CN214900306U - 一种单相三相兼容型光伏储能电动汽车充电系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种单相三相兼容型光伏储能电动汽车充电系统，从太阳能光伏电池板和电网侧获取电能为电动汽车充电,包含三相端口，外接三相电网;单相端口，外接单相电网，第一单相AC/DC双向变换器、第二单相AC/DC双向变换器、第三单相AC/DC双向变换器，均与所述单相三相切换电路连接,用于电流交直流转换;第一高频隔离双向直流变压器、第二高频隔离双向直流变压器、第三高频隔离双向直流变压器，分别与所述第一单相AC/DC双向变换器，第二单相AC/DC双向变换器，隔离母线侧，第一双向Buck变换器，第二双向Buck变换器以及单向Boost变换器，本实用新型与现有技术相比，实现低成本的单相三相兼容，且损耗分布分散利于散热。
Description
技术领域
本实用新型涉及新能源汽车充电技术领域，尤其是指一种单相三相兼容型光伏储能电动汽车充电系统。
背景技术
电动汽车充电桩是电动汽车的能量补给装置。传统的壁挂式充电桩从电网端取电，经过一级AC/DC变换器后再经过一级隔离DC/DC变换器与车载电池相连；而在传统光伏储能系统中，电网端经过AC/DC变换器后定义为BUS端，光伏(PV)经过一级BOOST后接入BUS端，同时储能电池也通过一级DC/DC变换器后接入BUS端。传统两个功率方案独立工作，缺点是电源系统体积较大，成本较高，能量传递方式不够灵活，充放电效率不高。
光伏储能充电桩系统的目标是将传统光伏储能方案和充电桩进行组合，实现电网、光伏、储能电池、车载电池之间点对点能量的高效灵活传输，实现高功率密度，小体积，低成本。传统不带光伏的储能充电桩方案在储能电池端再加一级BUCK-BOOST电路到车载电池，缺点是如果直接从电网或光伏给车载电池充放电效率会很低，能量传输方式单一；而传统光伏储能系统，光伏端与AC端非隔离，光伏逆变器的共模干扰较为严重，且如果储能电池与电网端隔离后，光伏直接给储能电池充电效率低。
随着储能和充电功率等级逐步加大，三相光伏储能充电机的需求越来越大。由于不同地区单相三相电流限制不一，因此具有单相三相满功率兼容的光伏储能充电机具有较强的推广意义。但传统的三相半桥方案要兼容同功率单相，成本会变高，且损耗分布集中会导致风冷或自冷难以满足。使用三个独立单相模块是较优选择，但按传统方案光伏如果与电网非隔离，则需要采用三路光伏接入，灵活性差，体积成本高。
为了解决上述技术问题，公开号CN111231728A公开了光伏储能充放电一体化能量控制系统及方法，包括：直流母线，所述直流母线通过AC/DC变换器与本地电网连接，所述直流母线通过DC/DC变换器与光伏发电装置连接，所述直流母线与储能装置连接，所述直流母线还通过DC/DC充电器与充电站连接；其中，所述AC/DC变换器、DC/DC变换器、储能装置和DC/DC充电器均与控制中心连接；所述控制中心通过控制AC/DC变换器和储能装置的工作状态，使能量控制系统的总功率一直在设定范围内。但仍没有在缩减体积的前提下兼容三相和单相供电。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是：现有技术无法兼容单相与三相充电，灵活性差，体积成本高的技术问题。
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种单相三相兼容型光伏储能电动汽车充电系统，从太阳能光伏电池板和电网侧获取电能为电动汽车充电,包含三相端口，外接三相电网，包括火线L1、L2、L3以及零线N;
单相端口，外接单相电网，包括火线L以及零线N;
单相三相切换电路，用于切换电网侧供电方式;
第一单相AC/DC双向变换器、第二单相AC/DC双向变换器、第三单相AC/DC双向变换器，均与所述单相三相切换电路连接,用于电流交直流转换;
第一高频隔离双向直流变压器、第二高频隔离双向直流变压器、第三高频隔离双向直流变压器，分别与所述第一单相AC/DC双向变换器，第二单相AC/DC双向变换器，第三单相AC/DC双向变换器连接；
隔离母线侧，所述第一高频隔离双向直流变压器、第二高频隔离双向直流变压器以及第三高频隔离双向直流变压器均与所述隔离母线侧连接；
第一双向Buck变换器，与车载电池端连接；
第二双向Buck变换器，与储能电池端连接；
单向Boost变换器，与太阳能光伏电池板连接。
作为优选，还包括散热模块，所述散热模块加速所述第一单相AC/DC双向变换器、第二单相AC/DC双向变换器、第三单相AC/DC双向变换器的散热。
作为优选，所述单相三相切换电路包括继电器S1、继电器S2、继电器S3、继电器S4、继电器S5、继电器S6，所述继电器S1控制所述三相端口的火线L1与所述第一单相AC/DC双向变换器的连接，所述继电器S2控制所述三相端口的火线L2与所述第二单相AC/DC双向变换器的连接，所述继电器S3控制所述三相端口的火线L3与所述第三单相AC/DC双向变换器的连接，所述继电器S4控制所述单相端口的火线L与所述第一单相AC/DC双向变换器的连接，所述继电器S5控制所述单相端口的火线L与所述第二单相AC/DC双向变换器的连接，所述继电器S6控制所述单相端口的火线L与所述第三单相AC/DC双向变换器的连接。
作为优选，所述第一单相AC/DC双向变换器，第二单相AC/DC双向变换器，第三单相AC/DC双向变换器均采用图腾柱方案的AC/DC双向变换器，实现交流电与直流电之间的非隔离转换，并实现交流侧功率因数校正。
作为优选，第一高频隔离双向直流变压器、第二高频隔离双向直流变压器、第三高频隔离双向直流变压器均采用串联谐振型双向DCT变换器，实现直流电与直流电之间的隔离变压。
作为优选，所述单向Boost变换器包括滤波电感Lf1、开关管Qb3、二极管Qd1、以及输出滤波电容Cf1，太阳能光伏电池板正端与滤波电感Lf1一端相连；PV负端与开关管Qb3的源极，输出滤波电容Cf1的负端，输出负端相连；滤波电感Lf1另一端，开关管Qb1的漏极与二极管Qd1的阳级相连；二极管Qd1的阴极与输出滤波电容Cf1的正端，输出正端相连。
本实用新型与现有技术相比，实现低成本的单相三相兼容，且损耗分布分散利于散热。
附图说明
图1是实施例一的一种单相三相兼容型光伏储能电动汽车充电系统框图。
图2是实施例一中的AC/DC双向变换器示意图。
图3是实施例一中的高频隔离双向DCT示意图。
图4是实施例一中的双向Buck变换器示意图。
图5是实施例一中的单相Boost变换器示意图。
图中：100.三相端口、110.单相端口、130.第一单相AC/DC双向变换器、140.第二单相AC/DC双向变换器、150.第三单相AC/DC双向变换器、160.第一高频隔离双向DCT、170.第二高频隔离双向DCT、180.第三高频隔离双向DCT、190. 第一双向Buck变换器、200. 第二双向Buck变换器、210. 单向Boost变换器、220.车载电池、230.储能电池、240. 太阳能光伏电池板。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。
实施例一参考图1，发明方案包含三相端口100，单相端口110，单相三相切换电路，第一单相AC/DC双向变换器130，第二单相AC/DC双向变换器140，第三单相AC/DC双向变换器150，第一高频隔离双向DCT160，第二高频隔离双向DCT170，第三高频隔离双向DCT180，隔离母线侧，第一双向Buck变换器190，车载电池220端，第二双向Buck变换器200，储能电池230端，单相Boost变换器，太阳能光伏电池板240端。
三相端口100和单相端口110分别与外端三相电网和单相电网相连，然后连接入单相三相切换电路；单相三相切换电路实现单相或三相输入的切换，可以实现单相，三相输入兼容；当系统需要单相电网输入时，闭合继电器S4，S5，S6，断开继电器S1，S2，S3；当系统需要单相电网接入时，断开继电器S4，S5，S6，闭合继电器S1，S2，S3。
单相三相切换电路后端分别与第一单相AC/DC双向变换器130，第二单相AC/DC双向变换器140，第三单相AC/DC双向变换器150连接；这三个AC/DC双向变换器实现交流到直流转换以及电网功率因数校正的功能，它们后端分别与第一高频隔离双向DCT160，第二高频隔离双向DCT170，第三高频隔离双向DCT180相连；这三个高频隔离双向DCT，可以且不限于采用谐振拓扑定频或小范围调频工作，实现直流到直流隔离电压转换，设计使其工作在谐振频率附近，实现能量高效率传输，并可以提高开关频率减小变换器体积，提高功率密度。
第一高频隔离双向DCT160，第二高频隔离双向DCT170，第三高频隔离双向DCT180之后均连接到隔离母线侧，这三个模块的均流通过前级AC/DC双向变换器调节输出电压实现。再往后隔离母线分别与第一双向Buck变换器190，第二双向Buck变换器200，单相Boost变换器相连。第一双向Buck变换器190另一端与车载电池220相连，实现隔离母线侧与车载电池220之间的电压转换，能量传递；第二双向Buck变换器200另一端与储能电池230相连，实现隔离母线侧与储能电池230之间的电压转换，能量传递；单向Boost变换器210另一端与太阳能光伏电池板240相连，实现光伏太阳能光伏电池板240到隔离母线侧的电压转换，能量传递。
第一单相AC/DC双向变换器，第二单相AC/DC双向变换器，第三单相AC/DC双向变换器采用同样的模块，其中一种(但不仅限于)实施例参考图2。图2展示的是图腾柱方案的AC/DC双向变换器，输入一端L与电感L1相连，电感L2的另一端与开关管Q1的源极，开关管Q2的漏极相连；输入的另一端口N与开关管Q3的源极，开关管Q4的漏极相连；开关管Q1的漏极，开关管Q3的漏极与母线电容Cbus的正端相连，并作为正端输出；开关管Q2的源极，开关管Q4的源极与Cbus的负端相连，并作为负端输出。此模块的功能是实现交流电与直流电之间的非隔离转换，并实现交流侧功率因数校正。
第一高频隔离双向DCT，第二高频隔离双向DCT，第三高频隔离双向DCT采用同样的模块，其中一种(但不仅限于)实施例参考图3。图3展示的是串联谐振型双向DCT变换器，输入正端与开关管Qs1的漏极，Qs3的漏极相连；输入负端与开关管Qs2的源极，Qs4的源极相连；Qs1的源极，Qs2的漏极与谐振电感Lr的一端相连；谐振电感Lr的另一端与谐振电容Cr的一端相连，谐振电容Cr的另一端与变压器T左边的一端相连；开关管Qs3的源极，开关管Qs4的漏极与变压器T左边的另一端相连；变压器T右边的一端与开关管Qs5的源极，开关管Qs6的漏极相连；变压器T右边的另一端与开关管Qs7的源极，开关管Qs8的漏极相连；开关管Qs5的漏极，开关管Qs7的漏极与输出的正端相连；开关管Qs6的源极，开关管Qs8的源极与输出的负端相连。此模块的功能是实现直流电与直流电之间的隔离变压，采用谐振定频或者小范围调频能实现高效率能量传递。
第一双向Buck变换器190，第二双向Buck变换器200采用同样的模块，其实施例参考图4。输入正端与开关管Qb1漏极相连，输入负端，开关管Qb2源极，滤波电容负端与输出负端相连；Qb1源极，Qb2漏极与滤波电感Lf一端相连；滤波电感Lf另一端与滤波电容Cf一端相连并与输出正端相连。此模块的功能实现隔离母线侧到输出侧降压的能量双向传输，设计时满足电池电压全范围低于母线侧电压。
单向Boost变换器210输入端与太阳能光伏电池板240连接，输出与隔离母线连接，其实施例参考图5。太阳能光伏电池板240正端与滤波电感Lf1一端相连；太阳能光伏电池板240负端与开关管Qb3的源极，输出滤波电容Cf1的负端，输出负端相连；滤波电感Lf1另一端，开关管Qb1的漏极与二极管Qd1的阳级相连；二极管Qd1的阴极与输出滤波电容Cf1的正端，输出正端相连。此模块的功能是实现光伏太阳能光伏电池板240向隔离母线侧的直流电与直流电电压转换，能量传输。
实施例一能实现电网，储能电池230，车载电池220，太阳能光伏电池板240多端之间能量高效灵活传输，提升变换器功率密度，并实现各端口与电网侧的电气隔离。可以兼容单相三相电网同最大功率输入，具有较强的实用意义。
以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (6)
1.一种单相三相兼容型光伏储能电动汽车充电系统，从太阳能光伏电池板和电网侧获取电能为电动汽车充电,其特征在于：包含三相端口，外接三相电网，包括火线L1、L2、L3以及零线N;
单相端口，外接单相电网，包括火线L以及零线N;
单相三相切换电路，用于切换电网侧供电方式;
第一单相AC/DC双向变换器、第二单相AC/DC双向变换器、第三单相AC/DC双向变换器，均与所述单相三相切换电路连接,用于电流交直流转换;
第一高频隔离双向直流变压器、第二高频隔离双向直流变压器、第三高频隔离双向直流变压器，分别与所述第一单相AC/DC双向变换器，第二单相AC/DC双向变换器，第三单相AC/DC双向变换器连接；
隔离母线侧，所述第一高频隔离双向直流变压器、第二高频隔离双向直流变压器以及第三高频隔离双向直流变压器均与所述隔离母线侧连接；
第一双向Buck变换器，与车载电池端连接；
第二双向Buck变换器，与储能电池端连接；
单向Boost变换器，与太阳能光伏电池板连接。
2.根据权利要求1所述的一种单相三相兼容型光伏储能电动汽车充电系统，其特征在于：所述单相三相切换电路包括继电器S1、继电器S2、继电器S3、继电器S4、继电器S5、继电器S6，所述继电器S1控制所述三相端口的火线L1与所述第一单相AC/DC双向变换器的连接，所述继电器S2控制所述三相端口的火线L2与所述第二单相AC/DC双向变换器的连接，所述继电器S3控制所述三相端口的火线L3与所述第三单相AC/DC双向变换器的连接，所述继电器S4控制所述单相端口的火线L与所述第一单相AC/DC双向变换器的连接，所述继电器S5控制所述单相端口的火线L与所述第二单相AC/DC双向变换器的连接，所述继电器S6控制所述单相端口的火线L与所述第三单相AC/DC双向变换器的连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种单相三相兼容型光伏储能电动汽车充电系统，其特征在于：所述第一单相AC/DC双向变换器，第二单相AC/DC双向变换器，第三单相AC/DC双向变换器均采用图腾柱方案的AC/DC双向变换器，实现交流电与直流电之间的非隔离转换，并实现交流侧功率因数校正。
4.根据权利要求1或2所述的一种单相三相兼容型光伏储能电动汽车充电系统，其特征在于：第一高频隔离双向直流变压器、第二高频隔离双向直流变压器、第三高频隔离双向直流变压器均采用串联谐振型双向DCT变换器，实现直流电与直流电之间的隔离变压。
5.根据权利要求1所述的一种单相三相兼容型光伏储能电动汽车充电系统，其特征在于：还包括散热模块，所述散热模块加速所述第一单相AC/DC双向变换器、第二单相AC/DC双向变换器、第三单相AC/DC双向变换器的散热。
6.根据权利要求1所述的一种单相三相兼容型光伏储能电动汽车充电系统，其特征在于：所述单向Boost变换器包括滤波电感Lf1、开关管Qb3、二极管Qd1、以及输出滤波电容Cf1，太阳能光伏电池板正端与滤波电感Lf1一端相连；PV负端与开关管Qb3的源极，输出滤波电容Cf1的负端，输出负端相连；滤波电感Lf1另一端，开关管Qb1的漏极与二极管Qd1的阳级相连；二极管Qd1的阴极与输出滤波电容Cf1的正端，输出正端相连。
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