WO2019109573A1 - 兼容单相三相交流电的充电控制电路 - Google Patents

兼容单相三相交流电的充电控制电路 Download PDF

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冯颖盈
姚顺
徐金柱
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Abstract

本发明公开了一种兼容单相三相交流电的充电控制电路，具有依次连接的开关组、三个电抗组成的电抗组、三相整流模块、直流变换模块，以及控制开关组和三相整流模块操作的中控模块；所述中控模块具有三相充电模式和单相充电模式，本发明以较少的功率器件同时完成单相和三相输入兼容，极大提高了充电装置的适应能力，在使用单相交流电源时仍然能保持较高功率的输出；同时具有电路结构简单、运行可靠、成本低廉的优点，具有广泛的市场前景。

Description

兼容单相三相交流电的充电控制电路 技术领域
本发明涉及充电设备，尤其涉及一种可以兼容单相交流和三相交流的充电器控制电路。
背景技术
随着节能减排，以及控制大气污染的需求，新能源汽车逐渐在市场商用，而电动汽车更是新能源汽车的主力军，电动汽车在市场得到大力推广应用。伴随着续航里程的增加，电动车动力电池容量也在日益增长，为了减少充电等待时间，车载充电机对于高功率的需求越来越强烈，三相输入的高功率充电器将成为未来市场的主力军。在许多停车场和家庭都设有充电装置，但这些场所供电基础设施不同统一。有些是单相交流电源、有些是三相交流电源，现有的充电装置只能择一使用单相或三相交流电源。故此业内亟需开发一种可以兼容单相交流和三相交流的充电器控制电路。
发明内容
本发明是要解决现有技术的上述问题，提出一种可以兼容单相交流和三相交流的充电器控制电路。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是设计一种兼容单相三相交流电的充电控制电路，具有依次连接的开关组、三个电抗组成的电抗组、三相整流模块、直流变换模块，以及控制开关组和三相整流模块操作的中控模块；所述中控模块具有三相充电模式和单相充电模式，所述三相充电模式，控制开关组连接外部三相交流电源，将三相火线分别通过三个电抗连接至三相整流模块，直流变换模块接收三相整流模块输出的直流电向电池充电；所述单相充电模式，控制开关组连接外部单相交流电源，将单相火线分别通过二个电抗连接至三相整流模块、并将单相零线直接连接至三相整流模块，直流变换模块接收三相整流模块输出的直流电向电池充电。
优选方案中，所述三相整流模块采用三相整流逆变模块，所述直流变换模块采用双向直流变换模块，所述中控模块还具有三相逆变模式和单相逆变 模式，所述三相逆变模式，双向直流变换模块将电池电能输送至三相整流逆变模块，三相整流逆变模块逆变出三相交流电，开关组将三相交流电分别通过三个电抗连接至外部负载；所述单相逆变模式，双向直流变换模块将电池电能输送至三相整流逆变模块，三相整流逆变模块逆变出单相交流电，开关组将单相交流电的一相分别通过二个电抗连接至外部负载的火线、并将单相交流电的另一相直接连接至外部负载的零线。
所述三相整流逆变模块具有三个桥臂，三个桥臂分别具有第一中间点、第二中间点和第三中间点，所述三个电抗分为第一电抗器、第二电抗器、第三电抗器，为连接外部电源或负载设置第一火线端、第二火线端、第三火线端、零线端；所述三相充电模式和三相逆变模式中在开关组的操作下，第一火线端、第一电抗器、第一中间点依次连通，第二火线端、第二电抗器、第二中间点依次连通，第三火线端、第三电抗器、第三中间点依次连通；在所述单相充电模式和单相逆变模式中在开关组的操作下，第一火线端、第一电抗器、第一中间点依次连通，第一火线端、第二电抗器、第二中间点依次连通，零线端连通第三中间点。
所述开关组可以包括第一开关和第二开关，第一和第二开关采用电子开关；所述第一火线端连接第一电抗器的一端、第一电抗器的另一端连接第一中间点，所述第二火线端连接第二电抗器的一端、第二电抗器的另一端连接第二中间点，所述第三火线端连接第三电抗器的一端、第三电抗器的另一端连接第三中间点；所述第一开关连接在第一火线端与第二火线端之间，所述第二开关连接在零线端与第三中间点之间，在执行三相充电模式和三相逆变模式时第一和第二开关截止，在执行单相充电模式和单相逆变模式时第一和第二开关导通。
所述开关组也可以包括第一开关和第二开关，第一和第二开关采用选择开关；所述第一火线端连接第一开关的第一动触头和第一电抗器的一端、第一电抗器的另一端连接第一中间点，所述第二火线端连接第一开关的第二动触头，第一开关的静触头连接第二电抗器的一端、第二电抗器的另一端连接第二中间点，所述第三火线端连接第三电抗器的一端、第三电抗器的另一端连接第二开关的第一动触头，第二开关的静触头接第三中间点，所述零线端连接第二开关的第二动触头；在执行三相充电模式和三相逆变模式时，第一开关的第二动触头和静触头导通，第二开关的第一动触头和静触头导通；在执行单相充电模式和单相逆变模式时，第一开关的第一动触头和静触头导通，第二开关的第二动触头和静触头导通。
所述开关组还可以采用接触器，所述第一火线端连接接触器第一动合触点的一端和第一电抗器的一端，第一电抗器的另一端连接第一中间点，所述第二火线端连接接触器第一动断触点的一端，第一动合触点的另一端和第一动断触点的另一端连接第二电抗器的一端、第二电抗器的另一端连接第二中间点，所述第三火线端连接第三电抗器的一端、第三电抗器的另一端连接接触器第二动断触点的一端，所述零线端连接接触器第二动合触点的一端，第二动断触点的另一端和第二动合触点的另一端接第三中间点；在执行三相充电模式和三相逆变模式时，接触器第一动合触点和第二动合触点断开、第一动断触点和第二动断触点连通；在执行单相充电模式和单相逆变模式时，接触器第一动合触点和第二动合触点连通；第一动断触点和第二动断触点断开。
与现有技术相比，本发明以较少的功率器件同时完成单相和三相输入兼容，还能向外界逆变送出单相和三相交流电，极大提高了充电装置的适应能力，在使用单相交流电源时仍然能保持较高功率的输出；同时具有电路结构简单、运行可靠、成本低廉的优点，具有广泛的市场前景。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明较佳实施例原理框图；
图3为开关组采用电子开关的电路图；
图4为开关组采用选择开关的电路图；
图5为开关组采用接触器的电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明公开了一种兼容单相三相交流电的充电控制电路，参看图1示出的原理框图，充电控制电路包括：依次连接的开关组、三个电抗组成的电抗组、三相整流模块、直流变换模块(亦称DC-DC变换模块)，以及控制开关组和三相整流模块操作的中控模块；所述中控模块具有三相充电模式和单相充电模式，所述三相充电模式，控制开关组连接外部三相交流电源，将三相火线分别通过三个电抗连接至三相整流模块，直流变换模块接收三相整流模块输出的直流电向电池充电；所述单相充电模式，控制开关组连接外部单相 交流电源，将单相火线分别通过二个电抗连接至三相整流模块、并将单相零线直接连接至三相整流模块，直流变换模块接收三相整流模块输出的直流电向电池充电。需要指出，单相火线分别通过二个电抗连接至三相整流逆变模块，是在模块的两相整流桥臂中进行整流，所获整流功率大增；比单相火线通过一个电抗连接至三相整流逆变模块在一相整流桥臂中进行整流功率要扩大一倍。
参看图2示出的较佳实施例，所述三相整流模块采用三相整流逆变模块，所述直流变换模块采用双向直流变换模块，所述中控模块还具有三相逆变模式和单相逆变模式，所述三相逆变模式，双向直流变换模块将电池电能输送至三相整流逆变模块，三相整流逆变模块逆变出三相交流电，开关组将三相交流电分别通过三个电抗连接至外部负载；所述单相逆变模式，双向直流变换模块将电池电能输送至三相整流逆变模块，三相整流逆变模块逆变出单相交流电，开关组将单相交流电的一相分别通过二个电抗连接至外部负载的火线、并将单相交流电的另一相直接连接至外部负载的零线。需要指出，将单相交流电的一相分别通过二个电抗连接至外部负载的火线同样是为了加大输出功率。
参看图3至图4分别示出的三个实施例，所述三相整流逆变模块具有三个桥臂，三个桥臂分别具有第一中间点A、第二中间点B和第三中间点C，所述三个电抗分为第一电抗器L1、第二电抗器L2、第三电抗器L3，为连接外部电源或负载设置第一火线端U、第二火线端V、第三火线端W、零线端N。在所述三相充电模式和三相逆变模式中，中控模块控制开关组转换使得：第一火线端、第一电抗器、第一中间点依次连通，第二火线端、第二电抗器、第二中间点依次连通，第三火线端、第三电抗器、第三中间点依次连通。在所述单相充电模式和单相逆变模式中，控模块控制开关组转换使得：第一火线端、第一电抗器、第一中间点依次连通，第一火线端、第二电抗器、第二中间点依次连通，零线端连通第三中间点。
参看图3示出的一个实施例，所述开关组具有第一开关K1和第二开关K2，第一和第二开关采用电子开关；所述第一火线端U连接第一电抗器L1的一端、第一电抗器的另一端连接第一中间点A，所述第二火线端V连接第二电抗器L2的一端、第二电抗器的另一端连接第二中间点B，所述第三火线端W连接第三电抗器L3的一端、第三电抗器的另一端连接第三中间点C；所述第一开关连接在第一火线端U与第二火线端V之间，所述第二开关连接在零线端N与第三中间点C之间。在执行三相充电模式和三相逆变模式时第一和第二开 关截止使得：第一火线端、第一电抗器、第一中间点依次连通，第二火线端、第二电抗器、第二中间点依次连通，第三火线端、第三电抗器、第三中间点依次连通。在执行单相充电模式和单相逆变模式时第一和第二开关导通使得：第一火线端、第一电抗器、第一中间点依次连通，第一火线端、第二电抗器、第二中间点依次连通，零线端连通第三中间点。需要指出，电子开关可以采用MOS管、三极管、晶闸管、场效应管、IGBT管等等。此处是举例说明，并不限定电子开关的选用。
参看图4示出的一个实施例，所述开关组具有第一开关K1和第二开关K2，第一和第二开关采用选择开关。所述第一火线端U连接第一开关的第一动触头和第一电抗器L1的一端、第一电抗器的另一端连接第一中间点A，所述第二火线端V连接第一开关的第二动触头，第一开关的静触头连接第二电抗器L2的一端、第二电抗器的另一端连接第二中间点B，所述第三火线端W连接第三电抗器L3的一端、第三电抗器的另一端连接第二开关的第一动触头，第二开关的静触头接第三中间点C，所述零线端N连接第二开关的第二动触头。在执行三相充电模式和三相逆变模式时，第一开关的第二动触头和静触头导通，第二开关的第一动触头和静触头导通使得：第一火线端、第一电抗器、第一中间点依次连通，第二火线端、第二电抗器、第二中间点依次连通，第三火线端、第三电抗器、第三中间点依次连通。在执行单相充电模式和单相逆变模式时，第一开关的第一动触头和静触头导通，第二开关的第二动触头和静触头导通使得：第一火线端、第一电抗器、第一中间点依次连通，第一火线端、第二电抗器、第二中间点依次连通，零线端连通第三中间点。
参看图5示出的一个实施例，所述开关组具有一个接触器KM，该接触器KM具有两对动合触点：第一动合触点KM1和第二动合触点KM4，两对动断触点：第一动断触点KM2和第二动断触点KM3。所述第一火线端U连接接触器第一动合触点KM1的一端和第一电抗器L1的一端，第一电抗器的另一端连接第一中间点A，所述第二火线端V连接接触器第一动断触点KM2的一端，第一动合触点KM1的另一端和第一动断触点KM2的另一端连接第二电抗器L2的一端、第二电抗器的另一端连接第二中间点B，所述第三火线端W连接第三电抗器L3的一端、第三电抗器的另一端连接接触器第二动断触点KM3的一端，所述零线端N连接接触器第二动合触点KM4的一端，第二动断触点KM3的另一端和第二动合触点KM4的另一端接第三中间点C。在执行三相充电模式和三相逆变模式时，接触器第一动合触点KM1和第二动合触点KM4断开、第一动断触点KM2和第二动断触点KM3连通使得：第一火线端、第一电抗器、第一中间 点依次连通，第二火线端、第二电抗器、第二中间点依次连通，第三火线端、第三电抗器、第三中间点依次连通。在执行单相充电模式和单相逆变模式时，接触器第一动合触点KM1和第二动合触点KM4连通；第一动断触点KM2和第二动断触点KM3断开使得：第一火线端、第一电抗器、第一中间点依次连通，第一火线端、第二电抗器、第二中间点依次连通，零线端连通第三中间点。需要指出开关组采用一个接触器KM具有以下好处：1、触点负载能力强，可通过大电流。2、在进行模式切换时，U线和V线、W线和零线互锁只能择一导通，不会短路。
为增加驱动能力，所述中控模块通过驱动模块驱动所述开关组。
以上实施例仅为举例说明，非起限制作用。任何未脱离本申请精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本申请的权利要求范围之中。

Claims (7)

  1. 一种兼容单相三相交流电的充电控制电路，其特征在于包括：依次连接的开关组、三个电抗组成的电抗组、三相整流模块、直流变换模块，以及控制开关组和三相整流模块操作的中控模块；所述中控模块具有三相充电模式和单相充电模式，
    所述三相充电模式，控制开关组连接外部三相交流电源，将三相火线分别通过三个电抗连接至三相整流模块，直流变换模块接收三相整流模块输出的直流电向电池充电；
    所述单相充电模式，控制开关组连接外部单相交流电源，将单相火线分别通过二个电抗连接至三相整流模块、并将单相零线直接连接至三相整流模块，直流变换模块接收三相整流模块输出的直流电向电池充电。
  2. 如权利要求1所述的兼容单相三相交流电的充电控制电路，其特征在于：所述三相整流模块采用三相整流逆变模块，所述直流变换模块采用双向直流变换模块，所述中控模块还具有三相逆变模式和单相逆变模式，
    所述三相逆变模式，双向直流变换模块将电池电能输送至三相整流逆变模块，三相整流逆变模块逆变出三相交流电，开关组将三相交流电分别通过三个电抗连接至外部负载；
    所述单相逆变模式，双向直流变换模块将电池电能输送至三相整流逆变模块，三相整流逆变模块逆变出单相交流电，开关组将单相交流电的一相分别通过二个电抗连接至外部负载的火线、并将单相交流电的另一相直接连接至外部负载的零线。
  3. 如权利要求2所述的兼容单相三相交流电的充电控制电路，其特征在于：所述三相整流逆变模块具有三个桥臂，三个桥臂分别具有第一中间点(A)、第二中间点(B)和第三中间点(C)，所述三个电抗分为第一电抗器(L1)、第二电抗器(L2)、第三电抗器(L3)，为连接外部电源或负载设置第一火线端(U)、第二火线端(V)、第三火线端(W)、零线端(N)；
    所述三相充电模式和三相逆变模式中在开关组的操作下，第一火线端、第一电抗器、第一中间点依次连通，第二火线端、第二电抗器、第二中间点依次连通，第三火线端、第三电抗器、第三中间点依次连通；
    在所述单相充电模式和单相逆变模式中在开关组的操作下，第一火线端、第一电抗器、第一中间点依次连通，第一火线端、第二电抗器、第二中间点依次连通，零线端连通第三中间点。
  4. 如权利要求3所述的兼容单相三相交流电的充电控制电路，其特征在于：所述开关组具有第一开关(K1)和第二开关(K2)，第一和第二开关采用电子开关；
    所述第一火线端(U)连接第一电抗器(L1)的一端、第一电抗器的另一端连接第一中间点(A)，
    所述第二火线端(V)连接第二电抗器(L2)的一端、第二电抗器的另一端连接第二中间点(B)，
    所述第三火线端(W)连接第三电抗器(L3)的一端、第三电抗器的另一端连接第三中间点(C)；
    所述第一开关连接在第一火线端(U)与第二火线端(V)之间，所述第二开关连接在零线端(N)与第三中间点(C)之间，在执行三相充电模式和三相逆变模式时第一和第二开关截止，在执行单相充电模式和单相逆变模式时第一和第二开关导通。
  5. 如权利要求3所述的兼容单相三相交流电的充电控制电路，其特征在于：所述开关组具有第一开关(K1)和第二开关(K2)，第一和第二开关采用选择开关；
    所述第一火线端(U)连接第一开关的第一动触头和第一电抗器(L1)的一端、第一电抗器的另一端连接第一中间点(A)，
    所述第二火线端(V)连接第一开关的第二动触头，第一开关的静触头连接第二电抗器(L2)的一端、第二电抗器的另一端连接第二中间点(B)，
    所述第三火线端(W)连接第三电抗器(L3)的一端、第三电抗器的另一端连接第二开关的第一动触头，第二开关的静触头接第三中间点(C)，
    所述零线端(N)连接第二开关的第二动触头；
    在执行三相充电模式和三相逆变模式时，第一开关的第二动触头和静触头导通，第二开关的第一动触头和静触头导通；在执行单相充电模式和单相逆变模式时，第一开关的第一动触头和静触头导通，第二开关的第二动触头和静触头导通。
  6. 如权利要求3所述的兼容单相三相交流电的充电控制电路，其特征在于：所述开关组具有接触器(KM)，
    所述第一火线端(U)连接接触器第一动合触点(KM1)的一端和第一电抗器(L1)的一端，第一电抗器的另一端连接第一中间点(A)，
    所述第二火线端(V)连接接触器第一动断触点(KM2)的一端，第一动合触点(KM1)的另一端和第一动断触点(KM2)的另一端连接第二电抗器(L2) 的一端、第二电抗器的另一端连接第二中间点(B)，
    所述第三火线端(W)连接第三电抗器(L3)的一端、第三电抗器的另一端连接接触器第二动断触点(KM3)的一端，
    所述零线端(N)连接接触器第二动合触点(KM4)的一端，第二动断触点(KM3)的另一端和第二动合触点(KM4)的另一端接第三中间点(C)；
    在执行三相充电模式和三相逆变模式时，接触器第一动合触点(KM1)和第二动合触点(KM4)断开、第一动断触点(KM2)和第二动断触点(KM3)连通；
    在执行单相充电模式和单相逆变模式时，接触器第一动合触点(KM1)和第二动合触点(KM4)连通；第一动断触点(KM2)和第二动断触点(KM3)断开。
  7. 如权利要求1至6任一项所述的兼容单相三相交流电的充电控制电路，其特征在于：所述中控模块通过驱动模块驱动所述开关组。
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