CN207345518U - 一种带有源滤波功能的交流充电桩 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带有源滤波功能的交流充电桩，包括刷卡器、充电桩控制器、电表、接触器、逆变模块和充电枪头，充电桩控制器包括充电桩控制单元和逆变模块控制器，充电桩控制单元连接电表，电表通过接触器连接充电枪头，逆变模块控制器通过逆变模块接入接触器和充电枪头之间，电表还连接相线和零线，充电桩控制单元通过电表及刷卡器实现充电桩计费，逆变模块控制器控制逆变模块实现交流充电桩的单位功率因数与低谐波运行。逆变模块控制器使用了双零点比例谐振控制实现了高精度谐波电流控制。本实用新型的交流充电桩具有谐波抑制与无功补偿功能，无需外置有源电力滤波器，且补偿点位于电表后端，降低因为谐波电流而引起的电表计费误差。

Description

一种带有源滤波功能的交流充电桩

技术领域

本实用新型属于电动汽车交流充电技术领域，特别涉及一种带有源滤波功能的交流充电桩。

背景技术

自从国务院办公厅印发《关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》以来，国内的充电桩建设工作得到了推进，越来越多的充电桩投入运营。交流充电桩由于只提供电源接口及计费功能，电能变换由车载充电机完成，车载充电机由于尺寸有限，多采用不可控整流，电池充电过程中的非线性特性，导致交流充电桩在运行时产生谐波，对电网造成的谐波污染日益严重，使得电能生产、传输和利用的效率降低，并影响电网的安全运行。为了保证电网的正常运行，现在采取的办法往往是限制接入电网的整流设备的容量，这就限制了一些大功率直流电源的使用。目前市面上的电动汽车充电装置多采用如图1所示的拓扑结构，主要存在以下问题：

1、车载充电机为三相不可控整流装置，充电过程中会产生谐波电流，影响电网的稳定性，致使运营商需要就地安装谐波治理装置。

2、运营商就地安装谐波治理装置，补偿了充电桩产生的谐波电流，但是这部分谐波依然流经电表，目前充电桩的电能计量装置是按正弦基波设计，电能表的读数为负载消耗基波电能减去小部分谐波电能，因此造成了充电桩运营商的损失，同时有源电力滤波器的损耗也造成了运营成本的增加。

3、充电桩负载电流较小，但谐波频谱分布较宽，常用的电流内环控制难以达到很好的补偿效果，补偿难度较大。

实用新型内容

本实用新型提供一种带有源滤波功能的交流充电桩，以解决现有充电桩产品存在谐波的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种带有源滤波功能的交流充电桩，包括刷卡器、充电桩控制器、电表、接触器、逆变模块和充电枪头，所述充电桩控制器包括充电桩控制单元和逆变模块控制器，所述充电桩控制单元连接电表，所述电表通过接触器连接充电枪头，逆变模块控制器通过逆变模块接入接触器和充电枪头之间，所述电表还连接相线和零线。充电桩控制器通过刷卡器、电表和接触器完成交流充电桩的计费控制功能。

所述逆变模块为H桥变流器，H桥变流器包括滤波电感、开关1、开关2、开关3、开关4、功率开关驱动器与直流侧的储能电容。

所述逆变模块控制器通过功率开关驱动器控制开关1、开关2、开关3和开关4。

所述H桥变流器的接入点通过滤波电感接入接触器的出线端。

所述开关1、开关2、开关3、开关4均为全控型功率器件开关。

所述逆变模块控制器为ASG100L系列H桥逆变模块充电桩控制器。根据现场容量选择合适的ASG100L系列H桥逆变模块充电桩控制器。

所述逆变模块控制器用于控制逆变模块完成充电过程中谐波电流的抑制与无功补偿。所述逆变模块控制器采集充电桩的输出电流，提取并补偿电网谐波电流，保证电表采集电流的高功率因数与低谐波特性，降低因为谐波电流而引起的电费计费误差。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、保证充电桩电表不受谐波电能的影响，通过H桥变流模块实现谐波补偿功能，接入点位于电表出线端，即接触器的出线端，可以实现其他交流充电桩无法实现的电表输出端滤波功能。

2、采用一体化设计，集成度高，相比外置有源滤波器的交流充电桩方案，大大降低了工程成本。

3、使用一种基于串联微分环节的比例谐振控制的H桥逆变模块充电桩控制器大大提高了高次谐波电流的补偿精度。

附图说明

图1 是现有技术中典型的交流充电桩拓扑图；

图2 是本实用新型中交流充电桩拓扑图；

图3 是本实用新型中充电桩运行时的系统框图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作更进一步的说明。

如图2和3所示，一种带有源滤波功能的交流充电桩，包括刷卡器、充电桩控制器、电表、接触器、逆变模块和充电枪头，所述充电桩控制器包括充电桩控制单元和逆变模块控制器，所述充电桩控制单元连接电表，所述电表通过接触器连接充电枪头，逆变模块控制器通过逆变模块接入接触器和充电枪头之间，所述电表还连接相线和零线。充电桩控制器通过刷卡器、电表和接触器完成交流充电桩的计费控制功能。

所述逆变模块为H桥变流器，H桥变流器包括滤波电感、全控型功率器件开关1、开关2、开关3、开关4、功率开关驱动器与直流侧的储能电容，所述逆变模块控制器通过功率开关驱动器控制开关1、开关2、开关3和开关4，所述H桥变流器的接入点通过滤波电感接入接触器的出线端。

所述逆变模块控制器为ASG100L系列H桥逆变模块充电桩控制器。根据现场容量选择合适的ASG100L系列H桥逆变模块充电桩控制器。

所述逆变模块控制器用于控制逆变模块完成充电过程中谐波电流的抑制与无功补偿。所述逆变模块控制器采集充电桩的输出电流，提取并补偿电网谐波电流，保证电表采集电流的高功率因数与低谐波特性，降低因为谐波电流而引起的电费计费误差。

针对逆变模块的拓扑特性，所述充电桩控制器中的H桥逆变模块充电桩控制器采用了串联微分校正环节的双零点比例谐振控制，因此具有更好的谐波电流跟踪特性。

本实用新型中充电桩控制单元通过电表及刷卡器实现充电桩计费，逆变模块控制器控制逆变模块实现交流充电桩的单位功率因数与低谐波运行。逆变模块控制器使用了双零点比例谐振控制实现了高精度谐波电流控制。本实用新型的交流充电桩具有谐波抑制与无功补偿功能，无需外置有源电力滤波器，且补偿点位于电表后端，降低因为谐波电流而引起的电表计费误差。

电动汽车谐波抑制单元，针对充电机负载的电流较低，谐波分布较宽，传统的谐波补偿方法效果不佳，故本实用新型提出一种集成了H桥逆变器充电桩控制器的交流充电桩系统，H桥逆变器充电桩控制器采用一种串联微分校正环节的双零点比例谐振控制，实现了高次谐波电流的高精度控制。

H桥变流器属于现有技术，直接将其接入在电表的出线侧，在本实用新型中即为接触器的出线侧，在交流充电桩内部通过H桥变流器，向电网注入反向谐波电流，实现网侧的单位功率因数与电流低畸变率，保证了电表计费的准确性，降低了充电桩运营商的损失。

如图2所示，本实用新型带谐波抑制功能的交流充电桩拓扑结构。充电桩控制器集成的充电桩控制单元通过控制电表，接触器，刷卡器完成充电计费功能， H桥逆变器接入点位于电表出线侧，充电桩控制器集成的逆变模块充电桩控制器通过控制H桥逆变器，实现电表出线侧的单位功率因数与电流低畸变率。保证充电桩电表计费不会受谐波电流的影响。充电桩控制器通过控制电表，接触器，刷卡器等周围外设完成基本的充电计费功能，内置在交流充电桩内部的 H桥逆变器接入点位于电表出线侧，充电桩控制器通过控制H桥逆变器，实现电表出线侧的单位功率因数与电流低畸变率。保证充电桩电表计费不会受谐波电流的影响。

典型的车载充电机运行电流特性，目前常用H桥逆变模块的控制模型，电流控制PI充电桩控制器存在控制精度不高的缺点；而比例谐振充电桩控制器(PR)在非基频处增益非常小无法有效抑制电网产生的谐波；准比例谐振充电桩控制器，会放大PR充电桩控制器的截止频带宽，存在谐振频率点增益较低的缺点。针对这种问题，本实用新型使用的ASG100L系列逆变模块充电桩控制器是基于一种串联校正的双零点比例谐振控制的，解决了工程中存在的比例谐振充电桩控制器与准比例谐振充电桩控制器共同使用时出现的不稳定情况。本实用新型使用的ASG100L系列逆变模块充电桩控制器使用了一种串联微分校正环节的双零点PR充电桩控制器，实现了双零点PR控制在高频段控制和与准PR控制在低频段使用，大大提高了H桥逆变器电流控制精度。解决了工程应用中谐波补偿电流控制精度不高的问题。本实用新型中充电桩使用的ASG100L系列逆变模块充电桩控制器是基于串联校正法，为PR充电桩控制器传递函数串联增加一个微分环节，为控制系统增加了阻尼，使系统震荡快速衰减，变得稳定，从频域角度分析，微分环节的相频率特性为-90度，幅值特性为20dB/Dec，PR充电桩控制器串联微分环节增加了控制系统的相位裕量，保证了系统的稳定性。

本实用新型的相角裕度约为23度，增益裕度为86.8dB，整体系统稳定性较强。

现有技术中外置滤波装置的交流充电桩运行时电网特性与本实用新型交流充电桩运行时的电网特性相比；本专利所述的交流充电桩，运行时电网电流畸变率更低，且谐波电流谐波补偿效果更好，且保证了充电桩电表不受谐波电能的影响。

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原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视是本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种带有源滤波功能的交流充电桩，其特征在于：包括刷卡器、充电桩控制器、电表、接触器、逆变模块和充电枪头，所述充电桩控制器包括充电桩控制单元和逆变模块控制器，所述充电桩控制单元连接电表，所述电表通过接触器连接充电枪头，逆变模块控制器通过逆变模块接入接触器和充电枪头之间，所述电表还连接相线和零线。

2.根据权利要求1所述的带有源滤波功能的交流充电桩，其特征在于：所述逆变模块为H桥变流器，H桥变流器包括滤波电感、开关1、开关2、开关3、开关4、功率开关驱动器与直流侧的储能电容。

3.根据权利要求2所述的带有源滤波功能的交流充电桩，其特征在于：所述逆变模块控制器通过功率开关驱动器控制开关1、开关2、开关3和开关4。

4.根据权利要求2所述的带有源滤波功能的交流充电桩，其特征在于：所述H桥变流器的接入点通过滤波电感接入接触器的出线端。

5.根据权利要求2所述的带有源滤波功能的交流充电桩，其特征在于：所述开关1、开关2、开关3、开关4均为全控型功率器件开关。

6.根据权利要求1所述的带有源滤波功能的交流充电桩，其特征在于：所述逆变模块控制器为ASG100L系列H桥逆变模块充电桩控制器。

7.根据权利要求1所述的带有源滤波功能的交流充电桩，其特征在于：所述逆变模块控制器用于控制逆变模块完成充电过程中谐波电流的抑制与无功补偿。