CN204391874U - 一种新型的电动车集中充电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种适用于企事业单位职工上下班电动自行车停车点可为大批电动车集中充电的装置，该装置也适合为居住小区电动车集中停放处的电动车提供充电。该装置采用隔离降压变压器，副边绕组输出三种低压交流母线，三种交流母线上接入充电单元为电动自行车充电。充电单元采用单相PWM整流电路，一方面获得可控的蓄电池充电电压，另一方面可使输入电流为正弦，从而可提高整个装置功率因数为1。充电单元采用低压MOS全桥使整个装置成本低，性能高，安全性好，有望推广。

Description

一种新型的电动车集中充电装置

技术领域

本实用新型涉及一种电动车充电装置，尤其涉及大批电动车集中充电的装置。

背景技术

电动自行车一般采用36V、48V和较少采用的60V蓄电池供电，轻便小巧，成本低，目前我国电动自行车的年产量达4000万辆以上，保有量超过3亿辆，因其方便、环保，已成为广大群众的代步工具。随着城市规模的扩大，越来越多的城中企业搬迁至城郊开发区，城市近郊也大量开发居住楼盘，集聚了大量人口，道路交通的压力越来越大，堵车严重。越来越多的工薪阶层的上下班的路程变长，不少依赖电动自行车上班一族的往返行程超过了电动自行车的行驶最大里程。出现一个现象是一些路远员工，拎着沉重的电池进工作场所充电或寻找可充电之处。一些企事业单位，在电动自行车停放点提供220V交流插座供员工充电，这需要随车携带充电器。一些居民小区的电动车停放点也无法提供充电电源，居民需拎着沉重的电池上下楼。综上所述，为使用电动自行车的群体提供集中充电服务是有很大市场需求的，而经过大量文献检索，能够适应多电压等级、高性能的电动自行车充电服务的多点充电的技术方案几乎空白。

普通电动自行车充电器功率为100W左右，通常采用将220V交流电整流滤波，再采用隔离反激、正激式DC-DC开关电源电路构成。由于成本限制，一般无PFC功能，效率通常70％～80％。通常集中式电动自行车充电站装置的充电服务端口达数十台至上百台，总功率最高可达数十kW，如果对每个充电点采用常规的充电器的电路，显然不经济，由于每个充电器采用不控整流输入，则所有充电器的网侧的不控整流电流汇集，形成的总电流的谐波很大。若采用若干现有的单台小功率充电器简单组合而成集中充电装置的技术方案，实际上没能处理输入电流谐波问题，作为一台功率达数十kW的电源装置来说，如此构成的充电装置的整体电气性能指标较差，不具竞争力。专利CN201320326655.9提出一种电动自行车的集中充电柜，将电动自行车的蓄电池进行集中充电，每个充电单元实际采用现有充电器。专利CN201210254753.6重点在于对电动自行车蓄电池集中充电进行管理，没有着力提高整个装置的电气性能。一种按常规思路采取的设计方案是：前级采用带有PFC功能的PWM整流电路，获得直流电压(高压)母线，为后级多个充电单元供电，每一个充电单元为隔离DC-DC变换电路(类似于常规充电电路)，再为蓄电池充电。这种方案改善了输入功率因数问题，但为两级式变换结构，电路的工作效率不高(甚至低于现有常规充电器)；另外，高压直流母线布置到各个充电服务点，将带来绝缘与安全防护的问题。另一种方案是布置220V交流母线至各个充电服务点，采用新设计的带PFC输入的充电器充电单元为各个蓄电池供电，这种方案的成本较高。

实用新型内容

本实用新型适用于企事业单位职工上下班电动自行车停车点可为大批电动车集中充电装置，该装置也适合为居住小区电动车集中停放处的电动车提供充电。

为实现上述目的，本实用新型提出技术方案为：

一种新型的电动车集中充电装置，包括多抽头隔离降压变压器、充电单元；

所述多抽头隔离降压变压器采用工频降压变压器，副边绕组输出三组抽头，构成三种低压交流母线，三种低压交流母线分别与充电单元相连接；所述充电单元采用PFC功能的PWM整流电路，低压MOSFET开关管构成全桥电路，控制电路模块和全桥电路相连接用于控制MOSFET开关管完成PWM整流动作。

进一步，所述工频降压变压器为单相供电，原边输入市电220V交流电，副边绕组输出三种电压分别为24V、32V、40V交流电，经PWM升压整流后，分别对应36V电池、48V电池、60V电池可控充电电压。

进一步，所述PFC功能的PWM整流电路为单相全桥PWM升压boost整流电路拓扑结构，四只MOSFET开关管T1、T2、T3、T4构成全桥，全桥的输入端与电感L串联后作为充电单元的输入端，全桥的输出端与电容C并联后作为充电单元的输出端；控制电路模块的一个输入端采集低压交流输入的交流瞬时电压、输入电流量，控制电路模块的另一个输入端采集输出直流电压及输出电流量，控制电路模块的输出端分别连接T1，T2，T3，T4的四个MOSFET功率管的栅极。

进一步，所述控制电路模块采用采用专用芯片或MCU芯片。

进一步，所述充电单元输入电流正弦，整个充电装置功率因数为1。

进一步，所述工频降压变压器在充电单元数目多，功率大时，采用三相供电，原边380V线电压，三相变压器的每个副边线圈仍输出三种线电压抽头，对应输出24V、32V、40V低压交流，可获得9组低压交流母线。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)PWM整流拓扑区别于普通整流的重要特点是：一是输入电流可控制为正弦电流，实现PFC功能；二是改变PWM占空比，输出直流电压可调，供给蓄电池充电需要。

(2)本实用新型低压交流布线，无安全隐忧，充电单元采用低压器件，成本低，效率高，体积小，易于安装。

附图说明

图1为电动车集中充电装置；

图2为充电单元电路拓扑。

具体实施方式

如图1所示电动自行车集中充电装置，该装置采用一台单相降压工频变压器，该变压器的副边绕组输出多个抽头，每个抽头的电压等级为24V、32V、40V低压交流电，构成低压交流母线，此低压交流电为各个充电单元供电。工频变压器体积重量较大，不具便携性(实际上也无便携需求)，安放于集中充电地点的充电装置的控制柜中。变压器容量由需要的充电服务点数决定，如果充电单元较多，功率大，应采用三相输入变压器，每相副边线圈均输出24V、32V、40V三组低压交流电。数kW容量的变压器的效率通常就可达到96％以上，功率越大效率越高，根据充电机的工作特点，注意将最高效率点设计在半载。

充电单元根据输入交流母线等级，采用PFC功能的PWM整流拓扑，按输出分为不同电压等级蓄电池充电，24V交流输入为36V蓄电池充电，32V输入为48V蓄电池充电，40V输入为60V蓄电池充电。充电单元拓扑结构如图2所示，不同电压等级的充电单元的拓扑结构一样，为典型的单相全桥PWM整流电路。由于母线为低压，故采用低压MOSFET开关管，开关损耗小，成本低，工作频率高、效率高。因高频工作，PFC电感值小。PWM整流拓扑区别于普通整流的重要特点是：一是输入电流可控制为正弦电流，实现PFC功能；二是输出直流电压可调。PWM整流为升压boost整流，故需输入低压交流为24V、32V、40V三组低压交流电，才能对应输出为36V、48V、60V蓄电池所需可控充电所需直流电压，当电池充电完成时，涓流充电时，对应三种蓄电池充电单元输出电压将分别提高到42V、56V和71V。控制电路与策略与常规PWM整流电路相同，采用专用芯片或MCU芯片为控制核心，以MCU为控制核心可进行数字化控制，且可构建总线监控系统。也可方便组成电量监测，实现收费管理等功能。

本实用新型具体实施步骤为：

1、根据充电单元数目，设计确定隔离变压器的容量，一般总容量为4kW及以下采用单相变压器(4kW大约可以为30～40台电动自行车提供充电服务)，设计副边绕组，安排三个低压交流输出，分别为24V、32V、40V三组低压交流，作为充电单元的供电母线；将低压交流母线布置到电动车停放车位，如可采用管线布设，在车位处设立立柱，立柱中空引出低压交流母线，立柱上可外装多个充电单元，为周围多辆电动自行车充电。

2、充电单元主电路拓扑见图2，针对此主电路拓扑，设计控制电路，控制电路模块为基于MCU的PWM整流控制电路，MCU集成AD采样通过控制电路的采样调理电路采样低压交流输入的交流瞬时电压(正弦波)、输入电流(电感电流)，采样输出直流电压及输出电流(蓄电池电压及充电电流)。系统采样输入的正弦波交流电压波形为输入电流的参考波形，可保证输入电流功率因数为1控制，输入电流的参考正弦波形的幅值由充电输出电流调节闭环得到。控制MCU根据检测的当前电池电压，判断电池的荷电状态(充电量)，按标准的蓄电池的三段式充电法，给出蓄电池的充电电流。检测蓄电池的实际充电电流的大小，得到与给定充电电流的偏差，经过调节输出为输入电流的参考正弦波形的幅值，计算得到输入电流的参考值，与实际采样的输入电流比较，采用数字滞环控制或其他控制得到全桥的PWM控制信号，输出至T1，T2，T3，T4四个MOSFET功率管的栅极，完成系统控制，整流输出电压可高低调节，满足蓄电池充电要求。本实用新型低压交流布线，无安全隐忧，充电单元采用低压器件，成本低，效率高。充电单元开关频率可达数十kHz，效率高，功耗低，充电单元体积小，易于安装，充电单元至电动自行车蓄电池的引线可设计成螺旋状可伸缩引线，也可由用户携带。

上面已经结合具体实施步骤说明了本实用新型，然而对于本领域的技术人员来说，可以在不背离本实用新型的精神和范围的前提下，对本实用新型做出不同的改进和变型。因而落入本实用新型的权利要求范围内的各种改进和变型，都应属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种新型的电动车集中充电装置，其特征在于：包括多抽头隔离降压变压器、充电单元；

所述多抽头隔离降压变压器采用工频降压变压器，副边绕组输出三组抽头，构成三种低压交流母线，三种低压交流母线分别与充电单元相连接；

所述充电单元采用PFC功能的PWM整流电路，低压MOSFET开关管构成全桥电路，控制电路模块和全桥电路相连接用于控制MOSFET开关管完成PWM整流动作。

2.根据权利要求1所述新型的电动车集中充电装置，其特征在于：所述工频降压变压器为单相供电，原边输入市电220V交流电，副边绕组输出三种电压分别为24V、32V、40V交流电，经PWM升压整流后，分别对应36V电池、48V电池、60V电池可控充电电压。

3.根据权利要求1所述新型的电动车集中充电装置，其特征在于：

所述PFC功能的PWM整流电路为单相全桥PWM升压boost整流电路拓扑结构，四只MOSFET开关管T1、T2、T3、T4构成全桥，全桥的输入端与电感L串联后作为充电单元的输入端，全桥的输出端与电容C并联后作为充电单元的输出端；

所述控制电路模块的一个输入端采集低压交流输入的交流瞬时电压、输入电流量，控制电路模块的另一个输入端采集输出直流电压及输出电流量，控制电路模块的输出端分别连接T1，T2，T3，T4的四个MOSFET功率管的栅极。

4.根据权利要求3所述新型的电动车集中充电装置，其特征在于：所述控制电路模块采用采用专用芯片或MCU芯片。

5.根据权利要求3所述新型的电动车集中充电装置，其特征在于：所述充电单元输入电流正弦，整个充电装置功率因数为1。

6.根据权利要求1所述新型的电动车集中充电装置，其特征在于：所述工频降压变压器在充电单元数目多，功率大时，采用三相供电，原边380V线电压，三相变压器的每个副边线圈仍输出三种线电压抽头，对应输出24V、32V、40V低压交流，可获得9组低压交流母线。