CN205489668U - 电动汽车充电桩系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种电动汽车充电桩系统，三相交流电经三相半桥电压型PWM整流器和双向DC/DC变换器输送至充电插头，所述充电插头用于连接电动汽车的充电接口，所述双向DC/DC变换器的输出端两级分别设有控制开关S1和控制开关S2，所述控制开关S1和控制开关S2由充放电切换模块输出PWM信号控制控制开关S1和控制开关S2的通断，所述三相半桥电压型PWM整流器的输入端设有A/D采样电路，并将采样信号输送至PLL锁相环控制单元，所述PLL锁相环控制单元输出调整信号至三相半桥电压型PWM整流器。本实用新型具有稳态性能好、动态响应快等优点，可以实现电动汽车与电网之间能量和信息的双向交换。

Description

电动汽车充电桩系统

技术领域

本实用新型涉及电动汽车电池充电领域。

背景技术

随着国家新能源汽车战略的实施，电动汽车的开发与应用将越来越普及。V2G就是电动汽车充电桩与电网之间能量的双向流动即电动汽车作为移动储能元件在受控状态下实现与电网之间能量和信息的双向交换。它拓展了新能源的利用，使人类社会向着节约、环保型社会发展。可以使人们更好的享受电能的优势。V2G电动汽车充电桩可以实现电网与电动汽车之间能量的双向流动，这是智能电网的重要研究方向。

目前世界上电动汽车充电桩基本结构主要有两种形式，第一种是二极管整流+斩波器，第二种是不控整流+DC/DC变换器(有高频变压器)，这两类电动汽车充电桩不能从电动汽车向网侧流动，能量只能单向流动，而且稳态性能差，系统动态性能也不好。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是实现一种基于V2G技术的电动汽车充电桩，可以实现电动汽车与电网之间能量和信息的双向交换。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：电动汽车充电桩系统，三相交流电经三相半桥电压型PWM整流器和双向DC/DC变换器输送至充电插头，所述充电插头用于连接电动汽车的充电接口，所述双向DC/DC变换器的输出端两级分别设有控制开关S1和控制开关S2，所述控制开关S1和控制开关S2由充放电切换模块输出PWM信号控制控制开关S1和控制开关S2的通断，所述三相半桥电压型PWM整流器的输入端设有A/D采样电路，并将采样信号输送至PLL锁相环控制单元，所述PLL锁相环控制单元输出调整信号至三相半桥电压型PWM整流器。

所述的A/D采样电路采样得到电压Ua、Ub、Uc和电流ia、ib、ic，所述PLL锁相环控制单元输入电流的相角至三相半桥电压型PWM整流器。

本实用新型具有稳态性能好、动态响应快等优点，可以实现电动汽车与电网之间能量和信息的双向交换。

附图说明

下面对本实用新型说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：

图1为V2G电动汽车充电桩主电路的拓扑结构；

图2为V2G电动汽车充电桩的充放电控制结构；

具体实施方式

电动汽车充电桩系统三相半桥电压型PWM整流器和双向DC/DC变换器组成，电池选用的是锂离子电池。如图1、2所示。选择的三相电压型PWM整流器它具有以下优良性能：网侧电流为正弦、能量双向流动和较快的动态响应。它还采用电容进行滤波，能输出稳定的直流电压，实现电动汽车与电网的双向功率交换。显然，PWM整流器工作在整流状态时能量由电网流向三相电压型整流器，在能量反方向流动时整流器工作在有源逆变状态。整流器工作在整流时通过控制可以实现电网的电流和电压同相位，整流器表现为正阻特性；其工作在有源逆变状态下时，网侧的电流电压反相，整流器表现出负阻特性。这时候能量由蓄电池回馈到电网，网侧吸收能量。

双向DC/DC变换器是指在保持输入端和输出端电压极性不变的前提下，电流的方向可以根据实际的需要进行改变，实现能量双向流动。双向DC/DC变换器具有使用功率器件少，能量转换效率高，动态响应快等优点。

根据基尔霍夫电流和电压定理，在abc三相静止坐标系下，可以建立三相电压型PWM整流器的一般数学模型。通过坐标旋转变换，将静止坐标系下的三相对称交流变换为同步旋转dq坐标系下的直流量。本实用新型对三相电压型PWM整流器的控制策略采用电流内环、电压外环的双闭环电压空间矢量控制，能使系统具有良好的稳态性能和动态性能。为保证系统的控制精度和稳态性能，电流内环和电压外环均采用PI调节器控制。电压外环的目的是稳定直流侧电压，为后级电路提供好的直流配电环节，电流调节是基于同步旋转坐标系下的PI调节，由于电流内环d、q轴电流经过了完全解耦，有功分量和无功分量单独控制。

双向DC/DC变换器采用PWM控制，就是通过控制开关的导通与关断，从而实现变换器的PWM控制。双向DC/DC变流器控制使用独立PWM控制方式时，开关S1与S2的控制分别独立。当电动汽车电池充电时，双向DC/DC变换器运行于buck降压状态，即开关S1处于工作状态，而开关S2始终处于截断状态。这时能量从Udc流向电池，通过调节S1的占空比可得到需要的充电电压或电流。当DC/DC变换器工作在boost模式下时，开关S2处于工作状态，开关S1始终处于截断状态，此时三相电压型PWM整流器工作在有源逆变状态，电池内储存的能量经三相电压型PWM整流器从电池流向反馈电网，实现了能量的双向流动。

电动汽车充电桩的充放电控制结构如图2所示：电网电压经过变压器给V2G充电桩提供能量，经过三相电压型PWM整流器可以使交流电变成直流电。通过A/D采样得到电压Ua、Ub、Uc和电流ia、ib、ic。PLL锁相环控制输入电流的相角。锁相环PLL锁定电网的相位同时为电流的调制波、abc到dq变换、dq到abc变换提供了相角。在三相静止坐标系下，PWM变流器数学模型物理量直观、清晰，但是在建模时，存在交流侧电流电压时变的特点，给控制器的设计带来困难。适用于控制直流量的PI控制器的增益和带宽将会因此而受损，导致控制精度差，系统稳定性弱。dq同步旋转坐标系的引入很好的解决了这一问题，同步旋转坐标跟随被控量在空间中同步旋转，达到相对静止状态，每个被控量映射到坐标轴后都成为了直流量，方便PI控制器的设计和工作。

经过Park变换，将三相半桥电压型PWM整流器在三相abc坐标系下的系统变量变换到两相同步旋转dq坐标系中。由于dq坐标系下的三相电压型PWM整流器是变量相互耦合的非线性系统，直接设计控制器会有困难。如果采用前馈解耦控制，则可将电流变量id、iq分别作为独立的直流变量进行控制，可以实现内环系统的线性化。通过电流调节器前馈解耦环节，输出电压指令，对整流器进行双闭环的空间矢量控制，空间矢量控制器模块产生脉冲对三相基本两级电压源转换器(VSC)包括三个半桥开关器件IGBT)，此块利用空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术来产生触发脉冲的转换器的6开关元件。

变流器电压矢量采用SVPWM控制策略，其主要思路就是而是运用变流器空间电压矢量切换获得准圆形旋转磁场，进而在较低的开关频率下获得更好的控制性能。SVPWM控制变流器有电压利用率高、动态响应快等特点。

Udc为直流母线电压，三相电压型PWM整流器采用双闭环SVPWM控制策略可以使系统稳定、系统动态性能好、直流母线电压恢复快。所以Udc就作为双向DC-DC变换器的电压源，在双向DC-DC变换器中可以通过控制S1、S2开关即可实现对电动汽车充电桩充放电模式的切换。充电桩整体都可以实现能量的双向流动，此电路拓扑可以实现V2G功能，当蓄电池放电是控制双向DC-DC变换器使其工作在Boost工作模式，将蓄电池能量向直流母线回馈，三相电压型PWM整流器即可工作在逆变状态使能量向网侧回馈。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.电动汽车充电桩系统，其特征在于：三相交流电经三相半桥电压型PWM整流器和双向DC/DC变换器输送至充电插头，所述充电插头用于连接电动汽车的充电接口，所述双向DC/DC变换器的输出端两级分别设有控制开关S1和控制开关S2，系统设有充放电切换模块并输出PWM信号至控制开关S1和控制开关S2控制其通断，所述三相半桥电压型PWM整流器的输入端设有A/D采样电路，并将采样信号输送至PLL锁相环控制单元，所述PLL锁相环控制单元输出调整信号至三相半桥电压型PWM整流器。

2.根据权利要求1所述的电动汽车充电桩系统，其特征在于：所述的A/D采样电路采样得到电压Ua、Ub、Uc和电流ia、ib、ic，所述PLL锁相环控制单元输入电流的相角至三相半桥电压型PWM整流器。