CN204441923U - 一种基于双向变流技术的电动汽车充放电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于双向变流技术的电动汽车充放电装置，包括三相电源模块、AC/DC变换器模块、DC/DC变换器模块、蓄电池组、交流侧电压电流信号采样模块、驱动信号1模块、直流侧电压采样模块、驱动信号2模块、充放电电压电流采样模块、可逆PWM整流器控制模块和DC/DC充放电控制模块。本实用新型采用新型DSP TMS320F2407芯片，运算速度快，准确性高；实现了电动汽车与电网之间能量的双向流动，克服了传统技术能量单向流动的缺点；可以在电网负荷高峰时，由电动汽车车载电池向电网传输电能，提高电网的稳定性；在电网负荷低谷时，利用较低的电价由电网向电动汽车充电，降低了经济成本。

Description

一种基于双向变流技术的电动汽车充放电装置

技术领域

本实用新型涉及电动汽车和电子技术领域，具体是一种基于双向变流技术的电动汽车充放电装置。

背景技术

随着全球资源以及环境压力的不断增大，环境保护、节能减排和可持续性发展日益成为社会关注的话题，电动汽车以电作为驱动能源，具有能源多样性和环保性等优点，发展电动汽车取代燃油汽车被视为是缓解能源短缺和环境恶化问题的有效手段之一。近年来，随着电动汽车相关技术研发取得的成果，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。电动汽车电能需从电网取得，大规模电动汽车投入使用势必对电网运行产生重大影响，如何通过对电动汽车充放电的合理有序控制，规避大规模电动汽车充放电对电网带来的负荷波动、有效平抑电网峰谷差、提高电网利用效率，成为亟待解决的重要问题。但是随着智能电网建设的提出以及大力实施，将逐步有效的解决上述问题，为电动汽车的发展提供有力的保障。与此同时，电动汽车车载电池以其自身的特点可以作为分布式的移动储能终端反过来促进电网的发展建设。

传统放电设备所采用的方法有两种：一是串接负载电阻放电，蓄电池能量直接损耗在大功率电阻的发热上；二是采用晶闸管有源逆变方式，将能量返回电网，但由于其反馈电压波形为方波，电流含有大量的高次谐波成分，对电网造成严重谐波污染，而且运行时电磁噪声大，并网功率因数低，因此会损失大量的无功电能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于双向变流技术的电动汽车充放电装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种基于双向变流技术的电动汽车充放电装置，包括三相电源模块、AC/DC变换器模块、DC/DC变换器模块、蓄电池组、交流侧电压电流信号采样模块、驱动信号1模块、直流侧电压采样模块、驱动信号2模块、充放电电压电流采样模块、可逆PWM整流器控制模块和DC/DC充放电控制模块；所述三相电源依次与AC/DC变换器模块、DC/DC变换器模块、蓄电池组连接；交流侧电压电流信号检测模块的输入端与三相电源连接，输出端与可逆PWM整流器控制模块连接；驱动信号1模块的输入端与可逆PWM整流器控制模块连接，输出端与AC/DC变换器连接；直流侧电压采样模块输入端与AC/DC变换器连接，输出端与可逆PWM整流器控制模块连接；驱动信号2模块的输入端与DC/DC充放电控制模块连接，输出端与DC/DC变换器连接；充放电电压电流采样模块的输入端与蓄电池组连接，输出端与DC/DC充放电控制模块连接。

作为本实用新型进一步的方案：所述可逆PWM整流器控制模块由DSP芯片1控制；DC/DC充放电控制模块由DSP芯片2控制。

作为本实用新型再进一步的方案：所述DSP芯片均由具有可编程的外接I/O端口、相位捕获单元和片内集成外围设备的高速TMS320F2407芯片作为控制电路的处理器。

作为本实用新型再进一步的方案：所述三相电源与AC/DC变换器之间连接有用于滤波的电感L1，AC/DC变换器由IGBT管V1、V2、V3、V4、V5、V6和二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6构成，二极管D1并接在IGBT管V1两端，D2并接在V2两端，其他类似；V1与V2串联，V3与V4串联，V5与V6串联，再把这三路并接起来。在AC/DC变换器与DC/DC变换器之间并接滤波电容C，DC/DC变换器由IGBT管V7、V8和二极管D7、D8组成，二极管D7并接在IGBT管V7两端，D8并接在V8两端，V7的发射极与V8的集电极相连；DC/DC变换器后连接滤波电感L和电池E。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型设计合理，整个系统操作简单，易于实现；采用新型DSP TMS320F2407芯片，运算速度快，准确性高；实现了电动汽车与电网之间能量的双向流动，克服了传统技术能量单向流动的缺点；可以在电网负荷高峰时，由电动汽车车载电池向电网传输电能，提高电网的稳定性；在电网负荷低谷时，利用较低的电价由电网向电动汽车充电，降低了经济成本。

附图说明

图1为本实用新型的系统原理框图。

图2为本实用新型的电压采样电路图。

图3为本实用新型的电流采样电路图。

图4为本实用新型的结构图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1～4，本实用新型实施例中，一种基于双向变流技术的电动汽车充放电装置，包括三相电源模块、AC/DC变换器模块、DC/DC变换器模块、蓄电池组、交流侧电压电流信号采样模块、驱动信号1模块、直流侧电压采样模块、驱动信号2模块、充放电电压电流采样模块、可逆PWM整流器控制模块和DC/DC充放电控制模块；所述三相电源依次与AC/DC变换器模块、DC/DC变换器模块、蓄电池组连接；交流侧电压电流信号检测模块的输入端与三相电源连接，输出端与可逆PWM整流器控制模块连接；驱动信号1模块的输入端与可逆PWM整流器控制模块连接，输出端与AC/DC变换器连接；直流侧电压采样模块输入端与AC/DC变换器连接，输出端与可逆PWM整流器控制模块连接；驱动信号2模块的输入端与DC/DC充放电控制模块连接，输出端与DC/DC变换器连接；充放电电压电流采样模块的输入端与蓄电池组连接，输出端与DC/DC充放电控制模块连接。

本实用新型所述可逆PWM整流器控制模块由DSP芯片1控制，DSP1芯片控制PWM信号发生器输出驱动信号控制AC/DC变换器中IGBT管的关断，实现整流或逆变功能。DC/DC充放电控制模块由DSP芯片2控制，实现DC/DC变换器的BUCK降压斩波和BOOST升压斩波模式。

本实用新型所述DSP芯片均由具有可编程的外接I/O端口、相位捕获单元和片内集成外围设备的高速TMS320F2407芯片作为控制电路的处理器。TMS320F2407芯片CPU内包含32中央算术逻辑单元、32位累加器、16位×16位并行硬件乘法器，并带有32位的结果寄存器、3个定标移位器和8个辅助寄存器。片上544字DARAM、16千字的程序ROM或Flash EEPROM，最大可寻址空间为224千字，带有软件等待状态产生器的外部存储器接口可实现与各种类型外部存储器的接口。片上集成事件管理器、ADC、28个可编程复用I/O引脚、锁相环时钟发生器、具有实时中断的看门狗电路、串行通信接口、串行外设接口等功能外设。DSP以上这些优点可以满足实时、快速地完成有三相变流器的控制和检测计算的要求。此外，作为控制器的DSP芯片具有强大的外设功能，在TMS320F240的外设库中事件管理模块和双10位模—数转换模块在生成驱动三相变流器PWM波形中至关重要。

本实用新型中的电压采样电路，用于包括直流母线电压采样、电网电压采样和蓄电池充放电电压采样。采样对象电压通过电阻分压作为电压传感器的输入，电压信号采样采用CHV-25P闭环霍尔电压传感器，该传感器额定输入电压为0～±600V，输入额定电流为10mA，输出额定电阻值为50mA，匝数比为2500:1000，具有隔离主电路和控制电路的功能。电压采样电路需设置输入限流电阻，限制输入电压传感器的电流不大于10mA。由于电压传感器的额定输出电压为5V，对应于采样电压有效值400V。本系统直流母线电压最大值为450V、电网电压范围为-320～320V，蓄电池电压范围为168～216V。为了其满足DSP芯片0～3V的AD端口输入要求，需对电压传感器输出进行电压调理，使输入输出为对应线性关系，满足系统对电压采样范围的要求。

本实用新型中的电流采样电路，用于包括网侧电流和蓄电池充放电电流的采样，两电流采样对象都是双向的。电流采样采用CHB-20P闭环霍尔电流互感器,其同样具有电气隔离作用，匝数比为500:1。电流互感器额定输入电流为20A，测量范围0～±40A，满足系统电池充放电电流0～±30A的采样要求。同样的需要用调理电路对电流传感器输出信号进行调理，当采样电阻R1上电压为正时，将其电压经过两级方向运放后再进行滤波就可以送入控制芯片中，从而完成了对正向电流的检测，电流的检测量从电容C3输出。而此时R1上的正电压经OP07_1一级反向电路后变为负电压，负电压使得二极管D2截止。反之，当采样电阻R1上电压为负电压时，由下面的支路(OP07_3)进行负向电流的检测，负电流的检测量从电容C4输出。

本实用新型所述三相电源与AC/DC变换器之间连接电感L1用于滤波，AC/DC变换器由IGBT管V1、V2、V3、V4、V5、V6和二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6构成，二极管D1并接在IGBT管V1两端，D2并接在V2两端，其他类似；V1与V2串联，V3与V4串联，V5与V6串联，再把这三路并接起来。在AC/DC变换器与DC/DC变换器之间并接滤波电容C，DC/DC变换器由IGBT管V7、V8和二极管D7、D8组成，二极管D7并接在IGBT管V7两端，D8并接在V8两端，V7的发射极与V8的集电极相连；DC/DC变换器后连接滤波电感L和电池E。

本实用新型充放电过程的实现方式：由操作工通过设定外接电位器设定充放电电压Ui，通过外置充电开关K充、放电开关K放来选择充放电操作。开关K放和K运分别与DSP2相连,当蓄电池电量不足时，需要进行充电操作，首先，闭合K充，然后合上运行开关K运，系统将采样到的信号传送给相应的DSP芯片，通过DSP2芯片控制，可以使DC/DC变换器模块工作在BUCK模式下，此时V8和D7总是处于关断状态，由V7、D8和L组成降压斩波电路，通过DSP2芯片控制改变V7的导通时间，使DC/DC变换器工作在给定的电压下。此时，AC/DC变换器需要从电网吸收能量，运行于整流状态，通过DSP1芯片控制输出相应的PWM信号驱动AC/DC变换器模块六个IGBT管的关断，从而使交流侧电压、电流同相位，从而达到功率因数接近1。对蓄电池进行放电时，只需先闭合K放，再闭合K运，系统将采样到的信号传送给相应的DSP芯片，通过DSP2芯片控制，可以使DC/DC变换器模块工作在BOOST模式下，此时V7、D8总是处于关断状态，由L、D7和V8组成升压斩波电路，通过DSP2芯片控制改变V8的导通时间，使DC/DC变换器工作在给定的电压下。此时，AC/DC变换器向电网传输能量，工作在逆变状态，通过DSP1芯片控制输出相应的PWM信号驱动AC/DC变换器模块IGBT管的关断，从而使交流侧电压、电流反相位，从而达到功率因数接近-1。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种基于双向变流技术的电动汽车充放电装置，其特征在于：包括三相电源模块、AC/DC变换器模块、DC/DC变换器模块、蓄电池组、交流侧电压电流信号采样模块、驱动信号1模块、直流侧电压采样模块、驱动信号2模块、充放电电压电流采样模块、可逆PWM整流器控制模块和DC/DC充放电控制模块；所述三相电源依次与AC/DC变换器模块、DC/DC变换器模块、蓄电池组连接；交流侧电压电流信号检测模块的输入端与三相电源连接，输出端与可逆PWM整流器控制模块连接；驱动信号1模块的输入端与可逆PWM整流器控制模块连接，输出端与AC/DC变换器连接；直流侧电压采样模块输入端与AC/DC变换器连接，输出端与可逆PWM整流器控制模块连接；驱动信号2模块的输入端与DC/DC充放电控制模块连接，输出端与DC/DC变换器连接；充放电电压电流采样模块的输入端与蓄电池组连接，输出端与DC/DC充放电控制模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于双向变流技术的电动汽车充放电装置，其特征在于：所述可逆PWM整流器控制模块由DSP芯片1控制；DC/DC充放电控制模块由DSP芯片2控制。

3.根据权利要求1所述的一种基于双向变流技术的电动汽车充放电装置，其特征在于：所述DSP芯片均由具有可编程的外接I/O端口、相位捕获单元和片内集成外围设备的高速TMS320F2407芯片作为控制电路的处理器。

4.根据权利要求1所述的一种基于双向变流技术的电动汽车充放电装置，其特征在于：所述三相电源与AC/DC变换器之间连接有用于滤波的电感L1，AC/DC变换器由IGBT管V1、V2、V3、V4、V5、V6和二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6构成，二极管D1并接在IGBT管V1两端，D2并接在V2两端，其他类似；V1与V2串联，V3与V4串联，V5与V6串联，再把这三路并接起来；在AC/DC变换器与DC/DC变换器之间并接滤波电容C，DC/DC变换器由IGBT管V7、V8和二极管D7、D8组成，二极管D7并接在IGBT管V7两端，D8并接在V8两端，V7的发射极与V8的集电极相连；DC/DC变换器后连接滤波电感L和电池E。