CN207910510U - 用于电动汽车充电的恒压交流电源及储能充电系统 - Google Patents

用于电动汽车充电的恒压交流电源及储能充电系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供一种用于电动汽车充电的恒压交流电源及储能充电系统，其中用于电动汽车充电的恒压交流电源包括电池包和三相交流转换模块，电池包包括若干单体电池，若干单体电池串联组成电池包，电池包的直流电压落在456.7VDC～617.9VDC的范围之内，三相交流转换模块用于将电池包的直流转换为三相交流电源进行输出，三相交流电源的每相电压范围为323VAC～437VAC。本实用新型基于电池梯次利用的环保理念，可利用二次电池来组成电池包，并通过三相交流转换模块将直流转换为交流，从而可替代固定的充电桩，实现对电动汽车便捷、高效的充电，系统构成简单，成本低，电能利用率高，环保性好。

Description

用于电动汽车充电的恒压交流电源及储能充电系统
技术领域
本实用新型涉及储能及电动汽车充电系统领域，特别涉及一种用于电动汽车充电的恒压交流电源及储能充电系统。
背景技术
传统的储能-充电系统如图1所示，风力发电系统通过风力发电机组将风能转化为电能，光伏发电系统通过光伏阵列将太阳能转化为电能，以及混合储能系统中蓄电池储能、飞轮储能等在经过逆变如AC-DC(交流-直流)、DC-DC(直流-直流)转换后通过回流线缆汇聚到配电网中，中央处理器调整各系统的电能传输实现电能利用效率最大化。这样作为交流负荷的电动车充电桩(一般为380VAC，即380V交流)就可从配电网中获取电能为电动汽车充电。由于储能-充电系统中需要经过多次电能逆变，每一次逆变均会产生损耗，大大降低了储能-充电系统对电能的利用率，且逆变器(PCS，Power Control System)成本高。
另外，随着电动汽车的日益普及，电池梯次利用以及储能-电动汽车充电系统的环保理念逐步提上日程，今后使用储能系统对电动汽车充电将成为趋势。由于电动汽车充电的AC-DC模块要求三相380VAC±15％能满负载工作，所以如何基于电池梯次利用来构建出低成本、环保性高且符合该AC-DC模块对三相380VAC电源需求的电源。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中储能及电动汽车充电系统中，采用逆变器，造成系统成本高、电能利用率不高和环保性不高的缺陷，提供一种用于电动汽车充电的恒压交流电源及储能充电系统，从而可基于电池梯次利用，既解决了电动汽车充电的便捷性，又提高了储能充电系统的电能利用效率和环保性。
本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本实用新型提供一种用于电动汽车充电的恒压交流电源，其特点是，包括电池包和三相交流转换模块，所述电池包包括若干单体电池，所述若干单体电池串联组成所述电池包，所述电池包的直流电压落在456.7VDC～617.9VDC(即456.7V～617.9V直流)的范围之内，所述三相交流转换模块用于将所述电池包的直流转换为三相交流电源进行输出，所述三相交流电源的每相电压范围为323VAC～437VAC。
较佳地，所述单体电池包括磷酸铁锂电池，所述磷酸铁锂电池的放电截止单芯电压为2.7VDC、标称单芯电压为3.2VDC、充电截止单芯电压为3.6VDC和最高单芯电压为3.65VDC。
较佳地，所述单体电池的数量为168个。
较佳地，所述三相交流转换模块包括信号处理器和H桥，所述H桥与所述信号处理器电连接，所述信号处理器用于控制所述H桥。
较佳地，所述H桥包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管；
所述第一开关管的控制端、所述第二开关管的控制端、所述第三开关管的控制端、所述第四开关管的控制端、所述第五开关管的控制端和所述第六开关管的控制端均与所述信号处理器电连接；
所述第一开关管的电源端、所述第三开关管的电源端和所述第五开关管的电源端均与所述电池包的正极连接，所述第二开关管的输出端、所述第四开关管的输出端和所述第六开关管的输出端均与所述电池包的负极连接；
所述第一开关管的输出端与所述第二开关管的电源端连接后输出所述三相交流电源的第一相电源；所述第三开关管的输出端与所述第四开关管的电源端连接后输出所述三相交流电源的第二相电源；所述第五开关管的输出端与所述第六开关管的电源端连接后输出所述三相交流电源的第三相电源。
较佳地，所述H桥还包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管和第六二极管；
所述第一二极管的阴极与所述第一开关管的电源端连接，所述第一二极管的阳极与所述第一开关管的输出端连接；所述第二二极管的阴极与所述第二开关管的电源端连接，所述第二二极管的阳极与所述第二开关管的输出端连接；所述第三二极管的阴极与所述第三开关管的电源端连接，所述第三二极管的阳极与所述第三开关管的输出端连接；所述第四二极管的阴极与所述第四开关管的电源端连接，所述第四二极管的阳极与所述第四开关管的输出端连接；所述第五二极管的阴极与所述第五开关管的电源端连接，所述第五二极管的阳极与所述第五开关管的输出端连接；所述第六二极管的阴极与所述第六开关管的电源端连接，所述第六二极管的阳极与所述第六开关管的输出端连接。
较佳地，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管和所述第六开关管均为NPN开关管，所述控制端为对应所述NPN开关管的基极，所述电源端为对应所述NPN开关管的集电极，所述输出端为对应所述NPN开关管的发射极；
所述NPN开关管包括NPN三极管、NMOS管或IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)。可根据功率要求、功耗、电路形式等要求，来选用所述NPN开关管的具体类型。
较佳地，所述信号处理器包括SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation，空间矢量脉宽调制)算法模块，所述SVPWM算法模块用于生成控制所述H桥的PWM信号。
本实用新型还提供一种用于电动汽车充电的储能充电系统，其特点是，包括前述任一项所述的用于电动汽车充电的恒压交流电源。
较佳地，所述储能充电系统还包括电池管理系统，所述电池管理系统与所述电池包电连接，所述电池管理系统用于控制所述电池包。
本实用新型的积极进步效果在于：本实用新型基于电池储能包，根据环保理念可使用梯次电池，通过利用二次电池来构建出电池包，再通过三相交流转换模块控制H桥将电池包的直流电能转换为交流电能，从而生成符合电动汽车充电用的恒压交流电源，该恒压交流电源可替代固定的充电桩，实现对电动汽车便捷、高效的充电，系统构成简单，成本低，电能利用率高，环保性好。
附图说明
图1为传统的储能-充电系统的组成示意图。
图2为本实用新型的较佳实施例的用于电动汽车充电的恒压交流电源的电路图。
图3为本实用新型的较佳实施例的用于电动汽车充电的恒压交流电源的磷酸铁锂电池的电压-容量特性的曲线图。
具体实施方式
下面通过较佳实施例的方式进一步说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。
如图2所示，本实施例涉及的用于电动汽车充电的恒压交流电源，包括电池包1和三相交流转换模块2，电池包1包括若干单体电池VDC，若干单体电池VDC串联组成电池包1，电池包1的直流电压落在456.7VDC～617.9VDC的范围之内，三相交流转换模块2用于将电池包1的直流转换为三相交流电源(如图中的A相、B相和C相)进行输出，所述三相交流电源的每相电压范围为323VAC～437VAC，即所述三相交流电源可满足后级设备如充电设备中AC-DC(交流-直流)模块对充电用的交流电源要求满足380VAC±15％，即所述三相交流电源在380VAC±15％均能满载工作。
具体实施时，为更好地进行电池梯次利用，单体电池VDC可优选磷酸铁锂电池(LiFePO4)，所述磷酸铁锂电池的放电截止单芯电压为2.7VDC、标称单芯电压为3.2VDC、充电截止单芯电压为3.6VDC和最高单芯电压为3.65VDC，所述磷酸铁锂电池的电压-容量特性如图3所示，横坐标为SOC(容量)，纵坐标为OCV(开路电压)。这时，为满足电池包1的直流电压落在456.7VDC～617.9VDC的范围之内，单体电池VDC的数量可优选为168个，这样168个单体电池VDC串联而成的电池包1的直流电压范围为453.6VDC～613.2VDC，即电池包1的放电截止电压最低可到453.6VDC，满足了BMS(电池管理系统)对电池包的放电截止电压应不大于456.7VDC使用要求，这时电池包1在BMS中的放电截止电压可为456.7VDC，从而满足了可保证电池包1在使用中的安全性和可靠性；另外电池包1的放电电压最高可到613.2VDC，也满足了BMS对电池包1的最高电压小于617.9VDC的要求。因此，在BMS对电池包1的管理控制中，电池包1的直流电压范围可为456.7VDC～613.2VDC，在满足三相交流转换模块2的供电要求下，还有利于保证电池包1的安全性和可靠性。
具体实施时，三相交流转换模块2包括信号处理器(为图示简洁，图中未示出)和H桥，所述H桥与所述信号处理器电连接，所述信号处理器用于控制所述H桥。进一步，所述H桥包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5和第六开关管Q6，这样第一开关管Q1的控制端(基极)、第二开关管Q2的控制端、第三开关管Q3的控制端、第四开关管Q4的控制端、第五开关管Q5的控制端和第六开关管Q6的控制端均与所述信号处理器电连接，即所述信号处理器分别产生PWM1～PWM6控制信号并输出至相应开关管的控制端；第一开关管Q1的电源端、第三开关管Q3的电源端和第五开关管Q5的电源端均与电池包1的正极连接，第二开关管Q2的输出端、第四开关管Q4的输出端和第六开关管Q6的输出端均与电池包1的负极连接，第一开关管Q1的输出端与第二开关管Q2的电源端连接后输出所述三相交流电源的第一相电源(如图中A相)，即第一开关管Q1和第二开关管Q2组成H桥的第一个全桥臂，实现第一相交流电的转换；第三开关管Q3的输出端与第四开关管Q4的电源端连接后输出所述三相交流电源的第二相电源(如图中B相)，即第三开关管Q3和第四开关管Q4组成H桥的第二个全桥臂，实现第二相交流电的转换；第五开关管Q5的输出端与第六开关管Q6的电源端连接后输出所述三相交流电源的第三相电源(如图中C相)，即第五开关管Q5和第六开关管Q6组成H桥的第三个全桥臂，实现第三相交流电的转换。
具体实施中，第一开关管Q1～第六开关管Q6均优选NPN开关管，这样所述控制端为对应所述NPN开关管的基极，所述电源端为对应所述NPN开关管的集电极，所述输出端为对应所述NPN开关管的发射极。所述NPN开关管包括NPN三极管、NMOS管或IGBT。
具体实施时，为吸收开关管在通断时产生的尖峰从而更好地保护NPN开关管，所述H桥还包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6，这样二极管的阴极与NPN开关管的集电极连接、阳极与NPN开关管的发射极连接，即第一二极管D1的阴极与所述第一NPN开关管Q1的集电极连接，第一二极管D1的阳极与第一NPN开关管Q1的发射极连接，其他的二极管与NPN开关管的连接与第一二极管D1和第一NPN开关管Q1的连接相似，不再展开说明。
本实施例中，为使三相交流转换模块2的转换效率更高、转换精度更好，具体实施时，所述信号处理器采用SVPWM算法来控制所述H桥，即所述信号处理器包括SVPWM算法模块，这样所述信号处理器就可通过所述SVPWM算法模块生成控制所述H桥的PWM信号。
本实施例还涉及一种用于电动汽车充电的储能充电系统，所述储能充电系统包括上述的用于电动汽车充电的恒压交流电源，所述储能充电系统还包括电池管理系统，所述电池管理系统(为图示简洁，图中未示出)与电池包1电连接，所述电池管理系统用于控制电池包1。这样通过所述电池管理系统对电池包1的管理控制，使得电池包1能可靠地工作
虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于电动汽车充电的恒压交流电源，其特征在于，包括电池包和三相交流转换模块，所述电池包包括若干单体电池，所述若干单体电池串联组成所述电池包，所述电池包的直流电压落在456.7VDC～617.9VDC的范围之内，所述三相交流转换模块用于将所述电池包的直流转换为三相交流电源进行输出，所述三相交流电源的每相电压范围为323VAC～437VAC。
2.如权利要求1所述的用于电动汽车充电的恒压交流电源，其特征在于，所述单体电池包括磷酸铁锂电池，所述磷酸铁锂电池的放电截止单芯电压为2.7VDC、标称单芯电压为3.2VDC、充电截止单芯电压为3.6VDC和最高单芯电压为3.65VDC。
3.如权利要求2所述的用于电动汽车充电的恒压交流电源，其特征在于，所述单体电池的数量为168个。
4.如权利要求1所述的用于电动汽车充电的恒压交流电源，其特征在于，所述三相交流转换模块包括信号处理器和H桥，所述H桥与所述信号处理器电连接，所述信号处理器用于控制所述H桥。
5.如权利要求4所述的用于电动汽车充电的恒压交流电源，其特征在于，所述H桥包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管；
所述第一开关管的控制端、所述第二开关管的控制端、所述第三开关管的控制端、所述第四开关管的控制端、所述第五开关管的控制端和所述第六开关管的控制端均与所述信号处理器电连接；
所述第一开关管的电源端、所述第三开关管的电源端和所述第五开关管的电源端均与所述电池包的正极连接，所述第二开关管的输出端、所述第四开关管的输出端和所述第六开关管的输出端均与所述电池包的负极连接；
所述第一开关管的输出端与所述第二开关管的电源端连接后输出所述三相交流电源的第一相电源；所述第三开关管的输出端与所述第四开关管的电源端连接后输出所述三相交流电源的第二相电源；所述第五开关管的输出端与所述第六开关管的电源端连接后输出所述三相交流电源的第三相电源。
6.如权利要求5所述的用于电动汽车充电的恒压交流电源，其特征在于，所述H桥还包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管和第六二极管；
所述第一二极管的阴极与所述第一开关管的电源端连接，所述第一二极管的阳极与所述第一开关管的输出端连接；
所述第二二极管的阴极与所述第二开关管的电源端连接，所述第二二极管的阳极与所述第二开关管的输出端连接；
所述第三二极管的阴极与所述第三开关管的电源端连接，所述第三二极管的阳极与所述第三开关管的输出端连接；
所述第四二极管的阴极与所述第四开关管的电源端连接，所述第四二极管的阳极与所述第四开关管的输出端连接；
所述第五二极管的阴极与所述第五开关管的电源端连接，所述第五二极管的阳极与所述第五开关管的输出端连接；
所述第六二极管的阴极与所述第六开关管的电源端连接，所述第六二极管的阳极与所述第六开关管的输出端连接。
7.如权利要求5所述的用于电动汽车充电的恒压交流电源，其特征在于，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管和所述第六开关管均为NPN开关管，所述控制端为对应所述NPN开关管的基极，所述电源端为对应所述NPN开关管的集电极，所述输出端为对应所述NPN开关管的发射极；
所述NPN开关管包括NPN三极管、NMOS管或IGBT。
8.如权利要求4所述的用于电动汽车充电的恒压交流电源，其特征在于，所述信号处理器包括SVPWM算法模块，所述SVPWM算法模块用于生成控制所述H桥的PWM信号。
9.一种用于电动汽车充电的储能充电系统，其特征在于，包括如权利要求1至8中任一项所述的用于电动汽车充电的恒压交流电源。
10.如权利要求9所述的用于电动汽车充电的储能充电系统，其特征在于，所述储能充电系统还包括电池管理系统，所述电池管理系统与所述电池包电连接，所述电池管理系统用于控制所述电池包。
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