CN206598738U - 电动汽车的充电机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动汽车的充电机系统。该电动汽车的充电机系统包括：第一电源模块，与第一直流母线相连接；第二电源模块，与第二直流母线相连接；预设数量的开关，与第一直流母线和第二直流母线相连接，用于根据电动汽车的充电电压切换第一直流母线与第二直流母线之间的连接；输出机构，与切换后的第一直流母线和第二直流母线相连接，用于向电动汽车输出第一电源模块和第二电源模块输出的总功率。通过本实用新型，达到了提高充电系统的充电效率的效果。

Description

电动汽车的充电机系统

技术领域

本实用新型涉及充电机领域，具体而言，涉及一种电动汽车的充电机系统。

背景技术

目前，电动汽车的普及和推广应用是中国建设资源节约型、环境友好型社会的重要技术途径，这已经成为我国低碳经济、新能源利用的重点发展方向。电动汽车的应用将降低中国对石油产品的依赖，可以大幅减少温室气体的排放，有效地控制城市的污染。

经过对目前国内市场电动汽车电池数据的调研，在电池充电参数上可以分为大型车和小型车两大类。由于大型车和小型车在充电功率、充电电压平台范围上差别较大。上述充电机的规划建设虽然在技术上简单，充电机的成本低，但是存在大型车和小型车不能通用的局限性，从而降低了客户在停车充电使用方便性，进而降低了用户体验；此外，在低压阶段，充电机的输出功率降低，也无法高效率地为电动汽车提供充电服务。

随着电池技术的不断提升，电池允许的充放电倍率以及电池的容量不断增加，从而促使快速充电设备的功率也在同步提升。由于电动汽车的数量的快速增加造成了城市公共快速充电设施的需求越来越迫切，但是现有公共快速充电设备存在以下几方面还存在一定的问题需要解决：

(1)电动汽车的电压平台根据电动汽车的车型不同，在300V至750V范围内差异较大。现有的电动汽车在直流快速充电设备电压输出范围有限的情况下，不能覆盖大巴车和小型车的电池电压平台，大巴车和小型车的充电机也无法通用。

(2)充电机的额定功率一般指充电机在最大电压下的功率，输出效率一般在50％-100％之间的输出范围内较高。在低电压范围内，充电机的输出功率和效率值均较额定功率有所降低。但是，为了满足不同电压等级电池的充电需求，充电机又要求电压范围尽量宽。因此，宽电压范围和高功率、高效率的需求之间存在一定的矛盾。

针对现有技术中充电系统的充电效率低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种电动汽车的充电机系统，以至少解决充电系统的充电效率低的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种电动汽车的充电机系统。第一电源模块，与第一直流母线相连接；第二电源模块，与第二直流母线相连接；预设数量的开关，与第一直流母线和第二直流母线相连接，用于根据电动汽车的充电电压切换第一直流母线与第二直流母线之间的连接；输出机构，与切换后的第一直流母线和第二直流母线相连接，用于向电动汽车输出第一电源模块和第二电源模块输出的总功率。

进一步地，电动汽车的充电电压在第一预设电压范围内，预设数量的开关用于根据电动汽车的充电电压切换第一直流母线和第二直流母线之间的连接为串联连接。

进一步地，电动汽车的充电电压在第二预设电压范围内，预设数量的开关用于根据电动汽车的充电电压切换第一直流母线和第二直流母线之间的连接为并联连接。

进一步地，充电机系统还包括：监控器，用于监控电动汽车的充电电压，并根据电动汽车的充电电压输出用于切换第一直流母线与第二直流母线之间的连接的控制信号；其中，预设数量的开关与监控器相连接，用于接收控制信号。

进一步地，电动汽车的充电电压在第一预设电压范围内，预设数量的开关用于接收监控器根据电动汽车的充电电压发送的第一控制信号，第一控制信号用于控制预设数量的开关切换第一直流母线与第二直流母线之间的连接为串联连接。

进一步地，电动汽车的充电电压在第二预设电压范围内，预设数量的开关用于接收监控器根据电动汽车的充电电压发送的第二控制信号，用于控制预设数量的开关切换第一直流母线与第二直流母线之间的连接为并联连接。

进一步地，第一电源模块和第二电源模块为低电压平台的模块。

进一步地，第一电源模块和第二电源模块包括：功率因数校正电路，用于校正第一电源模块和第二电源模块的输入功率。

进一步地，功率因数校正电路为拓扑APFC电路。

进一步地，充电机系统为充电桩。

该实施例通过第一电源模块与第一直流母线相连接；第二电源模块与第二直流母线相连接；预设数量的开关与第一直流母线和第二直流母线相连接，用于根据电动汽车的充电电压切换第一直流母线与第二直流母线之间的连接；输出机构与切换后的第一直流母线和第二直流母线相连接，用于向电动汽车输出第一电源模块和第二电源模块输出的总功率，由于根据电动汽车的充电电压切换直流母线的连接方式，从而输出适应于与充电电压对应的电动汽车的功率，解决了充电系统的充电效率低，提高了充电系统的充电效率。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的一种电动汽车的充电机系统的示意图；

图2是根据本实用新型实施例的一种输入功率因素校正电路的示意图；

图3是根据本实用新型实施例的一种交错并联拓扑DCDC电路的示意图；

图4是根据本实用新型实施例的一种输出电流的波形示意图；以及

图5是根据本实用新型实施例的另一种电动汽车的充电机系统的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列单元的系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它单元。

实施例1

本实用新型实施例提供了一种电动汽车的充电机系统。

图1是根据本实用新型实施例的一种电动汽车的充电机系统的示意图。如图1所示，该电动汽车的充电机系统包括：第一电源模块10、第二电源模块20、预设数量的开关30和输出机构40。

第一电源模块10，与第一直流母线相连接。

第一电源模块10可以为AC/DC模块，选用低电压平台的模块，该低电压平台的模块的电压可以在200至450V。第一电源模块10与第一直流母线相连接。

第二电源模块20，与第二直流母线相连接。

第一电源模块20可以为AC/DC模块，选用低电压平台的模块，该低电压平台的模块的电压可以在200V～450V。第二电源模块20与第二直流母线相连接。

预设数量的开关30，与第一直流母线和第二直流母线相连接，用于根据电动汽车的充电电压切换第一直流母线与第二直流母线之间的连接。

电动汽车根据电池的充电参数可以分为大型车和小型车两大类，大型车主要包括纯电动客车、旅游车、运输车等，其电池额定电压大多在500V-600V范围，也有个别车型低到300V，高到750V，电池容量大部分在200Ah-300Ah，个别低到100Ah，高到500Ah。小型车主要包括电动轿车、工程车、邮政车等，其电池额定电压大多在300V-400V范围，也有个别车型低到100V，高到500V，电池容量大部分在50Ah-100Ah，个别低到20Ah，高到200Ah。

不同车型的充电电压不同，电动车电压平台根据车型不同，在300V至750V范围内差异较大。根据当前已推向市场的各类乘用小车，大巴的电压范围统计，除乘用车之外，小型车的充电电压范围为200V～425V，可以满足所有各品牌各型号的乘用车；纯电动大巴的充电电压范围集中在450V～750V，混合电动大巴的充电电压则在200V～400V区间内。在上述各电压区间内，通过预设数量的开关30根据电动汽车的充电电压切换第一直流母线与第二直流母线之间的连接，可以最大化地使用充电机的功率，也即，实现低电压大电流充电，高电压小电流充电，从而实现在全电压范围内的接近恒功率充电的目的。

可选地，预设数量的开关30为三个开关，通过三个开关实现第一直流母线和第二直流母线的连接。如果电动汽车的类型为乘用车型，则第一直流母线和第二直流母线采用并联方式，从而使第一电源模块10和第二电源模块20采用并联方式；如果电动汽车的类型为大巴车，则第一直流母线和第二直流母线采用串联方式，从而使得第一电源模块20和第二电源模块20采用串联方式。

输出机构40，与切换后的第一直流母线和第二直流母线相连接，用于向电动汽车输出第一电源模块和第二电源模块输出的总功率。

在通过预设数量的开关30根据电动汽车的充电电压切换第一直流母线与第二直流母线之间的连接之和，输出机构40与切换后的第一直流母线和第二直流母线相连接，用于向电动汽车输出第一电源模块和第二电源模块输出的总功率。如果电动汽车的类型为乘用车型，则第一直流母线和第二直流母线采用并联方式，总功率是第一电源模块和第二电源模块之和；如果电动汽车的类型为大巴车，则第一直流母线和第二直流母线采用串联方式，总功率还是第一电源模块和第二电源模块之和。

可选地，该实施例除了包括第一电源模块10、第二电源模块20之外，还可以包括第三电源模块，除了包括第一直流母线和第二直流母线之外，还可以包括第三直流母线，通过预设数量的开关根据电动汽车的充电电压切换第一直流母线、第二直流母线和第三直流母线之间的连接方式，从而输出适应于与充电电压对应的电动汽车的功率，该功率接近电动汽车在充电时的恒定功率。

需要说明的是，该实施例并不限定电源模块的数量和直流母线的数量，上述第一电源模块和第二电源模块、第一直流母线和第二直流母线仅为本实用新型的优选实施方式，并不限于本实施例仅包括第一电源包括和第二电源模块，可以提高充电系统的充电效率的电源模块和直流母线都在本实用新型的保护范围之内，此处不再一一举例说明。

可选地，充电机系统具有高转换效率(≥95％)，降低充电机自身能耗。

充电机系统具有高功率密度，在相同功率下，充电机系统的尺寸更小，更容易实现充电机系统的小型化和美观化的设计。

充电机系统具有集成电源功率变换、人机交互界面、远程通讯，智能控制、计量计费等多种功能的一体化智能充电系统。

充电机系统可以实现信息交互以及远程控制。可解决现有充电机系统的远程升级问题，并在信息采集的基础上实现对交直流充电机系统的远程控制。用户可以通过手机客户端，实施查询电动汽车电池状态，对在充电的车辆可以实时掌握车辆的充电信息，包括车辆剩余电量、充电效率、预计充满时间等。

该实施例通过第一电源模块10与第一直流母线相连接；第二电源模块20与第二直流母线相连接；预设数量的开关20与第一直流母线和第二直流母线相连接，用于根据电动汽车的充电电压切换第一直流母线与第二直流母线之间的连接；输出机构30与切换后的第一直流母线和第二直流母线相连接，用于向电动汽车输出第一电源模块和第二电源模块输出的总功率，由于根据电动汽车的充电电压切换直流母线的连接方式，从而输出适应于与充电电压对应的电动汽车的功率，解决了充电系统的充电效率低，提高了充电系统的充电效率。

作为一种可选的实施方式，电动汽车的充电电压在第一预设电压范围内，预设数量的开关用于根据电动汽车的充电电压切换第一直流母线和第二直流母线之间的连接为串联连接。

电动汽车的充电电压在第一预设电压范围。可以为纯电动大巴车的充电电压范围450V～750V，通过三个开关可以实现切换第一直流母线和第二直流母线之间的连接为串联连接，此时可以降低电路的电流，实现为电动汽车进行高压小电流的充电目的，从而实现为电动汽车进行接近恒功率充电的目的，实现了全电压范围内的恒功率充电，提高了充电系统的充电效率。

作为一种可选的实施方式，电动汽车的充电电压在第二预设电压范围内，预设数量的开关用于根据电动汽车的充电电压切换第一直流母线和第二直流母线之间的连接为并联连接。

电动汽车的充电电压在第二预设电压范围，可以为小型车的充电电压范围在200V～425V，通过三个开关可以实现切换第一直流母线和第二直流母线之间的连接为并联连接，此时可以增加电路的电流，实现为电动汽车进行低压大电流的充电目的，从而实现为电动汽车进行接近恒功率充电的目的，实现了全电压范围内的恒功率充电，进而提高了充电系统的充电效率。

作为一种可选的实施方式，充电机系统还包括：监控器，用于监控电动汽车的充电电压，并根据电动汽车的充电电压输出用于切换第一直流母线与第二直流母线之间的连接的控制信号；其中，预设数量的开关与监控器相连接，用于接收控制信号。

监控器，也即，充电机系统的充电监控器，可以用于监控电动汽车的电参数，比如，监控电动汽车的充电电压，根据电动汽车的充电电压输出用于切换第一直流母线与第二直流母线之间的连接的控制信号。当电动汽车的充电电压在第一预设范围时，输出用于切换第一直流母线与第二直流母线之间的连接为串联连接的控制信号，当电动汽车的充电电压在第二预设范围时，输出用于切换第一直流母线与第二直流母线之间的连接为并联连接的控制信号。与监控器相连接的预设数量的开关接收上述控制信号，切换第一直流母线和第二直流母线之间的连接。

作为一种可选的实施方式，电动汽车的充电电压在第一预设电压范围内，预设数量的开关用于接收监控器根据电动汽车的充电电压发送的第一控制信号，第一控制信号用于控制预设数量的开关切换第一直流母线与第二直流母线之间的连接为串联连接。

电动汽车为纯电动大巴，其充电电压范围集中在450V～750V内，监控器根据纯电动大巴当前的充电电压发送的第一控制信号，与监控器相连接的预设数量的开关接收第一控制信号，根据第一控制信号控制预设数量的开关切换第一直流母线与第二直流母线之间的连接为串联连接，实现了全电压范围内的恒功率充电，进而提高了充电系统的充电效率。

作为一种可选的实施方式，电动汽车的充电电压在第二预设电压范围内，预设数量的开关用于接收监控器根据电动汽车的充电电压发送的第二控制信号，用于控制预设数量的开关切换第一直流母线与第二直流母线之间的连接为并联连接。

电动汽车为小型车，其充电电压范围集中在200V～425V内，监控器根据小型车当前的充电电压发送的第二控制信号，与监控器相连接的预设数量的开关接收第二控制信号，根据第二控制信号控制预设数量的开关切换第一直流母线与第二直流母线之间的连接为并联连接，实现了全电压范围内的恒功率充电，进而提高了充电系统的充电效率。

作为一种可选的实施方式，第一电源模块和第二电源模块为低电压平台的模块。

充电机AC/DC模块可以选用低电压平台的模块200V～450V。

作为一种可选的实施方式，第一电源模块和第二电源模块包括：功率因数校正电路，用于校正第一电源模块和第二电源模块的输入功率。

第一电源模块和第二电源模块分别包括功率功率因数校正电路，该功率因数校正电路可以为有源功率因数校正(Active Power Factor Correction，简称为APFC)电路，用于校正第一电源模块和第二电源模块的输入功率。

作为一种可选的实施方式，充电机系统为充电桩。

充电桩实现了宽电压范围的输出，可以适应大型车和小型车的充电，具有更好地通用性。同时，充电桩使用电源模块的串联和并联的切换方案，可以降低充电系统整体的成本，并且实现了充电系统的通用设计。

可选地，充电桩具有高转换效率(≥95％)，降低充电机自身能耗。

充电桩具有高功率密度，在相同功率下，充电桩的尺寸更小，更容易实现充电桩的小型化和美观化的设计。

充电桩具有集成电源功率变换、人机交互界面、远程通讯，智能控制、计量计费等多种功能的一体化智能充电系统。

充电桩可以实现信息交互以及远程控制。可解决现有充电桩的远程升级问题，并在信息采集的基础上实现对交直流充电桩的远程控制。用户可以通过手机客户端，实施查询电动汽车电池状态，对在充电的车辆可以实时掌握车辆的充电信息，包括车辆剩余电量、充电效率、预计充满时间等。

实施例2

下面结合优选的实施方式对本实用新型的电动汽车的充电机系统进行说明。

该实施例的宽电压范围恒功率输出直流充电机是一种高转换效率(≥95％)、小型化、智能化的电动汽车直流快速充电机。在商用车和乘用车常用充电电压范围内均有较高的输出功率及转换效率，满足目前各种类型的电动汽车的充电需求，提高设备使用率和能源利用率，提升公共充电设施的形象和品质。

各电压区间，能最大化的使用充电机的功率，即低压能大电流充电，高压小电流充电，最理想则是全电压范围的恒功率充电。充电机AC/DC模块选用低电压平台的模块200～450Vdc。模块分成两组，直流侧分别接在两段母线上，通过三个开关可以实现两段母线的串联和并联。如果是乘用车型，所有电源模块采用并联方式，总功率是所有模块之和；如果是大巴车，两段母线采用串联方式，总功率还是所有模块之和。可实现宽电压范围的同时，提高充电机的效率。

下面对充电机系统的构成进行介绍：

充电机系统由外壳、人机交互界面、充电接口、充电监控器、电源模块、电气回路和计量计费系统等组成。

该实施例的高功率密度、高效率电源模块设计包括以下方面：

(1)通过提高开关频率来减小磁元件体积，模块开关频率较上一代产品提升了150％，同时减小了滤波电容。

(2)通过选用低损耗的功率器件，提升了整机效率。

(3)通过优化电路布局，降低线路损耗。

(4)通过优化风道，风扇选型优化，提高散热效率，减小风道散热片的体积。

(5)通过采用PFC和DCDC交错并联技术，降低了纹波电流和EMI滤波器的体积。

图2是根据本实用新型实施例的一种输入功率因素校正电路的示意图。如图2所示，该输入功率因素校正电路采用三相三开关单向三电平变换器，包括交流电Va，Vb，Vc，电感La，Lb，Lc，开关S1，S2，S3，电容C1，C2，负载R1，R2，用于实现电源模块的输入功率的校正目的。

图3是根据本实用新型实施例的一种交错并联拓扑DCDC电路的示意图。如图3所示，该交错并联拓扑DCDC电路包括直流电DC，开关S1，S2，S3，S4，电容C₀，可以实现电路的整流作用。

图4是根据本实用新型实施例的一种输出电流的波形示意图。如图4所示，iLo1为充电机系统的第一电源模块的输出电流，iLo2为充电机系统的第二电源模块的输出电流，将iLo1和iLo2进行叠加，得到充电机系统的输出电流iLo。

图5是根据本实用新型实施例的另一种电动汽车的充电机系统的示意图。如图5所示，充电模块为AC/DC模块，包括直流侧R11AC/DC，R12AC/DC，R1NAC/DC，与直流母线Vdc1相连接，还包括直流侧R21AC/DC，R22AC/DC，R23AC/DC，与直流母线Vdc2相连接。通过三个开关K1，K2，K3可以实现两段直流母线Vdc1和直流母线Vdc2的串联和并联。如果乘用车型，所有电源模块采用并联方式，总功率是所有模块之和；如果是大巴车，两段母线采用串联方式，总功率还是所有模块之和。通过开关Kp和Kn的控制实现直流充电机总输出，进而向电动汽车电池充电。采用此方案，可实现宽电压范围的同时，提高充电机的效率。

该实施例采用高功率密度、高效率电源模块设计，电源模块电压和均流控制策略设计，产品与环境融合的工业设计，满足户外运行的防护设计，可以实现在低压段，保证充电机输出接近恒功率的功率，从而高效率地为电动汽车提供充电服务。

该实施例采用宽电压范围输出，可适应大车和小车充电，充电机系统具有更好的通用性。同时使用模块串并联模式切换方案可以降低产品整体成本，并且实现模块的通用设计，具有高转换效率(≥95％)，降低充电机自身能耗。采用高功率密度、高效率电源模块设计，在相同功率下，充电机尺寸更小，更容易实现充电机的小型化和美观化的设计。集成电源功率变换、人机交互、远程通讯，智能控制、计量计费等多种功能的一体化智能充电系统，充电机系统可以实现信息交互以及远程控制。可解决现有充电桩的远程升级问题，并在信息采集的基础上实现对交直流充电桩的远程控制。用户可以通过手机客户端，实施查询电动汽车电池状态，对在充电的车辆可以实时掌握车辆的充电信息，包括车辆剩余电量、充电效率、预计充满时间等。

该实施例在公共领域进行推广和应用，可覆盖办公人群、商业区和公共领域场所，适应公交、乘用车等多种领域，有利于推动节能减排、新能源以及电动汽车等战略性新兴产业的发展。不仅是对电动汽车基础设施技术的提高和推动，形成了新的产品序列和种类，满足了不同环的需求，同时也是对电动汽车产业发展的一种促进和推动，产业的规模化发展必然会带动相关企业形成一定的技术提升和市场效益，带动经济的发展和高端人才的聚集。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动汽车的充电机系统，其特征在于，包括：

第一电源模块，与第一直流母线相连接；

第二电源模块，与第二直流母线相连接；

预设数量的开关，与所述第一直流母线和所述第二直流母线相连接，用于根据电动汽车的充电电压切换所述第一直流母线与所述第二直流母线之间的连接；

输出机构，与切换后的所述第一直流母线和所述第二直流母线相连接，用于向所述电动汽车输出所述第一电源模块和所述第二电源模块输出的总功率。

2.根据权利要求1所述的充电机系统，其特征在于，所述电动汽车的充电电压在第一预设电压范围内，

所述预设数量的开关用于根据所述电动汽车的充电电压切换所述第一直流母线和所述第二直流母线之间的连接为串联连接。

3.根据权利要求1所述的充电机系统，其特征在于，所述电动汽车的充电电压在第二预设电压范围内，

所述预设数量的开关用于根据所述电动汽车的充电电压切换所述第一直流母线和所述第二直流母线之间的连接为并联连接。

4.根据权利要求1所述的充电机系统，其特征在于，所述充电机系统还包括：

监控器，用于监控电动汽车的充电电压，并根据所述电动汽车的充电电压输出用于切换所述第一直流母线与所述第二直流母线之间的连接的控制信号；

其中，所述预设数量的开关与所述监控器相连接，用于接收所述控制信号。

5.根据权利要求4所述的充电机系统，其特征在于，所述电动汽车的充电电压在第一预设电压范围内，

所述预设数量的开关用于接收所述监控器根据所述电动汽车的充电电压发送的第一控制信号，所述第一控制信号用于控制所述预设数量的开关切换所述第一直流母线与所述第二直流母线之间的连接为串联连接。

6.根据权利要求4所述的充电机系统，其特征在于，所述电动汽车的充电电压在第二预设电压范围内，

所述预设数量的开关用于接收所述监控器根据所述电动汽车的充电电压发送的第二控制信号，所述第二控制信号用于控制所述预设数量的开关切换所述第一直流母线与所述第二直流母线之间的连接为并联连接。

7.根据权利要求1所述的充电机系统，其特征在于，所述第一电源模块和所述第二电源模块为低电压平台的模块。

8.根据权利要求1所述的充电机系统，其特征在于，所述第一电源模块和所述第二电源模块包括：功率因数校正电路，用于校正所述第一电源模块和所述第二电源模块的输入功率。

9.根据权利要求8所述的充电机系统，其特征在于，所述功率因数校正电路为拓扑APFC电路。

10.根据权利要求1至9中任意一项所述的充电机系统，其特征在于，所述充电机系统为充电桩。