CN204258406U - 一种低电压宽输出范围的电动汽车充放电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种低电压宽输出范围的电动汽车充放电机，包括主功率回路机构和控制回路机构；主功率回路接机构包括整流变换单元和直流功率变换单元；整流变换单元包括依次连接的输入滤波电路、三相全控桥电路和支撑电容，直流功率变换单元包括三路直流变换模块，三路直流变换模块并联，直流变换模块包括依次连接的LLC谐振全桥电路、直流斩波电路和输出滤波电路，每组直流变换模块的 LLC谐振全桥电路均与支撑电容连接，每组直流变换模块的输出滤波电路分别与电动汽车电池不同的相连接；控制回路机构包括驱动电路、采样和保护电路、MCU控制器和人机界面。本实用新型加入了LLC谐振全桥电路，实现电动汽车充放电机在低压宽范围下工作。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种低电压宽输出范围的电动汽车充放电机，属于电力电子技术领域。
背景技术
汽车产业是我国国民经济的重要支柱产业之一，在国民经济和社会发展中发挥着重要作用。随着我国经济持续快速发展和城镇化进程的加速推进，预计今后较长时间内汽车需求量仍将保持增长势头，由此带来的能源紧张和环境污染问题将更加突出。电动汽车以电代油，能够实现零排放与低噪音，是解决能源和环境问题的重要手段。随着石油资源的紧张和动力电池技术的发展，电动汽车在性能和经济性方面已经接近甚至优于传统燃油汽车，并开始在世界范围内逐渐推广应用。以电动汽车为代表的新一代节能与环保汽车是汽车工业发展的必然趋势，已经成为普遍共识。
电动汽车充换电设施作为电动汽车能源补给的重要配套设施，是电动汽车推广普及的前提和基础，其技术发展水平以及规划建设直接影响电动汽车的产业化和推广应用。将电池更换站的大量电池作为分布式储能单元，通过研制可批量化推广应用的高效电池更换站用充放机，实现动力电池与电网能量和信息的双向互动，对电动汽车发展、电网安全稳定和智能电网建设有着重要意义。
目前国对充放电机进行相关的研究，也存在相关专利，如：电动汽车充放电机（CN203352206）提出了一种基于模糊控制的充放电机；一种智能化成充放电机（CN202084960）提出一种长周期自适应变脉宽间歇脉冲充电方式等。但目前市场上小型轿车式电动汽车配置的电池电压范围一般在72V~150V，这些专利存在的问题是当系统输出为宽电压范围下，在低电压、大电流输出时存在占空比丢失的问题。
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种低电压宽输出范围的电动汽车充放电机，解决了占空比丢失的问题。
为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：
一种低电压宽输出范围的电动汽车充放电机，包括主功率回路机构和控制回路机构；所述主功率回路接机构包括整流变换单元和直流功率变换单元；所述整流变换单元包括依次连接的输入滤波电路、三相全控桥电路和支撑电容，所述滤波电路外接三相电源，所述直流功率变换单元包括结构相同的三路直流变换模块，所述三路直流变换模块并联，所述直流变换模块包括依次连接的LLC谐振全桥电路、直流斩波电路和输出滤波电路，每组直流变换模块的 LLC谐振全桥电路均与支撑电容连接，每组直流变换模块的输出滤波电路分别与电动汽车电池不同的相连接；所述控制回路机构包括驱动电路、采样和保护电路、MCU控制器和人机界面；所述驱动电路、采样和保护电路和人机界面均与MCU控制器连接，所述驱动电路分别与三路直流变换模块的直流斩波电路连接，所述采样和保护电路分别与三路直流变换模块的输出滤波电路连接。
所述输入滤波电路采用LCL滤波器结构，滤波电容为干式电容器。
所述LLC谐振全桥电路采用直流变压器结构。
所述LLC谐振全桥电路的高压侧的开关管是SiC MOSFET管。
所述MCU控制器还分别与上位机调度CAN总线和电池管理系统BMS的CAN总线通信。
所述三相全控桥电路的开关管是IGBT功率模块。
本实用新型所达到的有益效果：1、本实用新型加入了LLC谐振全桥电路，实现电动汽车充放电机在低压宽范围下工作；2、实用新型使用SiC MOSFET管作为LLC谐振全桥电路高压侧的开关管，提高了充放电机系统的效率； 3、本实用新型使用三路直流变换模块并联结构，不仅可以降低单路变换单元的容量，减小器件应力；而且提高系统的等效开关频率，减小输入输出电流纹波，有助于减轻滤波器的体积重量。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为LLC谐振全桥电路拓扑结构。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
如图1所示，一种低电压宽输出范围的电动汽车充放电机，包括主功率回路机构和控制回路机构。
主功率回路接机构包括整流变换单元和直流功率变换单元；整流变换单元包括依次连接的输入滤波电路、三相全控桥电路和支撑电容，滤波电路外接三相电源，直流功率变换单元包括结构相同的三路直流变换模块，三路直流变换模块并联，直流变换模块包括依次连接的LLC谐振全桥电路、直流斩波电路和输出滤波电路，每组直流变换模块的 LLC谐振全桥电路均与支撑电容连接，每组直流变换模块的输出滤波电路分别与电动汽车电池不同的相连接。
输入滤波电路采用LCL滤波器结构，抑制网侧的谐波分量，滤波电容选用干式电容器，如容量为3×55.7uF/850VAC的干式电容器；三相全控桥电路实现整流变换功能，开关管是IGBT功率模块，如使用西门康的IGBT功率模块FF75R12RT4，提高了充放电机系统的效率，采用34mm的标准工业封装，内部集成温度采样保护电路。
LLC谐振全桥电路采用直流变压器结构，其扑结构图如图2所示，变压器的匝数比为26:5，高压侧的开关管采用SiC MOSFET管构成桥式变换电路，如CREE公司的SiC MOSFET管C2M0080120D，其耐压值为1200V，通态阻抗仅为80mΏ，提高变换器效率；低压侧的开关管选用IR公司的IRFP4668PBF，耐压值为200V。开关管采用固定的50kHz开关频率，通过开关管的结电容与直流变压器的漏感谐振实现开关管的零电压开关。为防止变压器直流磁化可选用适当的隔直电容，同时相应的提高直流变压器的原边漏感来匹配谐振频率。
控制回路机构包括驱动电路、采样和保护电路、MCU控制器和人机界面；所述驱动电路、采样和保护电路和人机界面均与MCU控制器连接，驱动电路分别与三路直流变换模块的直流斩波电路连接，采样和保护电路分别与三路直流变换模块的输出滤波电路连接。
MCU控制器采用TI公司的TMS320F2812控制器，采用高性能的静态CMOS制成的32位CPU处理器，其处理速快（最高主频可以达到150MHz），内存空间大（128K×16 FLASH+18K×16 SRAM），外部接口丰富（内部集成三级中断、看门狗、I2C总线、CAN总线），对整个装置进行综合控制与调度，MCU控制器实现输出电流均流与输出功率均等。同时，为了实现智能化的充放电管理，MCU控制器还分别与上位机调度CAN总线和电池管理系统BMS的CAN总线通信。
上述的低电压宽输出范围的电动汽车充放电机，在输入端其电能功率可达到6kW，通过整流变换单元得到的690V直流电压，经过LLC谐振全桥电路降压至135V，从而获得与输出电压范围相差不大的直流输入电压，经过直流斩波电路的BUCK电路获得需求的50V~120V的输出电压，最后经输出滤波电路输出。
上述的低电压宽输出范围的电动汽车充放电机采用三路直流变换模块并联结构，不仅可以降低单路变换单元的容量，减小器件应力；而且提高系统的等效开关频率，减小输入输出电流纹波，有助于减轻滤波器的体积重量。
与现有技术相比，本实用新型提供的低电压宽输出范围的电动汽车充放电机，加入了LLC谐振全桥电路，实现电动汽车充放电机在低压宽范围下工作，输出电压为50V~120V，符合大部分小型轿车式电动汽车的电池电压，同时在满足输出电压、电流控制精度要求的前提下，能有效提高充放电机的效率。
采用多路交错并联不仅可以降低单路变换单元的容量，减小器件应力；而且提高系统的等效开关频率，减小输入输出电流纹波，有助于减轻滤波器的体积重量。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种低电压宽输出范围的电动汽车充放电机，其特征在于：包括主功率回路机构和控制回路机构；
所述主功率回路接机构包括整流变换单元和直流功率变换单元；所述整流变换单元包括依次连接的输入滤波电路、三相全控桥电路和支撑电容，所述滤波电路外接三相电源，所述直流功率变换单元包括结构相同的三路直流变换模块，所述三路直流变换模块并联，所述直流变换模块包括依次连接的LLC谐振全桥电路、直流斩波电路和输出滤波电路，每组直流变换模块的 LLC谐振全桥电路均与支撑电容连接，每组直流变换模块的输出滤波电路分别与电动汽车电池不同的相连接；
所述控制回路机构包括驱动电路、采样和保护电路、MCU控制器和人机界面；所述驱动电路、采样和保护电路和人机界面均与MCU控制器连接，所述驱动电路分别与三路直流变换模块的直流斩波电路连接，所述采样和保护电路分别与三路直流变换模块的输出滤波电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种低电压宽输出范围的电动汽车充放电机，其特征在于：所述输入滤波电路采用LCL滤波器结构，滤波电容为干式电容器。
3.根据权利要求1所述的一种低电压宽输出范围的电动汽车充放电机，其特征在于：所述LLC谐振全桥电路采用直流变压器结构。
4.根据权利要求1或3所述的一种低电压宽输出范围的电动汽车充放电机，其特征在于：所述LLC谐振全桥电路的高压侧的开关管是SiC MOSFET管。
5.根据权利要求1所述的一种低电压宽输出范围的电动汽车充放电机，其特征在于：所述MCU控制器还分别与上位机调度CAN总线和电池管理系统BMS的CAN总线通信。
6.根据权利要求1所述的一种低电压宽输出范围的电动汽车充放电机，其特征在于：所述三相全控桥电路的开关管是IGBT功率模块。
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| CN106787782A (zh) * | 2017-02-20 | 2017-05-31 | 浙江师范大学 | 一种负载阻抗适应性强的串联谐振软开关功率变换器 |
| CN106849296A (zh) * | 2017-03-15 | 2017-06-13 | 泰科天润半导体科技（北京）有限公司 | 一种基于碳化硅mosfet的充电模组 |
| CN116896137A (zh) * | 2023-09-08 | 2023-10-17 | 北京和瑞储能科技有限公司 | 一种用于液流电池的可复用电源系统及其控制方法 |
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