的源极相连，第四功率开关管的漏极分别与第二功率开关管的源极、变压器的B端相连；变压器输出侧A同名端分别与第一二极管的正极和第三二极管的负极相连，变压器输出侧B同名端分别与第二二极管的正极和第四二极管的负极相连；第一二极管的负极分别与第二二极管的负极和第三电容相连并通过第四十二电感分别与第六二极管的负极、第四电容、后级负载相连；第三电容的另一端分别与第六二极管的正极和第五二极管的负极相连，第四电容的另一端分别与第三二极管的正极、第四二极管的正极、第五二极管的正极和后级负载的另一端相连。

本实用新型与现有技术相比，采用正负脉冲组合活化充电，延长电动汽车蓄电池的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型的电路框图。

图2是本实用新型实施例的电源输入模块电路图。

图3是本实用新型实施例的功率因数校正模块电路图。

图4是本实用新型实施例的DC/DC变换器模块电路图。

图5是本实用新型实施例的正负脉冲模块电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型的电动汽车充电设备，具有顺序连接的电源输入模块、功率因数校正模块、DC/DC变换器模块、正负极脉冲模块、输入/输出端，输入/输出端连接显示模块，显示模块还分别与触摸按键、读卡器连接。

三相交流电经过电源输入模块后输出给功率因数校正模块，经过功率因数校正后输出高压直流电给DC/DC变换器模块，DC/DC变换器模块将高压直流电变换成合适电压的直流电输出给正负极脉冲模块，正负脉冲模块用正负组合脉冲对蓄电池进行充电，正负脉冲模块通过输入/输出端连接显示模块，显示模块还分别与触摸按键、读卡器连接以实现智能计费。

如图2所示，电源输入模块由保险丝、浪涌抑制电路、电磁干扰滤波器、抑制开机电流电路构成。三相电源经串联的保险丝、浪涌抑制电路、电磁干扰滤波器、抑制开机电流电路后输出给功率因数校正模块。三相电源U、V、W分别经第三保险丝F3、第二保险丝F2和第一保险丝F1送入由U、V两相之间连接的第一压敏电阻MOV1，V、W两相之间连接的第二压敏电阻MOV2，U、W两相之间连接的第三压敏电阻MOV3组成的浪涌抑制电路，对输电线路中的浪涌电压进行吸收。电磁干扰滤波器由分别串接在每相中的第一滤波电感L1、第二滤波电感L2、第三滤波电感L3和滤波电感两端、每相与地之间连接的第一至第六滤波电容CY1～CY6以及滤波电感的后端、每两相之间连接的第一至第三相间滤波电容CX1～CX3组成，用以对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制。所述抑制开机电流电路由分别串联在每相电路中并联的第十一电阻R11和第一继电器K1的触点、第十二电阻R12和第二继电器K2的触点、第十三电阻R13和第三继电器K3的触点组成，用以抑制开机电流，从而有效的避免大电流冲击，延长设备使用寿命。

如图3所示，功率因数校正模块采用3个单相功率因数校正电路，在其输出端并联输出。每个单相功率因数校正电路的全桥整流输出正电压端经第三十一电感L31分别与第三十一二极管D31的正极和第三十一功率开关管S31的漏极相连；全桥整流输出负电压端经第三十二电感L32分别与第三十二二极管D32的负极和第三十一功率开关管S31的源极相连；第三十一二极管D31的负极经并联的输出滤波电容Co和后级负载R与第三十二二极管D32的正极相连。第三十一电感L31、第三十一二极管D31、输出滤波电容Co和第三十一功率开关管S31组成典型的boost功率校正电路，R是后级负载，第三十二电感L32、第三十二二极管D32起隔离作用。功率因数校正的目的是为了避免充电站工作时产生的高次谐波对电网造成污染，减少无功功率损耗。

如图4所示，DC/DC变换器模块采用移相控制全桥变换器，输入电压VIN的正极分别与第一功率开关管S1的漏极、第一电容C1、第二功率开关管S2的漏极相连，第一电容C1的另一端分别与第一功率开关管S1的源极、第三功率开关管S3的漏极、第二电容C2、变压器T的A端相连。第二电容C2的另一端分别与第三功率开关管S3的源极、输入电压VIN的负极、第四功率开关管S4的源极相连，第四功率开关管S4的漏极分别与第二功率开关管S2的源极、变压器T的B端相连。变压器T输出侧A同名端分别与第一二极管D1的正极和第三二极管D3的负极相连，变压器T输出侧B同名端分别与第二二极管D2的正极和第四二极管D4的负极相连。第一二极管D1的负极分别与第二二极管D2的负极和第三电容C3相连并通过第四十二电感L42分别与第六二极管D6的负极、第四电容C4、负载RL相连。第三电容C3的另一端分别与第六二极管D6的正极和第五二极管D5的负极相连，第四电容C4的另一端分别与第三二极管D3的正极、第四二极管D4的正极、第五二极管D5的正极和负载RL(正负脉冲模块)的另一端相连。第三电容C3、第五二极管D5、第六二极管D6组成的辅助电路复位电流，实现了超前桥臂的ZVS和滞后桥臂的ZCS。VIN是功率因数校正电路的输出电压，第一电容C1、第二电容C2为超前桥臂的并联电容，Ls是变压器的漏感，第一至第四二极管D1～D4是整流二极管，第四电容C4为输出滤波电容。

工作时，首先第一功率开关管S1、第四功率开关管S4导通，原边向副边输出能量，第三电容C3被充电至最大值。关断第一功率开关管S1，原边电流Ip给第一电容C1充电，给第三电容C3放电，由于第一电容C1的存在，第一功率开关管S1为零电压关段，此时漏感和第四十二电感L42串联，共同提供能量；原边电压和副边电压均下降，当副边电压下降至箝位电容电压时，由于第三电容C3的作用，使变压器副边电压下降速度比原边慢，导致电压差，作用于漏感Ls使原边电流下降。第三电容C3放电至零，为第三功率开关管S3提供零电压开通的条件。二次侧感应电压作用于漏感Ls，加速了原边电流Ip的下降，直至Ip完全复位，开关切换方式为+1/0，0状态处于电流复位模式。第三电容C3提供负载电流，副边电压下降。第三电容C3放电完全，整流二极管D1～D4全部导通续流，在续流期间由于原边电流已经复位，此时关段第四功率开关管S4，开通第二功率开关管S2，由于漏感Ls原边电流不能突变，第四功率开关管S4零电流关段，第二功率开关管S2零电流开通。

如图5所示，第一三极管Q1的发射极和第三三极管Q3的发射极与DC/DC变换器模块输出直流电压的正极相连，第一三极管Q1的集电极接蓄电池(被充电电池)的正极，基极经第四电阻R4与第四三极管Q4的集电极相连。第四三极管Q4的发射极分别接地及DC/DC变换器的负极，基极接微控制器MCU的脉宽调制PWM1端口，第三三极管Q3的发射极经限流器接蓄电池的正极，基极接微控制器MCU的PWM2端口，第二三极管Q2的集电极经第一电阻R1分别接蓄电池的正极及第一三极管Q1的集电极，发射极分别接地及DC/DC变换器的负极，基极接微控制器MCU的PWM3端口，第二电阻R2一端分别接蓄电池正极及第一三极管Q1的集电极，另一端一路经第三电阻R3接地及DC/DC变换器的负极，另一路与微控制器MCU的Vsense端口相连，蓄电池的负极一路经电流检测电阻Rsense分别接地及DC/DC变换器的负极，另一路接运算放大器U2的输入端，输出端接微控制器MCU，所述微控制器MCU还接有温度传感器TH1。

第一三极管Q1用以给电池提供正脉冲充电，第二三极管Q2和第一电阻R1对蓄电池进行放电，第三三极管Q3对电池进行修复性充电，第三三极管Q3输出端接有限流器。第二电阻R2、第三电阻R3组成电压检测电路，当微处理器MCU检测到被充电的蓄电池电压太低时，蓄电池不适合立刻进行大电流充电，这时需要以较小的恒定电流给蓄电池作修复性充电。只有当蓄电池电压上升到一定值时，第一三极管Q1才能给电池提供大电流正脉冲充电；电流检测电阻Rsense和运算放大器U2用来在均充时设定恒定充电电流。温度传感器TH1用来检测蓄电池的温度，用以调整正脉冲充电时间。

工作时，首先微控制器MCU通过第二电阻R2、第三电阻R3组成的电压检测电路检测电动汽车蓄电池组的电压，当检测的电压低于预设值时，表明蓄电池放电过度，需修复。此时微控制器MCU的PWM2端口输出信号驱动第三三极管Q3导通，通过限流器后对蓄电池进行修复充电。微控制器MCU通过电流检测电阻Rsense和运算放大器U2组成的电流检测电路检测流过蓄电池的电流，通过PWM2端口来控制第三三极管Q3的导通率来控制充电电流，实现小电流恒流充电。当微控制器MCU检测到蓄电池电压达到预设值时，PWM2端口输出截止，第三三极管Q3截止，停止小电流恒流充电；同时微控制器MCU的PWM1端口输出PWM正脉冲信号，通过驱动第四三极管Q4使第一三极管Q1导通，对蓄电池进行正脉冲充电。在每个正脉冲截止时微控制器MCU的PWM3输出一个脉冲，第二三极管Q2短时导通，通过第一电阻R1使蓄电池放电。温度传感器TH1用来检测蓄电池的温度，当温度达到预定值时停止充电，保护蓄电池。

本实用新型通过在电动汽车充电设备中加入具备蓄电池活化功能的正负脉冲模块，延长了蓄电池寿命，减少了蓄电池的更换，从而可以减少资源的消耗以及对环境的污染。适用于为铅酸蓄电池充电。

Claims (6)

1.一种电动汽车充电设备，其特征在于：所述电动汽车充电设备由顺序连接的电源输入模块、功率因数校正模块、DC/DC变换器模块、正负极脉冲模块和输入/输出端组成。

2.根据权利要求1所述的电动汽车充电设备，其特征在于：所述输入/输出端连接显示模块，显示模块还分别与触摸按键、读卡器连接。

3.根据权利要求2所述的电动汽车充电设备，其特征在于：所述正负脉冲模块的第一三极管(Q1)的发射极和第三三极管(Q3)的发射极与DC/DC变换器模块输出直流电压的正极相连，第一三极管(Q1)的集电极接蓄电池的正极，基极经第四电阻(R4)与第四三极管(Q4)的集电极相连；第四三极管(Q4)的发射极分别接地及DC/DC变换器的负极，基极接微控制器(MCU)的脉宽调制1(PWM1)端口，第三三极管(Q3)的发射极经限流器接蓄电池的正极，基极接微控制器(MCU)的脉宽调制2(PWM2)端口，第二三极管(Q2)的集电极经第一电阻(R1)分别接蓄电池的正极及第一三极管(Q1)的集电极，发射极分别接地及DC/DC变换器的负极，基极接微控制器(MCU)的脉宽调制3(PWM3)端口，第二电阻(R2)一端分别接蓄电池正极及第一三极管(Q1)的集电极，另一端一路经第三电阻(R3)接地及DC/DC变换器的负极，另一路与微控制器(MCU)的Vsense端口相连，蓄电池的负极一路经电流检测电阻(Rsense)分别接地及DC/DC变换器的负极，另一路接运算放大器(U2)的输入端，输出端接微控制器(MCU)，所述微控制器(MCU)还接有温度传感器(TH1)。

4.根据权利要求3所述的电动汽车充电设备，其特征在于：所述电源输入模块的三相电源经串联的保险丝、浪涌抑制电路、电磁干扰滤波器、抑制开机电流电路后输出给功率因数校正模块；所述三相电源U、V、W分别经第三保险丝(F3)、第二保险丝(F2)和第一保险丝(F1)送入由U、V两相之间连接的第一压敏电阻(MOV1)，V、W两相之间连接的第二压敏电阻(MOV2)，U、W两相之间连接的第三压敏电阻(MOV3)组成的浪涌抑制电路；所述电磁干扰滤波器由分别串接在每相中的第一滤波电感(L1)、第二滤波电感(L2)、第三滤波电感(L3)和滤波电感两端、每相与地之间连接的第一至第六滤波电容(CY1～CY6)以及滤波电感的后端、每两相之间连接的第一至第三相间滤波电容(CX1～CX3)组成；所述抑制开机电流电路由分别串联在每相电路中并联的第十一电阻(R11)和第一继电器(K1)的触点、第十二电阻(R12)和第二继电器(K2)的触点、第十三电阻(R13)和第三继电器(K3)的触点组成。

5.根据权利要求4所述的电动汽车充电设备，其特征在于：所述功率因数校正模块采用3个单相功率因数校正电路在输出端并联输出的电路，每个单相的全桥整流输出正电压端经第三十一电感(L31)分别与第三十一二极管(D31)的正极和第三十一功率开关管(S31)的漏极相连；全桥整流输出负电压端经第三十二电感(L32)分别与第三十二二极管(D32)的负极和第三十一功率开关管(S31)的源极相连；第三十一二极管(D31)的负极经并联的输出滤波电容(Co)和后级负载(R)与第三十二二极管(D32)的正极相连。

6.根据权利要求5所述的电动汽车充电设备，其特征在于：所述DC/DC变换器模块采用移相控制全桥变换器，输入电压(VIN)的正极分别与第一功率开关管(S1)的漏极、第一电容(C1)、第二功率开关管(S2)的漏极相连，第一电容(C1)的另一端分别与第一功率开关管(S1)的源极、第三功率开关管(S3)的漏极、第二电容(C2)、变压器(T)的A端相连，第二电容(C2)的另一端分别与第三功率开关管(S3)的源极、输入电压(VIN)的负极、第四功率开关管(S4)的源极相连，第四功率开关管(S4)的漏极分别与第二功率开关管(S2)的源极、变压器(T)的B端相连；变压器(T)输出侧A同名端分别与第一二极管(D1)的正极和第三二极管(D3)的负极相连，变压器(T)输出侧B同名端分别与第二二极管(D2)的正极和第四二极管(D4)的负极相连；第一二极管(D1)的负极分别与第二二极管(D2)的负极和第三电容(C3)相连并通过第四十二电感(L42)分别与第六二极管(D6)的负极、第四电容(C4)、负载(RL)相连；第三电容(C3)的另一端分别与第六二极管(D6)的正极和第五二极管(D5)的负极相连，第四电容(C4)的另一端分别与第三二极管(D3)的正极、第四二极管(D4)的正极、第五二极管(D5)的正极和负载(RL)的另一端相连。

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